ProtótipodeumSistemadeTelemetria … · 2019. 5. 27. · Tomy Moreira dos Santos. Protótipo de um...

Universidade Estadual de LondrinaCentro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Tomy Moreira dos Santos

Protótipo de um Sistema de TelemetriaVeicular de Baixo Custo voltado para

Esportes à Motor

Londrina2018

Universidade Estadual de Londrina

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica


Protótipo de um Sistema de Telemetria Veicular deBaixo Custo voltado para Esportes à Motor

Trabalho de Conclusão de Curso orientado pelo Prof. Dr. ErnestoFernando Ferreyra Ramirez intitulado “Protótipo de um Sistema deTelemetria Veicular de Baixo Custo voltado para Esportes à Motor”e apresentado à Universidade Estadual de Londrina, como partedos requisitos necessários para a obtenção do Título de Bacharelem Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dr. Ernesto Fernando Ferreyra Ramirez

Londrina2018

Ficha Catalográfica

Tomy Moreira dos SantosProtótipo de um Sistema de Telemetria Veicular de Baixo Custo voltado paraEsportes à Motor - Londrina, 2018 - 89 p., 30 cm.Orientador: Prof. Dr. Ernesto Fernando Ferreyra Ramirez1.Telemetria. 2.Redes CAN. 3.Monitoramento. 4.Arduino. 5. Esportes àMotorI. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II.Protótipo de um Sistema de Telemetria Veicular de Baixo Custo voltado paraEsportes à Motor.


Protótipo de um Sistema de TelemetriaVeicular de Baixo Custo voltado para

Esportes à Motor

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso deEngenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina,como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharelem Engenharia Elétrica.

Comissão Examinadora

Prof. Dr. Ernesto Fernando FerreyraRamirez

Universidade Estadual de LondrinaOrientador

Prof. Dr. Francisco Granziera JuniorUniversidade Estadual de Londrina

Prof. Dr. Aziz Elias Demian JuniorUniversidade Estadual de Londrina

Londrina, 17 de dezembro de 2018

Agradecimentos

Primeiramente eu gostaria de agradecer a minha mãe, Léia, e meu pai, Ivan. Vocês doissempre fizeram muito mais do que puderam para me ajudar passar por todos os problemasenfrentados durante este período. Peço desculpas a vocês por ter estado ausente em muitosmomentos e agradeço muito por todo o amor e paciência dedicada à minha vida. Esperoque neste momento eu possa trazer um momento de orgulho à vocês.

Aos meus dois irmãos Henrique e Claudio. Vocês foram, são e serão parte muitoimportante da minha vida. Em praticamente todos os importantes momentos da minhavida eu tive vocês dois ao meu lado, e espero que por muitos anos assim se siga.

Aos meu amigos do Clube do Bolinha, o que com certeza também já uma família.Todas as festividades com vocês ficam ainda melhores. Todas as dificuldades, com vocêstornam-se mais simples. Obrigado.

A todos os irmãos que encontrei dentro do curso, em especial ao Walker Negrão, PedroMantovani e ao Rodolfo Cibotto. Quantas foram as aventuras, as batalhas, os choros e asalegrias que vivemos juntos. Vocês com certeza são pessoas que marcaram a minha vida,e espero que não nos afastemos muito com o fim desta jornada.

Aos meus grandes amigos Marcelo Haddad, Ruan Martins, Giuliano Motter e MatiasFurlaneto. Nós fizemos parte do Indie Hour! Eu acredito muito no poder da música, e comcerteza juntos nós podemos transmitir muitas alegrias para as pessoas que nós assistiam.Obrigado por sempre apoiarem minhas ideias e pela infinita paciência durante os ensaiosem que as coisas não saíram da melhor forma possível.

Agradeço a minha amiga Carolina. Grande parte de tudo o que vivi durante a uni-versidade foi ao seu lado, com o seu auxilio e suporte. Te agradeço por toda paciência epor todo carinho dedicado a mim durante esses anos. Com certeza eles foram essenciais.

Agradeço a toda banca avaliadora - professores Aziz e Granziera - pelos direcionamen-tos durante a construção deste trabalho. Agradeço também aos técnicos de laboratórioLuís e Luís Matias por todo o empenho e prontidão sempre que foram requisitados.

Agradeço também, com muito carinho, meu orientador e professor Ernesto. Vocêcom certeza nos ensinou muito mais do que engenharia. Você nos ensinou a ser pessoasmelhores. Muito obrigado por toda a atenção dedicada, em especial a mim, durante estafase da nossa vida. Tenho certeza que se mais professores fossem como você a Universidadeseria um lugar muito melhor.

E por fim, agradeço a instituição a qual talvez eu mais tempo tenha dedicado duranteminha vida universitária, a bateria Demônios da Lagoa. As minhas amigas Bethânia,Jéssica, Heloisa, Adriane e aos meus irmãos Giovani, Guilherme dentre tantos outros.Vocês todos tornaram os dias mais felizes e tenho certeza que nosso trabalho tem ajudado

muitos universitários a passar por está fase da vida de uma maneira mais leve. Obrigadopor sempre me apoiarem e por me deixarem fazer parte das suas vidas.

Tomy Moreira dos Santos. Protótipo de um Sistema de Telemetria Veicular deBaixo Custo voltado para Esportes à Motor. 2018. 89 p. Trabalho de Conclusãode Curso em Engenharia Elétrica - Universidade Estadual de Londrina, Londrina.

ResumoO trabalho aqui apresentado busca desenvolver um protótipo de sistema de telemetriade baixo custo que atenda de maneira satisfatória os requisitos de categorias de esportesà motor de nível amador. Foram desenvolvidos módulos de temperatura e aceleraçãocom o objetivo de simular uma instalação em diferentes partes de um veículo. O sistemaimplementa uma rede CAN entre os módulos e uma central de processamento microcon-trolada. O sistema também conta com software supervisório responsável pela recepçãodos dados e exibição de maneira gráfica ao usuário. O sistema obtido ao final do trabalhoapresentou um comportamento dentro dos padrões de desempenho esperado. O softwaresupervisório foi adaptado de um trabalho anterior e, devido a este fato, não apresentou omelhor desempenho possível.

Palavras-Chave: 1.Telemetria. 2.Redes CAN. 3.Monitoramento. 4.Arduino. 5. Espor-tes à Motor

Tomy Moreira dos Santos. Low Cost Prototype of Vehicle Telemetry System forMotor Sports. 2018. 89 p. Monograph in Electrical Engineering - Londrina StateUniversity, Londrina.

AbstractThe study presented here aims to develop a prototype of a low cost telemetry systemthat meets the requirements of the categories. Temperature and acceleration moduleshave been developed to simulate an actual application in the vehicle. The system imple-ments a CAN network between the modules and a microcontroller processing center. Thesystem also has supervisory software responsible for receiving the data and displaying itgraphically to the user. The system obtained at the end showed satisfactory performance.Supervisory software was adapted from an earlier study and, because of this, did notperform as well as possible.

Key-words: 1.Telemetry 2.CAN Network. 3.Monitoring. 4. Arduino. 5. Motor Sport

Lista de ilustrações

Figura 2.1 – Elementos compositores um barramento CAN. . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 2.2 – Representação dos sinais CANH e CANL no barramento CAN. . . . . 29Figura 2.3 – Transceptor CAN SN65HVD233 - CAN transceiver, em encapsula-

mento 8-SOIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 2.4 – Formatos de dados possíveis em um protocolo CAN. . . . . . . . . . . 31Figura 2.5 – Formatos remotos possíveis em um protocolo CAN. . . . . . . . . . . . 32Figura 2.6 – Formatos de erro possíveis em um protocolo CAN. . . . . . . . . . . . 33Figura 2.7 – Formato de sobrecarga para o protocolo CAN. . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 2.8 – Processo de bit stuffing realizado pela rede CAN para reforçar a sin-

cronização dos dispositivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 2.9 – Controlador CAN MCP2515, em encapsulamento 28-SOIC. . . . . . . . 34Figura 2.10–Placa Arduino UNO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 2.11–Ambiente de desenvolvimento das placas Arduino. . . . . . . . . . . . . 37Figura 3.1 – Esquemático do Sensor MLX90614. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Figura 3.2 – Sensor MLX90614. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Figura 3.3 – Representação Esquemática da Arquitetura do Sistema. . . . . . . . . . 44Figura 3.4 – Montagem teste para módulo de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . 45Figura 3.5 – Shield do sensor MLX90614. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Figura 3.6 – Representação Esquemática para o Módulo de Temperatura. . . . . . . 46Figura 3.7 – Montagem teste para módulo acelerômetro. . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 3.8 – Shield do acelerômetro MPU-6050. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 3.9 – Orientação do acelerômetro MPU-6050. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Figura 3.10–Representação Esquemática para o Módulo Acelerômetro. . . . . . . . 48Figura 3.11–Montagem para teste do sistema completo. . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 3.12–Esquema para módulo de processamento e transmissão e do módulo de

recepção e integração com sitema supervisório, respectivamente. . . . . 49Figura 3.13–Interface gráfica do software Docklight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 3.14–Fluxograma de testes iniciais do sensor de temperatura. . . . . . . . . 51Figura 3.15–Fluxograma de funcionamento do Módulo de Temperatura. . . . . . . . 52Figura 3.16–Fluxograma da interrupção do sistema no módulo de temperatura. . . 52Figura 3.17–Fluxograma de testes inicias do acelerômetro. . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 3.18–Fluxograma de funcionamento do módulo acelerômetro. . . . . . . . . . 53Figura 3.19–Fluxograma da interrupção do sistema no módulo acelerômetro. . . . . 54Figura 3.20–Fluxograma de funcionamento do módulo central de processamento e

transmissão de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Figura 3.21–Fluxograma de funcionamento do módulo central de processamento etransmissão de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Figura 3.22–Fluxograma de funcionamento do módulo de recepção e integração comsistema supervisório. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Figura 4.1 – Protótipo finalizado para os módulos de temperatura. . . . . . . . . . . 59Figura 4.2 – Visualização Tridimensional do Protótipo finalizado para os módulos

de temperatura, em ambiente de desenvolvimento. . . . . . . . . . . . . 60Figura 4.3 – Dados enviados pelo sensor de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . 60Figura 4.4 – Protótipo finalizado para o módulo acelerômetro. . . . . . . . . . . . . 61Figura 4.5 – Visualização tridimensional do Protótipo finalizado para o módulo ace-

lerômetro, em ambiente de desenvolvimento.. . . . . . . . . . . . . . . . 61Figura 4.6 – Dados enviados pelo acelerômetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 4.7 – Protótipo finalizado para o Módulo Receptor . . . . . . . . . . . . . . 63Figura 4.8 – Protótipo finalizado para o Módulo Transmissor . . . . . . . . . . . . . 63Figura 4.9 – Visualização tridimensional do Módulo Receptor, em ambiente de de-

senvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Figura 4.10–Visualização tridimensional do Módulo Transmissor, em ambiente de

desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Figura 4.11–Dados de telemetria visto no sistema supervisório provenientes do ace-

lerômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Figura 4.12–Dados de telemetria visto no sistema supervisório para temperatura

ambiente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Figura 4.13–Dados de telemetria visto no sistema supervisório para temperatura de

um objeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Lista de tabelas

Tabela 1 – Custo de Fabricação do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Tabela 2 – Custo, através de importação dos componentes, de Fabricação do Pro-

tótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Lista de Siglas e Abreviaturas

ASCII American Standard Code for Information InterchangeCAN Controller Network AreaCD-CR Collision Detection with Collition ResolutionCSMA Carrier Sense Multiple AccessDIP Dual In-line PackageGP Grand PrixGPS Global Positioning SystemGSM Global System for Mobile CommunicationsI2C Inter-Integrated CircuitISO International Organization for StandardizationPCI Placa de Circuito ImpressoSOIC Small Outline Integrated CircuitSPI Serial Peripheral Interface

Sumário

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.2 Objetivos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.4 Organização do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1 Esportes à motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1.1 Sensoriamento nos esportes à motor . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2 Telemetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.1 Telemetria nos Esportes à motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3 Sistemas Supervisórios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4 Eletrônica Automotiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4.1 Rede CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.1.1 Barramento CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.4.1.2 Protocolo CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.4.1.3 Controladores CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.5 Sistemas Embarcados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.1 Plataforma Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.6 Prototipagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.6.1 Placas de Circuito Impresso - PCI . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.7 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1 Proposta para um Protótipo de Sistema de Telemetria . . . . 413.2 Arquitetura de Funcionamento do Sistema . . . . . . . . . . . . 433.3 Arquitetura do Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3.1 Módulo CAN - Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3.2 Módulo CAN - Acelerômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.3.3 Módulo Central de Processamento e Transmissão e Módulo

de Recepção e Integração com Sistema Supervisório . . . . . . 473.4 Arquitetura do Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.4.1 Desenvolvimento do firmware de testes para o Módulo de

Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.4.2 Desenvolvimnto do firmware de testes para o Módulo Ace-lerômetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4.3 Processamento e Transmissão de Dados pelo Módulo Central 543.4.4 Recepção dos Dados e Integração com Sistema Supervisório . 543.5 Sistema Supervisório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.6 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.1 Módulo CAN - Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.2 Módulo CAN - Acelerômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.3 Módulos de Transmissão e Recepção . . . . . . . . . . . . . . . . 624.4 Sistema Supervisório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.5 Custo de Confecção do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.6 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.1 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6 APÊNDICE A - ESQUEMÁTICO - MÓDULO DE TEMPE-RATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7 APÊNDICE B - ESQUEMÁTICO PARA O ACELERÔMETRO 75

8 APÊNDICE C - ESQUEMÁTICO PARAOMÓDULO TRANS-MISSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

9 APÊNDICE D - ESQUEMÁTICO PARA O MÓDULO RE-CEPTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

10 ANEXOA - AMOSTRADODATASHEET DOATMEGA328/P 81

11 ANEXO B - AMOSTRA DO DATASHEET DO MPU-6050 . 83

12 ANEXO C - AMOSTRA DO DATASHEET DO HC-12 . . . 85

13 ANEXO D - AMOSTRA DO DATASHEET DO MCP2515 . 87

14 ANEXO E - AMOSTRA DO DATASHEET DO MLX-90614 89

19

1 Introdução

A história da humanidade tem grande parte dedicada ao desenvolvimento de formasmais eficientes de comunicação. As primeiras formas de comunicação humana tiveramorigem junto ao surgimento da escrita, cerca de 3000 anos a.C. Podendo usar como meiode transporte um serviçal de confiança e dados registrados em um pedaço de pergaminho,informações foram trocadas entre grandes impérios possibilitando avanços em áreas dis-tintas, indo desde a agricultura praticada por essas civilizações, até a informações bélicassobre o movimento de um exercito inimigo em um campo de batalhas. (Geraldo MagelaMachado, 2010)

Na década de 1870 e subsequentes, com a já consolidada revolução industrial, surgemas primeira transmissão de dados utilizando-se de meios elétricos, com a invenção dotelefone e do rádio. A partir deste momento, a forma como o ser humano compreendiao envio de uma determinada informação foi drasticamente alterada. Não se necessitavamais de um "meio físico"para que se transmitisse uma informação. Um estudioso demetereologia que ao observar uma mudança climática julgasse necessário transmitir essainformação poderia, em poucos minutos, avisar a uma cidade inteira para que tomasseas devidas precauções relacionadas a sua observação.(Thais Pacievitch, 2009) (RainerGonçalves, 2010)

Já na década de 1990 o mundo sofre, novamente, uma revolução nas formas de comu-nicação. Com a popularização da Internet, criada algumas décadas antes, a recepção eo envio de dados tornou-se algo ainda mais popular. Um computador conectado a estarede poderia compartilhar qualquer tipo de dado à distancias muito grandes em umaquantidade de tempo inimaginável até o momento. Novamente, o conceito de comunica-ção a longas distâncias é bruscamente alterado, tornando ideias antes inviáveis bastantepróximas da realidade. (Daniela Diana, 2013)

Junto a toda esta evolução relacionada as formas de comunicação utilizada pela soci-edade humana, surge um conceito bastante simples intimamente ligado a comunicação delonga distância, a Telemetria.

A origem da palavra telemetria explica muito sobre este conceito - do grego tele, cujosignificado é remoto e metron cujo significado é medida.

Com o avanço das tecnologias ligadas a dispositivos eletrônicos capazes de realizarmedidas, e também dos sistemas de comunicação, a telemetria vem sendo aplicada emdiferentes áreas das atividades humanas com o objetivo de ter-se um status sobre o fun-cionamento de um determinado equipamento. Este equipamento pode vir a ser desde ummarca-passos implantado no coração de um determinado paciente,até a um medidor detemperatura implantado em uma determinada plantação.

Sistemas de telemetria também possibilitaram estudos relacionados a ambientes ex-

20 Capítulo 1. Introdução

tremamente inóspitos, como medidas de temperatura em vulcões, medidas de pressãoem ambientes marinhos extremamente fundos, observação do comportamento de algumasespécies de plantas em ambientes fora do planeta Terra, dentre outros.

Um outro fator que vem tornando cada dia mais popular o uso da telemetria é abaixa no valor do custo dos dispositivos relacionados a estes sistemas. Um exemplo destapopularização é a utilização da telemetria em meios que anteriormente não detinham doinvestimento necessário para estudos mais precisos, como o esporte. Atualmente é comumencontrar um jogador de futebol utilizando um sistema de GPS preso ao seu corpo com oobjetivo de medir a distância percorrida por ele, ou mesmo traçar um mapa da parte docampo que ele mais ocupa durante o jogo.

Hoje o mundo passa por uma nova revolução na forma de comunicação, popularmenteconhecida como Internet das Coisas. Está revolução tem seus conceitos baseados em siste-mas de telemetria, onde todo e qualquer dispositivo conectado a Internet tem capacidadede fornecer dados a um sistema superior que gerencia os mais diversos parâmetros, con-tribuindo para a simplificação e, consequente, avanço das atividades humanas. (MarciaGarcia, 2018)

1.1 Motivação

Com o custo de sensores e sistemas transmissores de dados tornando-se acessíveisà aplicações com menores investimento, a utilização de sistemas de telemetria tem setornado cada dia mais presente. Em esportes à motor a utilização desta tecnologia jáé, a muito tempo, uma realidade em categorias de alta performace. Já nas categoriasinferiores, cujo objetivo principal é o hobby e não a competição, estes sistemas ainda sãopouco utilizados. Um dos motivos da baixa aderência está ligado ao fato de que sistemasdessa natureza normalmente são projetados para a obtenção de uma série de parâmetroscom elevada precisão. Isto acaba por tornar o custo benefício da utilização de um sistemade telemetria em categorias de menor investimento um pouco alto para os competidores.

1.2 Objetivos Gerais

O objetivo deste trabalho é a elaboração de um protótipo de sistema de telemetria comalguns dos elementos básicos presentes em sistemas desta natureza. É um dos objetivostambém que esse estudo possa ser utilizado para apresentação a possíveis investidores,podendo estes interessar-se pela implementação do sistema fora do ambiente de prototi-pagem.

1.3. Objetivos Específicos 21

1.3 Objetivos Específicos

• Desenvolvimento de um módulo de temperatura com comunicação CAN.

• Desenvolvimento de um módulo acelerômetro com comunicação CAN.

• Desenvolvimento de um módulo central de processamento e transmissão de dados.

• Desenvolvimento de um módulo receptor de dados.

• Desenvolvimento de um sistema supervisório.

1.4 Organização do Trabalho

O trabalho de conclusão de curso que aqui se apresentará está organizado como descritoà seguir:

• Fundamentação Teórica: São apresentados todos os conceitos relacionados ao tra-balho, os sensores e softwares utilizados durante o desenvolvimento do mesmo.

• Desenvolvimento: Apresenta a construção do projeto dividida em etapas, expondoos testes realizando de maneira isolada antes do sistema ser posto em funcionamentode maneira geral.

• Resultados: Apresenta os resultados obtidos. São apresentados todos os dispositivosconfeccionados e o sistema prototipado em funcionamento de maneira completa.

• Discussões e Conclusões: Apresenta discussões sobre o desempenho do sistema,custo relacionados ao trabalho e melhorias para trabalhos futuros.

• Apêndices e Anexos: São apresentados os códigos desenvolvidos durante o trabalhoe os principais datasheets dos componentes utilizados.

23

2 Fundamentação Teórica

2.1 Esportes à motor

O espírito humano de competição se faz presente na sociedade desde a Grécia antiga,onde os homens que compunham aquela sociedade já se desafiavam em competições deviés físico, como arremessos de peso, disco, dentre outras. Com o automobilismo nãofoi nada diferente. Pouco tempo após a invenção do automóvel foi realizada a primeiracompetição oficial que colocava a prova os veículos produzidos até então. Não tratava-sede uma corrida mas sim de testes de desempenho relacionados a segurança, durabilidadee também ao valor final de custo daqueles automóveis. A competição foi organizada porPierre Giffard, jornalista do "Le Petit Journal" e contou com a inscrição de 102 equipes,chegando a etapa final apenas 21 delas.(Le Petit Journal, 1894)

Posterior a este marco, basicamente qualquer atividade relacionada a mobilidade quetem como fonte motriz um motor, podendo ele ser a combustão ou elétrico, passou a teruma competição relacionada a ela. Passando por competições de resistência à competiçõesde desempenho, os esportes à motor tem se desenvolvido e ocupado um papel bastanteimportante na sociedade atual. Praticamente toda a inovação tecnológica já conquistadaaté os dias de hoje presentes em veículos tem sua origem em alguma competição esportiva.

Na atualidade, a categoria máxima do automobilismo, a Formula 1, tem contribuídode maneira significante para o desenvolvimento do automobilismo mundial. Os projetos edesenvolvimentos relacionados a otimização de potência, otimização de consumo, controlede tração e estabilidade, menor carga de poluentes lançados na atmosfera, dentre outros,presentes em veículos de rua tem suas bases em projetos desta categoria. (Felipe Garret,2012)

Outra categoria que contribui, de maneira bastante significativa, a veículos presentesem nosso dia-a-dia é o MotoGP, categoria máxima do motociclismo. Soluções como ocontrole de tração em saídas de curva e o controle de frenagem, presentes em modelos derua são soluções de segurança vindas desta categoria. (Roberto Agresti, 2014)

2.1.1 Sensoriamento nos esportes à motor

Competições esportivas de alta performace, de maneira geral, tem seus resultadosdefinidos por detalhes. Sendo assim, faz-se de extrema importância a coleta de dadosrelacionados aos parâmetros que venham a implicar em um maior ou menor desempenhopor parte do competidor.

Nos esportes à motor estes parâmetros estão ligados a basicamente dois fatores: oequipamento utilizado - automóvel, motocicleta, dentro outros - e ao comportamento do

24 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

piloto às adversidades que ele irá defrontar durante uma competição.A engenharia, fazendo-se uso da eletrônica e áreas afins, permite a realização de me-

didas, através de sensores, dos parâmetros que venham a influenciar no desempenho deveículo e do piloto. Em esportes à motor de pista, como o automobilismo, praticamentetodos os parâmetros são medidos por uma infinidade de sensores presentes no veículo.Trazendo novamente como exemplo a Formula 1, sensores pressão do óleo, temperaturados pneus, temperatura dos freios, velocidade, aceleração que o veiculo esta sendo sub-metido, pressão aerodinâmica em vários pontos do veículo, dentre vários outros fatores,são monitorados em tempo real por uma equipe de engenharia responsável por esses pa-râmetros. O piloto, em muitas das vezes, torna-se um executor das ordens vindas destaequipe de engenheiros que, baseados na interpretação dos dados vindos dos sensores, podeinstruir o piloto a controlar melhor a potência desenvolvida pelo carro, o gasto de pneuse até a durabilidade de um motor ou cambio, dentre outros aspectos.

2.2 Telemetria

Como citado previamente no capítulo introdutório deste trabalho, a Telemetria ocupaum papel de grande importância na atual prática da engenharia moderna. Grande partedos equipamentos projetados nos dias atuais apresentam a necessidade, ou deseja-se, deuma operação de maneira remota. (POLESE, 2017)

Um sistema de telemetria é formado, em linhas gerais, por:

• Hardware embarcado local: este sistema é responsável pela obtenção dos dados nolocal em que objetiva a obtenção dos parâmetros de um dados sistema. Toda a partede sensores e processamento de dados é implementada neste hardware. Um aspectoimportante deste tipo de hardware está ligado a robustez de sua construção. Emgrande parte das situações em que se utiliza um sistema de telemetria, os dispositi-vos envolvidos sofrem um desgaste considerável com ações temporais, tornando-senecessário uma construção mecânica capaz de manter a integridade destes circuitose prolongar o seu funcionamento.

• Sistema de transmissão de dados: este sistema é responsável pelo envio dos dadosobtidos no local onde o hardware foi instalado para o usuário que irá realizar omonitoramento. Devido ao fato de que sistemas de telemetria são utilizados emsituações onde a distância envolvida é relativamente grande, a forma de transmis-são de dados mais popular para este tipo de sistema é a transmissão GSM (GlobalSystem for Mobile Communications). Atualmente, outras tecnologias estão sendoimplementadas nos sistemas de telemetria, como por exemplo a comunicação LoRa.Existem também sistemas de telemetria implementados de maneira cabeada, como

2.2. Telemetria 25

por exemplo sistemas implementados em usinas hidroelétricas e alguns meios indus-triais.(WEBSTER, 1999)

• Software para supervisão: este sistema é responsável pela interação entre o usuárioque irá realizar o monitoramento e o sistema monitorado em si.

Como citado anteriormente, um exemplo de ambiente onde se encontra sistemas deTelemetria cabeados é o ambiente industrial. Na industria, a Telemetria tem sido apli-cada no monitoramento e na realização de ações relacionadas a parâmetros lidos de umadeterminada máquina. Em uma usina hidroelétrica, por exemplo, um operador pode mo-nitorar a vazão de água que passa pela barragem e, caso necessário, abrir uma comportapara que aumente-se essa vazão. Ambas as ações - de monitoramento e de uma possívelabertura de comporta - podem ser tomadas a muitos metros de distância de onde elas defato irão acontecer. (WEBSTER, 1999)

Já um exemplo de sistema de telemetria sem fio são os sistemas utilizados em meiosagrícolas. Este tipo de utilização da telemetria tem crescido muito nos últimos anos, con-sequente da modernização e desenvolvimento desta área. Sendo utilizada para o monito-ramento de parâmetros como molhamento foliar, temperatura ambiente, dentre outros, atelemetria exerce um papel importante na prática preventiva do controle de pragas, assimcomo na prevenção de doenças causadas por fatores ambientes. (BARBOSA, 2014)

2.2.1 Telemetria nos Esportes à motor

Assim como nas áreas já citadas, nos esportes à motor a telemetria tem como objetivoa observação de parâmetros de funcionamento do veículo competidor assim como aspectosde desempenho do piloto.

Sistemas de telemetria utilizados nessa modalidade esportiva basicamente seguem duasarquiteturas características: uma arquitetura de dispositivos centralizada e um arquite-tura de dispositivos descentralizada.(DANTAS, 2012)

A arquitetura centralizada apresenta uma central de processamento responsável porreceber, processar e realizar todas as ações do sistema. Este tipo de arquitetura é indicadopara ambientes que não possuam muito ruído, e que os sensores não se encontrem adistâncias muito longas da central.(NUNES, 2016)

Já a arquitetura descentralizada pode apresentar varias centrais de processamentodentro de um mesmo sistema, sendo este sistema o mais utilizado atualmente no automo-bilismo. A preferência por está arquitetura se dá pela possibilidade de uma implementaçãode sistema mais robusta no que tange a comunicação entre os módulos do sistema, vistoque ambientes automotivos comumente são expostos a muitas fontes de ruído.(NUNES,2016)


2.3 Sistemas Supervisórios

Sistemas supervisórios são sistemas integrados a sistemas de monitoramento que temcomo objetivo a realização de uma interação entre o operador e o sistema em si - conhecidacomo interação homem-máquina. A utilização de sistemas supervisórios nasceu junto aoconceito de telemetria, uma vez que na origem dos sistemas de telemetria os dados aindaeram recebidos de maneira pura, sem nenhum tratamento gráfico.(BONIFACIO, 2018)

Atualmente os sistemas supervisórios já contam com toda a técnologia que a infor-mática proporciona. Os dados puros, ao serem recebidos pelo sistema, são tratados egeram-se gráficos, blocos de ativação e desativação, dentre outras formas de interação.

Existem varias vantagens na utilização de sistemas supervisórios, destacando-se trêsdelas:

• Operação remota do sistema: Os sistemas supervisórios possibilitam uma tomadade decisão por parte do operador que esteja observando os parâmetros do sistemas,mesmo que a longas distâncias.

• Análise de tendências: Através do recebimento de um pacote de dados, pode-seanalisar o comportamento de um determinado parâmetro e prever qual será o seuestado momentos posteriores ao analisado.

• Administração de alertas do sistema: O operador pode ter a visualização de alertasdo sistema de maneira simples, tomando a melhor ação relacionada ao determinadoalerta.

2.4 Eletrônica Automotiva

Durante muito tempo, a eletrônica presente em automóveis e motocicletas foi com-posta por uma pequena variedade de componentes básicos, como relés, fusíveis, dentreoutros. Com o salto técnologico ocorrido na década de 90, que ainda impulsiona umforte ritmo de desenvolvimento na atualidade, a eletrônica automotiva passou a contarcom um grande número de dispositivos e sensores, dando origem a inumeras funcionali-dades.(GUIMARAES, 2007)

A grande maioria dos modelos de automóveis populares atuais apresentam algumasfunções totalmente conectadas ao funcionamento de dispositivos eletrônicos. Um exemplodesses dispositivos é a injeção eletrônica, presente em todos os modelos atuais de veículos,desde o mais simples ao mais luxuoso. Com o advento da injeção eletrônica houve um saltogigantesco em desempenho dos veículos no que diz respeito ao consumo.(GUIMARAES,2007)

Já nos modelos mais luxuosos, a eletrônica automotiva se mostra presente de umamaneira bem mais forte. Sensores de acendimento automático dos faróis, acionamento

2.4. Eletrônica Automotiva 27

automático dos limpadores de para-brisa, controles de tração e estabilidade, climatizadoresdigitais, direção elétrica, dentre uma grande variedade de outros dispositivos, são itensfacilmente encontrados nesses modelos.

Tendo em vista esta imensa quantidade de sensores e dispositivos em um automóvel,um outro fator que também apresentou um grande salto no que tange este tema é aquantidade de dados gerados por um automóvel. Os modelos atuais tem embarcadosem sua eletrônica microcontroladores e microprocessadores para que sejam capazes deadministrar toda a quantidade de dados gerados por seus sensores. Um outro fator debastante importância é a segurança com que essa grande quantidade de dados trafegaaté a unidade de processamento central do automóvel. Sensores como, por exemplo,o acelerador necessitam de uma proteção contra falhas bastante robusta visto o riscoenvolvido ao não funcionamento deste dispositivo. Devido a este fato, as montadores deveículos utilizam-se de topologias de rede que possuem proteção contra possíveis erros detransmissão de dados do barramento interno do veículo, como por exemplo a topologiade rede CAN.(GUIMARAES, 2007)

2.4.1 Rede CAN

Em meados da década de 80, Robert Bosch desenvolveu um rede de comunicaçãomultimestre denominada CAN - Controller Area Network. A rede CAN, a partir deentão, foi utilizada nas redes de comunicação de veículos de frota pesada, como ônibus ecaminhões, mas rapidamente passou a ser adotada em varios meios de comunicação emrede sujeitos a uma grande quantidade de ruídos.(Guimarães, A. A., 2004a)

Redes CAN utilizam-se de um método de transmissão denominado CSMA/CD-CR -Carrier Sense Multiple Access and Collision Detection with Collition Resolution. De ma-neira geral, este método implementa uma transmissão com os seguintes aspectos:(Microchop,2012)

• Todos os dispositivos presentes na rede monitoram constantemente a mesma quandonão estão a transmitir uma mensagem;

• Durante um período de estado ocioso do barramento, qualquer dispositivo tem asmesmas possibilidades de publicar uma mensagem no barramento;

• Caso dois dispositivos da rede iniciem uma transmissão ao mesmo tempo existiráuma colisão das informações;

• Caso exista uma colisão das informações a rede tem capacidade para elencar umaprioridade entre as mensagens, retransmitindo a mensagem de menor prioridade emum próximo intervalo de tempo disponível.


A rede CAN pode ser compreendida dividindo-se-a em duas camadas: a camada física,podendo também ser denominada de barramento CAN, e a camada de dados, podendotambém ser denominada de protocolo CAN.

2.4.1.1 Barramento CAN

O barramento CAN, como em alguns outros barramentos, necessita de parâmetrosbastante definidos para que o protocolo possa trafegar de maneira adequada. Esses parâ-metros são especificados, de maneira geral, por duas normas: a ISO11898, que especificaas características de uma rede trabalhando em alta velocidade (sendo alta velocidade umataxa de transmissão entre 125 Kbps a 1 Mbps), e a ISO11519, que especifica as caracte-rísticas de uma rede trabalhando em baixa velocidade (sendo baixa velocidade uma taxade transmissão entre 10 Kbps e 125 Kbps). Atualmente a utilização do barramento CANseguindo as características apresentadas pela ISO11519 são pouco utilizadas, visto quecom o avanço das tecnologias no processamento de dados, utilizar-se de um barramentocom velocidade mais baixa não se faz necessário.(Texas Instruments, 2002)

Outra característica importante do barramento CAN é o meio pelo o qual os dados sepropagam e a impedância característica do barramento. O barramento CAN é compostopor um par de fios trançados, sendo um desses fios denominados CAN High (CANH )e o outro CAN Low (CANL). Estes devem apresentam uma impedância bastante defi-nida de 60 Ω, especificada pela ISO11898-2. Para obter-se essa impedância característicautilizam-se resistores de terminação no barramento, como os apresentados na Figura 2.1,representados por RL. Utilizando-se de resistores de 120 Ω como resistores de terminação,pode-se obter a impedância de linha correta para o perfeito tráfego de dados do protocolo.(Texas Instruments, 2002)

Figura 2.1 – Elementos compositores um barramento CAN.

Fonte: Introduction to the Controller Area Network (CAN) - Texas Instruments.

Uma terceira característica bastante específica do barramento CAN, sendo esta a queo mais destaca em quesitos de robustez física do barramento, é o nível de sinal elétrico em


que os dados trafegam dentro do barramento. Em outros tipos de comunicação normal-mente implementa-se o nível lógico alto como sendo o limite superior de tensão utilizadopelo sistema e o nível lógico baixo como sendo o limite inferior. Já o barramento CANutiliza níveis de sinal bastante característicos. A primeira diferença aparece no que tangeaos tipos de nível lógico. O barramento CAN não se utiliza de níveis lógicos alto ou baixoe sim níveis lógicos recessivos e dominantes. Este tipo de codificação de sinal não se baseiano nível de tensão apresentado por uma linha de dados e sim pela diferença de de tensãoentre duas linhas de dados. Um exemplo de como a informação trafega no barramentoCAN é mostrado na Figura 2.2. Sendo desta forma, tendo em vista um fio de par tran-çados, quando uma determinado ponto da linha sofre uma interferência, ambos os sinaisse deslocarão em mesmo valor de tensão, mantendo-se assim a diferença de tensão entreeles e, consequentemente, preservando a informação. Um segundo ponto de destaque é ovalor em tensão desse sinal. Um nível lógico dominante é conseguido com uma diferençade tensão de aproximadamente 2V entre o sinal presente no fio CANH e o sinal presenteno CANL. Em condições normais, o sinal presente em CANH é de 3,5V e em CANL de1,5V. Já um sinal recessivo deve apresentar uma diferença de tensão menor do que 0,6Ve em condições normais ambos os sinais CANH e CANL apresentam tensão proxima a2,5V. (Texas Instruments, 2002)

Figura 2.2 – Representação dos sinais CANH e CANL no barramento CAN.

Fonte: Overview of 3.3V CAN (Controller Area Network) Transceivers - TexasInstruments, 2013.

Para a adaptação de sinais de nível de tensão comuns para os níveis de sinais CANfaz-se uso de um dispositivo denominado transceptor CAN - CAN transceiver. Este dis-positivo tem a função de receber o sinal de uma linha comum, com níveis lógicos alto ebaixo, e "traduzi-lo"para o nível lógico de funcionamento da rede CAN. Os grandes fabri-cantes de componentes eletrônicos disponibilizam varias versões desse dispositivo, comopor exemplo o apresentado na Figura 2.3, do fabricante Texas Instruments. Outra vanta-


gem na utilização do trasnceptor CAN é a descodificação do sinal do barramento. Apósa decodificação, o nível lógico dominante é tratado como valor lógico 0 e o nível lógicorecessivo é tratado como valor lógico 1, fazendo com que os níveis de tensão diferentes doconvencional existam apenas durante a transmissão da informação dentro do barramento.(Texas Instruments, 2008)

Figura 2.3 – Transceptor CAN SN65HVD233 - CAN transceiver, em encapsulamento 8-SOIC.

Fonte: Internet - Disponível em: http://www.ti.com/product/SN65HVD233.

2.4.1.2 Protocolo CAN

O protocolo CAN, camada de dados da rede CAN, apresenta quatro tipos de formatospara o envio de uma determinada informação: o formato de dados (data frame), o for-mato remoto (remote frame), o formato de erro (error frame) e o formato de sobrecarga(overload frame). A seguir segue-se a descrição de cada um destes formatos.(Microchop,2012)

• Data Frame: Este é o formato utilizado no protocolo CAN para a transmissão deuma informação comum. Existem dois formatos para este frame: o formato padrãoe o estendido. A diferença entre estes dois formatos está no campo da arbitrariedadeda mensagem. No formato padrão existem 11 bits dedicados a este campo, já noformato estendido existem 29 bits. Um esquema para este formato é apresentadona Figura 2.4.

O campo da arbitrariedade também pode ser entendido como o identificador deuma determinada mensagem no barramento CAN. Outro fator bastante importantedo campo da arbitrariedade é a capacidade da rede CAN, a partir deste campo,de criar uma prioridade entre as mensagens enviadas pelo barramento. Supondo-seque duas mensagens diferentes sejam transmitidas ao mesmo tempo, a mensagemque apresentar um menor valor binário no campo da arbitrariedade, sendo o valor 0representante de um nível lógico dominante, terá uma maior prioridade de transmis-são. Está também é uma das grandes contribuições da rede CAN para as aplicaçõesem que é empregada, visto que dessa forma a administração de prioridades de uma


Figura 2.4 – Formatos de dados possíveis em um protocolo CAN.

Fonte: Introduction to Controller Area Network (CAN) - Microchip Webseminars,2012.

transmissão é tratada em nível físico e não no nível de dados, como nos diversosoutros tipos de rede.

Com a utilização do formato padrão são possíveis 2048 mensagens únicas, poiso barramento CAN não permite a utilização de um mesmo valor no campo daarbitrariedade para diferentes mensagens. Já com o modo estendido é possível umvalor superior a 536 milhões de mensagens únicas.

• Remote Frame: Este formato é bastante semelhante ao formato de dados, porémcom a diferença de que para este não existe o campo de dados. O formato re-moto é utilizado para quando um determinado dispositivo do barramento requisitadados de um outro dispositivo do barramento. A Figura 2.5 ilustra a construçãodeste formato. Nota-se que este também possui dois tipos: o padrão e o estendido,aplicando-se dessa forma as mesmas características citadas no formato de dados.

• Error Frame: Existem dois possíveis tipos de erro para este formato, sendo eles oformato de erro ativo e o formato de erro passivo. A diferença entre eles esta nageração e na detecção do erro por parte de outros dispositivos no barramento. AFigura 2.6 ilustra a construção deste formato.

• Overload Frame: Este formato é utilizado para que um determinado dispositivopresente na rede faça uma solicitação de mais tempo de processamento aos outrosdispositivos. Desta forma o restante dos dispositivos da rede inserem um delay em


Figura 2.5 – Formatos remotos possíveis em um protocolo CAN.


suas transmissões, aguardando que o dispositivo que tenha enviado o formato desobrecarga termine de enviar os seus dados. A Figura 2.7 ilustra este formato.

Como já citado anteriormente, a rede CAN tem sua popularidade atribuida, também,a sua capacidade de deteção e solução de erros. Na camada de dados um desses métodosestá relacionado aos problemas gerados pela sincronização da transmissão. Como pode-senotar até este momento, o barramento CAN não apresenta uma linha de sinal dedicadaa sincronização do envio das mensagens, forçando-se assim que todos os dispositivos darede apresentem uma mesma configuração de clock. Porém isto não é suficiente para umacomunicação precisa, visto que mesmo operando em mesma frequência, garantir que todosos dispositivos de uma rede CAN operem em fase seria uma atividade bastante complexa.Para isso o protocolo CAN utiliza-se de um método de sincronização denominado bitstuffing, ilustrado na Figura 2.8.(Microchop, 2012)

O bit stuffing trata-se de um artifício para se forçar uma borda em uma dada trans-missão, com o objetivo de que os dispositivos possam sincronizar-se a partir desta. Noprotocolo CAN a cada 5 bits de mesmo valor transmitido o sexto é, obrigatoriamente, devalor oposto. Isso força o sistema a identificar uma borda a cada 5 bits transmitidos demesmo valor, fato este que, caso não ocoresse, poderia causar uma dessincronização entreos dispositivos do barramento visto a ausência de um sinal de clock. Este bit não tem valorlógico para o sistema e é descartado no momento do processamento dos dados.(Microchop,2012)


Figura 2.6 – Formatos de erro possíveis em um protocolo CAN.


Figura 2.7 – Formato de sobrecarga para o protocolo CAN.


2.4.1.3 Controladores CAN

As redes CAN apresentam muitos parâmetros de controle e manipulação dos dadostransmitidos. As seções 2.4.1.1 e 2.4.1.2 apresentam boa parte destes parâmetros, dei-xando evidente a complexidade da implementação deste tipo de rede. Tendo em vistaeste problema e a crescente procura pela implementação das redes CAN nos dias atuais,


Figura 2.8 – Processo de bit stuffing realizado pela rede CAN para reforçar a sincronizaçãodos dispositivos.

Fonte: Introduction to Controller Area Network (CAN) - Microchip Webseminars.

os maiores fabricantes de componentes eletrônicos da atualidade produzem controladoresCAN. Estes controladores implementam todo o protocolo CAN, e aliados aos transcepto-res CAN, solucionam toda a complexidade deste tipo de rede.(Guimarães, A. A., 2004b)

A utilização destes controladores torna-se ainda mais simples visto que boa parte delesadota protocolos de comunicação bastante difundidos como meio de interface entre estes eos microcontroladores, como por exemplo o protocolo SPI. Desta forma, de maneira geral,o usuário de um controlador CAN necessita apenas enviar a informação a qual ele quertransmitir e alguns dados de configuração para o controlador CAN e ele irá administrartoda a montagem e transmissão do protocolo, com todas os requisitos necessários.

Um exemplo deste tipo de controlador é o MCP2515, ilustrado na Figura 2.9, daempresa Microchip.

Figura 2.9 – Controlador CAN MCP2515, em encapsulamento 28-SOIC.

Fonte: Internet - Disponível em:https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP2515.

2.5. Sistemas Embarcados 35

2.5 Sistemas Embarcados

Com o avanço da tecnologia na atualidade, a utilização de sistemas digitais de pro-cessamento, sensores, atuadores, dentre outros dispositivos eletrônicos, tem crescido epopularizado-se cada dia mais.

Um sistema embarcado integra todo esse conjunto de tecnologias, utilizando-as parauma determinada finalidade em um determinado equipamento. Atualmente equipamentosdomésticos, antes bastante simples, como por exemplo uma máquina de lavar roupas, jácontam com todo um sistema embarcado responsável pela automação de várias funçõesantes realizadas de maneira manual.

A utilização destes sistemas, em tempos passados, sempre foi dificultada pelo grandeconhecimento de eletrônica e programação que se exigia para a confecção e manipulaçãodestes. Objetivando suprir essa barreira, ou torna-la menor, os fabricantes de componentesde sistemas embarcados começaram a produzir plataformas de desenvolvimento, sendoessas sistemas embarcados ainda não embarcados - sem uma aplicação final definida.Esta ação tornou mais acessível, financeiramente e intelectualmente, o desenvolvimentode soluções fazendo-se uso de sistemas embarcados.

Esta postura de mercado dos grandes fabricantes também deu origem a uma grandetendência mundial, onde projetistas do mundo todo passaram a desenvolver soluções com oobjetivo de diminuir a carga intelectual necessária para utilizar-se de soluções embarcadasnos mais diversos projetos existentes.

2.5.1 Plataforma Arduino

O projeto Arduino teve seu início no ano de 2005, na cidade de Ivrea - Itália, noInstituto de Design de Interação. Massimo Banzi, um dos professores do corpo docente doinstituto, objetivava uma proposta de baixo custo, e que não demandasse uma longa cargahorária de estudo, para que os seus alunos pudessem aplicar seus conceitos de design juntoa ferramentas de prototipagem relacionadas a eletrônica e sistemas embarcados. Com aajuda de David Guatielles, pesquisador da Universidade de Malmo - Suécia, o projetoefetivamente teve início. (EVANS, 2013)

Algumas propostas semelhantes já existiam no mercado, porém o diferencial do pro-jeto Arduino estava em suas características de baixo custo - a ideia inicial era de que aplataforma não apresentasse valor superior ao de uma refeição - e a facilidade no processode utilização do mesmo, visualizando-se que a placa de desenvolvimento junto de um caboUSB e componentes eletrônicos simples seriam suficientes para a realização dos primeirosprojetos.

Com a integração de outros membros no desenvolvimento do projeto, o Arduinotornou-se uma das ferramentas de prototipagem mais populares no universo dos siste-mas embarcados, auxiliando tanto no ensino e na iniciação de estudantes em áreas como


robótica e sistemas embarcados, quanto na rápida prototipagem e na prova de conceitospor profissionais dessa área.

Junto ao propósito de tornar o ensino e a prototipagem de sistemas eletrônicos embar-cados mais simples, um outro conceito que as plataformas Arduino tiveram total influênciaé o conceito open-source, que também pode ser considerada uma filosofia. Esta filosofiatem como princípio básico o compartilhamento do conhecimento produzido. Tanto nodesenvolvimento das placas da plataforma Arduino quanto na produção de materiais deestudos, resultados obtidos, na produção de códigos de exemplo, dentre outros, está fi-losofia é amplamente aplicada, criando uma comunidade orgânica que tende a crescer efortalecer-se cada dia mais.

A placa mais popular produzida é o Arduino Uno, que pode ser vista na Figura 2.10.Esta placa utiliza como microcontrolador o ATmega328P, da empresa Atmel, atualmentepertencente a Microchip. Algumas características básicas desta placa estão citadas aseguir:(Arduino Company, 2018)

• Tensão de operação de 5 V.

• 14 pinos de entrada e saída.

• Suporta corrente de até 20 mA em cada pino de entrada e saída.

• 32 KB de memória Flash

• 2 KB de memória SRAM

• 1 KB de memória EEPROM

• Velocidade de processamento (clock) de 16 MHz.

• 1 interface UART, com nível lógico de comunicação de 5 V (TTL).

Para a programação desta e das demais placas do projeto Arduino, que neste pontojá pode também ser chamada de empresa, existe um ambiente de desenvolvimento (IDE)desenvolvido especificamente para esta função. A linguagem utilizada para a programaçãoé especifica para a plataforma, porém é bastante semelhante as linguagens C e C++. AFigura 2.11 exibe a janela da IDE Arduino com a estrutura básica para a programaçãodas placas.

De maneira geral duas estruturas podem ser vistas na Figura 2, sendo elas a funçãosetup, responsável pelas configurações gerais da placa que será utilizada, e a função loop,onde será inserido efetivamente o código executado durante o tempo de funcionamentoda placa.

Atualmente existem várias versões das placas Arduino, algumas delas apresentam mi-croprocessadores com maior capacidade de processamento, maior número de portas de

2.5. Sistemas Embarcados 37

Figura 2.10 – Placa Arduino UNO.

Fonte: Internet - Disponível em: https://www.arduino.cc/

Figura 2.11 – Ambiente de desenvolvimento das placas Arduino.

Fonte: Internet - Disponível em: https://www.arduino.cc/

entrada e saída disponíveis, maior memória de programação, dentre outras funcionalida-des.

Com a popularização do uso das placas da empresa, algumas dessas deixaram tambémde ter como propósito o ensino de programação para alunos iniciantes neste universo epassaram a comportar cargas de processamento de projetos de extrema complexidade,passando a exercer um papel importante na prototipagem de projetos complexos.(AdilsonThomsen, 2014)


2.6 Prototipagem

A prototipagem é um conceito bastante antigo que vem evoluindo desde os primórdiosde sua utilização. Na atualidade existem ferramentas extremamente complexas destinadasa esta atividade, capazes muitas vezes de simular o comportamento de uma determinadaestrutura ou, no campo da engenharia elétrica, um determinado circuito.

Em linhas gerais, o objetivo da prototipagem é a prova de um conceito que envolvauma estrutura complexa através de uma estrutura mais simples.

No ramo de atividades da engenharia a utilização da prototipagem é algo de vitalimportância no desenvolvimento de um projeto. Protótipos que aproximem-se de proje-tos reais são capazes de trazer boas previsões do funcionamento deste em sua aplicaçãofinal. Essas previsões poupam tempo para a resolução de possíveis problemas e recursosfinanceiros, para o caso de grandes produções.(PALHAIS, 2015)

2.6.1 Placas de Circuito Impresso - PCI

A utilização de placas de circuito impresso (PCI) na prototipagem de sistemas em-barcados é uma prática que vem ganhando força com o desenvolvimento dos métodos defabricação destas. Em tempos anteriores a utilização de protoboards era a forma maisadequada de realização de alguns testes eletrônicos devido ao alto custo de projeto deuma PCI.

Com o avanço dos softwares de simulação de circuitos eletrônicos - como o OrCAD,Proteus, dentre outros - tem-se a capacidade de gerar protótipos de PCIs com maiorconfiabilidade do funcionamento do circuito, fazendo-se assim com que a realização detestes torne-se mais simples e os resultados provenientes do protótipo tenham uma maiorconfiabilidade.

2.7 Considerações Finais do Capítulo

A utilização de sistemas de telemetria na atualidade não é mais um avanço e sim umatendência tecnológica. Com o barateamento de dispositivos integradores destes sistemas,a utilização deles tem se tornado cada dia mais popular nas mais diversas atividadesexercidas pela humanidade. Os sistemas de telemetria são formados por diferentes áreascom um razoável nível de complexidade entre si. Por sua vez, estas diferentes áreas devemtrabalhar de maneira integrada para que se tenha um sistemas que apresente uma boaconfiabilidade. Sistemas de telemetria aplicados aos esportes à motor trazem consigoainda os estudos relacionados as características especificas de ambientes desta natureza,como por exemplo a rede CAN, que se faz necessária devido a grande quantidade deruídos presentes nesses ambientes. Desta forma a utilização de um sistema prototipado

2.7. Considerações Finais do Capítulo 39

que possa vir a realizar uma prova de conceito sobre a natureza deste tipo de projeto é amelhor forma de iniciar um possível desenvolvimento de produto nesta área.

41

3 DesenvolvimentoEste capítulo apresenta todas as etapas de desenvolvimento do trabalho. Estão descritosos procedimentos utilizados para o desenvolvimento do esquema de funcionamento dosistema de forma geral, os testes dos dispositivos utilizados, a confecção dos elementosformadores do sistema e a codificação do firmware de cada um desses.

3.1 Proposta para um Protótipo de Sistema de Tele-metria

O sistema de telemetria apresentado neste trabalho é um protótipo de sistema quetem como objetivo a validação dos conceitos envolvidos e a mensuração de funcionalida-des e custos do sistema como um todo. Os sensores utilizados e toda a arquitetura defuncionamento do sistema são apresentados nas seções seguintes.

Algumas adaptações a realidade em que o sistema final possa ser aplicado foram re-alizadas para esta prototipagem. Sistemas automobilísticos normalmente operam comtensões de 12 V. Já o protótipo aqui apresentado opera com tensões de 9 V, provenientesde baterias comuns. Outra adaptação realizada esta relacionada a transmissão de dados:nesta prototipagem usou-se um transmissor de pequeno alcance, aproximadamente 300metros de alcance em campo aberto sem a utilização de antenas, porém para uma apli-cação final em que este sistema venha a ser utilizado sabe-se que o transmissor deve tercapacidade para um alcance de no mínimo 5 Km.

O protótipo proposto é composto pelos componentes listados a seguir:

• Dois sensores de temperatura MLX90614: O MLX90614 é um termômetro infraver-melho desenvolvido pela empresa Melexis – Microeletronic Integrated Systems. Suamaior aplicação é o sensoriamento de temperatura sem a necessidade de contatoentre o objeto que deseja-se medir a temperatura e o sensor. Este sensor utiliza oprotocolo de comunicação I2C para comunicar-se com o microcontrolador que iráreceber as medidas de temperatura. Está disponível através de um encapsulamentoTO-39 de quatro pinos. A Figura 3.1 exibe o esquemático elétrico necessário parao funcionamento do sensor e a Figura 3.2 exibe uma imagem do sensor.

O MLX90614, através de seu encapsulamento TO-39, é constituído por dois sensoresde temperatura. Um deles, ligado a estrutura do encapsulamento, é dedicado arealização de medidas de temperatura ambiente. Já o segundo utiliza medidas deradiação infravermelho que entram dentro do sensor através de seu visor para adeterminação da temperatura de um objeto – ou um conjunto deles. O valor de

42 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 3.1 – Esquemático do Sensor MLX90614.

Fonte: Folha de dados do sensor.

Figura 3.2 – Sensor MLX90614.

Fonte: Folha de dados do sensor.

temperatura final obtido através deste segundo método é a média das temperaturasque o sensor infravermelho detecta dentro do seu campo de visada.

• Um módulo MPU-6050: O módulo MPU-6050 da empresa TDK - Inven Sense éconstituído por dois sensores: um sensor acelerômetro de três eixos e um sensorgirômetro, também de três eixos. As principais aplicações desse módulo de sensoressão dispositivos de interação motora como os smartphones, tablets e controles dejogos de videogame. Este módulo de sensores utiliza o protocolo de comunicaçãoI2C para comunicar-se com o microcontrolador responsável pelo processamento dosdados provenientes dele. Está disponível em um encapsulamento 24-VFQFN.

• Dois módulos HC-12: Este módulo é responsável pela transmissão e recepção dosdados enviados através do sistema instalado no local de analise para o sistema super-visório. Fabricado pela empresa Elecrow opera com um espectro de frequências entre

3.2. Arquitetura de Funcionamento do Sistema 43

433 MHz à 473 MHz, disponibilizados em mais de 100 canais de comunicação. Estemódulo utiliza-se de um microcontrolador STM8S, da empresa ST Eletronics, parao gerenciamento de suas funções. A configuração do mesmo é feita via comandosASCII - popularmente conhecidos como comandos AT - enviados por comunicaçãoUART, assim como os dados a serem transmitidos. Ele pode ser configurado paraoperar como receptor ou transmissor, adotando em ambas os modos de operaçãoa característica de broadcast1. Sistemas de transmissão do tipo broadcast necessi-tam de um tratamento em firmware para a segurança dos dados, caso assim sejanecessário.

• Quatro controladores MCP2515: Os controladores MCP2515 da empresa Microchip,implementam todo o protocolo CAN necessário para o funcionamento de uma redeCAN. Estes controladores utilizam um interface de comunicação com microcontrola-dor do tipo SPI. Todos os parâmetros discutidos na seção 2.4.1.2 são implementadospor este controlador.

• Quatro placas Arduino: A seção 2.5.1 aborda todos os aspectos relacionados asplacas arduino, não sendo necessário cita-los novamente.

Uma das formas de simplificação do uso desses sensores que o mercado vem desenvol-vendo é a fabricação de shields. Um shields de um determinado sensor trata-se de umapequena placa de circuito impresso que implementa todo o hardware necessário para ofuncionamento de um determinado sensor. O uso de shields é uma prática que acelera aprototipagem de projetos diminuindo o tempo desta etapa e facilitando o experimento dediferentes sensores em um projeto.

A utilização de todos os sensores acima citados foi feita através de shields e os mesmosserão com mais detalhes apresentados nas próximas seções.

3.2 Arquitetura de Funcionamento do Sistema

O funcionamento do sistema está baseado em um fluxo de informações que inicia-seatravés da leitura dos sensores, terminando na exibição dos dados gerados pelo sistemasupervisório. A Figura 3.3 ilustra os blocos funcionais presentes no sistema.

Como citado na seção 3.1, a alimentação do sistema é feita por baterias de 9V. Obloco "Central de processamento e transmissão"e o bloco "Central de recepção"operamcom tensões de 5V e necessitam de um regulador de tensão para baixar as tensões de1 A transmissão ou recepção do tipo broadcast acontece quando o transmissor emite um sinal e qualquer

receptor, operando em mesma frequência, recebe o sinal transmitido. Tratando-se da recepção, oreceptor recebe dados transmitidos de qualquer fonte, não importando se o dado transmitido tinhacomo destino ele ou não


Figura 3.3 – Representação Esquemática da Arquitetura do Sistema.

Fonte: O autor.

alimentação para o valor adequado de operação. Os regulador utilizado para esta funçãoé o LM7805 com encapsulamento TO-220, da empresa Texas Instruments.

3.3 Arquitetura do HardwareO Hardware do sistema pode ser divido em 5 módulos, sendo eles: um módulo ace-

lerômetro, dois módulos de temperatura, um módulo de processamento e transmissão dosdados e um módulo de recpção e comunicação com o sistema supervisório. Nas próximassubseções é descrito o processo de desenvolvimento de cada um deles.

3.3.1 Módulo CAN - Temperatura

Em um primeiro momento, objetivou-se a realização de pequenos testes realizados comtodos os elementos compositores do sistema. Para isto, montou-se todos eles através deseus shields e fios de jumper e deu-se inicio a escrita de um firmware base para testes. AFigura 3.4 exibe a montagem antes da realização dos testes.

3.3. Arquitetura do Hardware 45

Figura 3.4 – Montagem teste para módulo de temperatura.

Fonte: O autor.

Para a construção dos módulos de temperatura foi utilizado o mesmo shield mostradona Figura 3.4 - localizado na região inferior esquerda da imagem, que implementa ohardware necessário apara a utilização do sensor MLX90614, como citado na seção 3.1.A Figura 3.5 exibe o dispositivo em mais detalhes.

Figura 3.5 – Shield do sensor MLX90614.

Fonte: Site FILIPEFLOP - Disponível emhttps://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-temperatura-ir-mlx90614/.

Como já citado na seção 3.1, este sensor possui a capacidade de obter dados de tempe-ratura ambiente e de uma determinada região, de acordo com as ondas de infravermelhoque estiverem eu seu campo de visada. Porém, dado o objetivo do projeto, montou-se doismódulos de temperatura, um deles dedicado a realizar medidas de uma região específicae o outro dedicado a realizar medidas de temperatura ambiente. Ambos os módulos pos-suem um microcontrolador ATmega328P, o mesmo que compõem as placas Arduino Uno.Desta forma pode-se utilizar o mesmo ambiente de desenvolvimento das placas Arduino,


simplificando assim o processo de implementação do firmware, descrito na seção 3.4. AFigura 3.6 exibe um esquema para a arquitetura dos módulos de temperatura, sendo aúnica diferença entre o módulo dedicado a medidas de temperatura ambiente e o dedi-cado a medidas de temperatura de uma área o firmware embarcado em cada um deles. OAnexo A, ao final deste trabalho, apresenta o esquemático utilizado para roteamento daplaca de circuito impresso, desenhado no software Altium.

Figura 3.6 – Representação Esquemática para o Módulo de Temperatura.

Fonte: O autor.

Na Figura 3.6 nota-se a adição de mais um regulador de tensão. Este se faz necessáriodevido a tensão de operação dos sensores, sendo esta de 3.3V. O regulador utilizado paraesta função foi o LM78L33, da empresa ST Eletronics.

3.3.2 Módulo CAN - Acelerômetro

Para a realização dos testes iniciais dos elementos deste módulo montou-se os dispo-sitivos através de shields e fios de jumper, como mostrado na Figura 3.7.

Para a construção do módulo acelerômetro novamente foi utilizado o shield para aimplementação do hardware básico para o funcionamento do módulo de sensores MPU-6050, como citado na seção 3.1. A Figura 3.8 exibe o dispositivo em mais detalhes e aFigura 3.9 apresenta a orientação cartesiana do módulo.

Para a confecção do circuito dedicado ao funcionamento desde módulo, novamente,utilizou-se o microcontrolador ATmega328P visto as simplificações na produção de firmwareque o mesmo apresenta. A Figura 3.10 exibe um esquema para a arquitetura de hard-ware do módulo e o Anexo B, ao final deste trabalho, exibe o esquemático do circuito,produzido no software Altium.

3.3. Arquitetura do Hardware 47

Figura 3.7 – Montagem teste para módulo acelerômetro.

Fonte: O autor.

Figura 3.8 – Shield do acelerômetro MPU-6050.

Fonte: Site Robocore - Disponível em:https://www.robocore.net/loja/produtos/acelerometro-e-giroscopio-mpu6050.html.

3.3.3 Módulo Central de Processamento e Transmissão e Mó-dulo de Recepção e Integração com Sistema Supervisório

A metodologia de confecção de ambos os módulos seguiu os passos citados nas seções3.3.1 e 3.3.2. Porém, para a realização dos testes de processamento, transmissão e recep-ção, todo o sistema foi previamente montado para que pudesse-se testar com uma maiorconfiabilidade os aspectos destes dois módulos. Desta forma, montou-se cada módulo dosistema para que pudesse-se validar os aspectos relacionados a rede CAN e a transmissãode dados, assim como a recepção, do sistema como um todo. Esta montagem esta exibida


Figura 3.9 – Orientação do acelerômetro MPU-6050.

Fonte: Folha de dados do MPU-6050

Figura 3.10 – Representação Esquemática para o Módulo Acelerômetro.

Fonte: O autor.

na Figura 3.11.

A partir do funcionamento e da validação dos módulos de transmissão e recepção comomostrados na Figura 3.11, pode-se partir para a montagem de placas de circuito impressodedicada a cada uma das duas funções. A Figura 3.12 exibe o esquema para a arquiteturade cada uma dos módulos. O Anexo C exibe o esquemático para o módulo transmissor e oAnexo D exibe o esquemático para o receptor, ambos produzidos com o software Altium.

3.4. Arquitetura do Firmware 49

Figura 3.11 – Montagem para teste do sistema completo.

Fonte: O autor.

Figura 3.12 – Esquema para módulo de processamento e transmissão e do módulo derecepção e integração com sitema supervisório, respectivamente.

Fonte: O autor.

3.4 Arquitetura do Firmware

A metodologia utilizada para a confecção do firmware do sistema foi dividir-se o códigofinal, completo, em pequenos trechos de código com o objetivo de testar-se cada partedo sistema de maneira individual para, em uma etapa final, integrar todos os trechos decódigo funcionais em um firmware final.

Nas próximas seções são apresentados os fluxogramas dos firmwares desenvolvidos eos dados de teste obtidos.

Para o desenvolvimento do firmware utilizou-se o ambiente de desenvolvimento das


placas Arduino. O uso deste ambiente de desenvolvimento apresenta grande integraçãocom o microcontrolador utilizado para os desenvolvimento assim como uma grande quan-tidade de materiais e tutoriais disponíveis.

Em ambos os desenvolvimentos utilizou-se também comunicação serial para verificar-se o funcionamento do firmware. O terminal serial utilizado foi o Docklight. Este terminalserial foi escolhido por apresentar recursos interessantes na analise e interação de dadosvia comunicação serial. A Figura 3.13 ilustra a interface gráfica deste software.

Figura 3.13 – Interface gráfica do software Docklight.

Fonte: O autor.

3.4.1 Desenvolvimento do firmware de testes para o Módulo deTemperatura

Para o desenvolvimento do firmware dos módulos de temperatura foram utilizados osprotocolos de comunicação I2C, para comunicação com o sensor de temperatura, UART,para a conferência dos dados provenientes do sensor, e SPI para o controle do móduloMCP2515, responsável pelo envio dos dados ao barramento CAN.

O sensor MLX90614, como citado na seção 3.1, pode ser utilizado para medidas detemperatura tanto de uma região específica como para temperatura ambiente. No âmbitode desenvolvimento de firmware, está diferença se dá pelo endereço de acesso para leituraI2C, utilizado no momento de uma requisição de dados. Utilizando-se o endereço hexa-decimal 0x06, tem-se acesso a medidas de temperatura ambiente. Utilizando o endereçohexadecimal 0x08, tem-se acesso a medidas de temperatura de uma região.


Em um primeiro momento, com o objetivo de realizar uma leitura dos valores do sensorde maneira simples, implementou-se o fluxograma apresentado na Figura 3.14.

Figura 3.14 – Fluxograma de testes iniciais do sensor de temperatura.

Fonte: O autor.

Posterior a validação desta leitura, objetivou uma implementação de firmware quemaior se adequasse a realidade do projeto, que só pode ser testada com todo o sistema emfuncionamento, visto a necessidade de comunicação deste módulo com os demais módulosda rede. A Figura 3.15 exibe o fluxograma implementado.

O funcionamento do firmware do módulo de temperatura é atrelado a uma rotinainterrupção do temporizador do microcontrolador. Essa interrupção é responsável portemporizar o envio de dados ao barramento CAN. As interrupções foram configuradas paraacontecerem a cada 1 milissegundo e uma variável auxiliar conta o número de interrupçõesque ocorreram, enviando uma mensagem ao barramento CAN a cada 100 interrupçõesacontecidas, o que é equivalente a 100 milissegundos.

Está técnica de temporização é interessante pois não se cria trechos de código blo-queante no sistema e pode-se conseguir uma boa variedade de temporizadores a partir deuma unidade de tempo definida, que para este caso foi de um milissegundo.

O fluxograma para a rotina de interrupção, que acontece de maneira paralela ao apre-sentado na Figura 3.15 é apresentado na Figura 3.16.

3.4.2 Desenvolvimnto do firmware de testes para o MóduloAcelerômetro.

Para o desenvolvimento do firmware do módulo acelerômetro foram utilizados os mes-mos protocolos de comunicação citados na seção 3.4.1.


Figura 3.15 – Fluxograma de funcionamento do Módulo de Temperatura.

Fonte: O autor.

Figura 3.16 – Fluxograma da interrupção do sistema no módulo de temperatura.

Fonte: O autor.

O módulo MPU-6050 pode ser configurado para diferentes sensibilidades aceleração.Por padrão, ele utiliza uma uma configuração de aceleração máxima de duas vezes aaceleração da gravidade (±2 g), mas pode ser configurado com aceleração máxima de ±4g, ±8 g ou ±16 g. Ele disponibiliza o valor de aceleração em dois registradores de 8 bitscara um, sendo o valor final formado por 16 bits. Esses 16 bits, na configuração padrão,são responsáveis por representar um valor entre −2 g e +2 g, em forma de complementode dois.

O fluxograma para implementação do primeiro teste é exibido na Figura 3.17.Como nos procedimentos descritos na seção 3.4.1, após a realização deste teste inicial

implementou-se o firmware mais completo, com as características necessárias para o fun-


Figura 3.17 – Fluxograma de testes inicias do acelerômetro.

Fonte: O autor.

cionamento do sistema como um todo. A mesma técnica de temporização, com o mesmoobjetivo, foi implementada neste firmware, mantendo-se assim um padrão para o sistema.O Figura 3.18 e 3.19 exibem o fluxograma de funcionamento do firmware para o móduloacelerômetro e o fluxograma para a interrupção do temporizar, respectivamente.

Figura 3.18 – Fluxograma de funcionamento do módulo acelerômetro.

Fonte: O autor.


Figura 3.19 – Fluxograma da interrupção do sistema no módulo acelerômetro.

Fonte: O autor.

3.4.3 Processamento e Transmissão de Dados pelo Módulo Cen-tral

A implementação do firmware para o módulo de transmissão necessitou que todos osmódulos do sistema estarem em funcionamento. O firmware implementado apresenta umtrecho relacionado ao reconhecimento da origem da mensagem vinda através do barra-mento CAN e, posterior, armazenamento dos dados nas variáveis dedicadas a cada umadas três origens de mensagens - dados provenientes do módulo de temperatura ambiente,dados provenientes do módulo de temperatura de uma região (temperatura de um ob-jeto) ou dados provenientes do módulo acelerômetro. Posterior a verificação dos dados, ofirmware verifica se a transmissão da mensagem já esta habilitada, sendo ela habilitadavia interrupção do temporizador do microcontrolador.

O fluxograma apresentado na Figura 3.20 ilustra a arquitetura para o firmware imple-mentado.

O fluxograma para interrupção do temporizador deste sistema, que seguiu o padrãode implementação dos outros módulos, é exibida na Figura 3.21.

3.4.4 Recepção dos Dados e Integração com Sistema Supervisó-rio

Omódulo de recepção apresenta implementação mais simples dentre os módulos anteri-ores. Sua única função é a recepção dos dados via UART e o envio ao sistema supervisório.A Figura 3.22 ilustra o fluxograma implementado.

3.5 Sistema Supervisório

Visto que o objetivo principal deste projeto é o desenvolvimento do firmware e hardwarede um sistema de telemetria, utilizou-se o sistema supervisório utilizado desenvolvido no

3.5. Sistema Supervisório 55

Figura 3.20 – Fluxograma de funcionamento do módulo central de processamento e trans-missão de dados.

Fonte: O autor.

trabalho "Desenvolvimento de Sistema Supervisório para Aquisição de Dados de SensoresEmbarcados Através do Protocolo TCP/IP", apresentado como trabalho de conclusão decurso por Pedro H. B. Bonifácio. (BONIFACIO, 2018)

Para o sistema aqui proposto realizou-se apenas algumas adaptações, visto que osistema supervisório original desenvolvido no trabalho citado é compatível com algumasdas necessidades do projeto de telemetria aqui proposto.


Figura 3.21 – Fluxograma de funcionamento do módulo central de processamento e trans-missão de dados.

Fonte: O autor.

Figura 3.22 – Fluxograma de funcionamento do módulo de recepção e integração comsistema supervisório.

Fonte: O autor.


Conforme exposto nas seções acima, para o desenvolvimento dos dispositivos que in-tegram o sistema de telemetria proposto neste trabalho seccionou-se as frentes de desen-volvimento em firmware e hardware.

Em ambas as frentes, uma estrutura bastante semelhante de desenvolvimento foi ado-tada entre os módulos, fazendo com que dessa forma se obtivesse uma economia de tempono processo de desenvolvimento, visto que elementos comuns aos módulos foram desen-volvidos apenas uma vez e reaproveitados em outros momentos.

Para o desenvolvimento da estrutura de hardware buscou-se adotar um posicionamentosemelhante dos componentes na placa entre os diferentes módulos. Está metodologia trazvantagens para investigação de possíveis erros gerados durante o processo de fabricaçãodas placas.


Assim como no desenvolvimento do hardware, para o desenvolvimento e implementaçãodo firmware de cada um dos módulos também buscou-se uma padronização para quepossíveis depurações e implementações futuras sejam realizadas de maneira simples.

As semelhanças no desenvolvimento do hardware e firmware ficam evidentes analisando-se as representações esquemáticas e os fluxogramas presentes neste capítulo.

59

4 Resultados

4.1 Módulo CAN - Temperatura

Para o a confecção do módulo CAN de Temperatura utilizou-se a ferramenta de desen-volvimento de placas de circuito impresso Altium. O protótipo final, ainda na ferramentade desenvolvimento Altium, pode ser visto na Figura 4.1, diferindo a segunda imagemda primeira na visualização das trilhas da parte superior e inferior da placa - as trilhasem cor azul estão na parte inferior da placa e as trilhas em cor vermelha estão na partesuperior da placa. Já a Figura 4.2 exibe a visualização tridimensional da placa, ainda emambiente de desenvolvimento. Os esquemáticos do circuito estão expostos no ApêndiceA, ao final deste trabalho.

Figura 4.1 – Protótipo finalizado para os módulos de temperatura.

Fonte: O autor.

A realização dos testes, feitos com as placas Arduino, em um primeiro momento tive-ram como objetivo a confirmação da leitura dos dados através do protocolo I2C. A Figura4.3 exibe os dados provenientes do sensor para uma medida de temperatura ambiente.

Os valores hexadecimais 0x01 e 0x04 são utilizado única e exclusivamente para adenotação do inicio e do final da mensagem, não fazendo parte efetivamente dos dados.Nota-se que esses são valores puros, ainda não tendo significado claro aparente. Atravésda folha de dados do sensor, sabe-se que o mesmo apresenta uma precisão de 0,02 K,sendo necessário o calculo apresentado na equação 4.1 para obter-se um valor em grausCelcius.

Medida(C) = REG16bits · 0, 02 − 273, 15, (4.1)

Observando os valores apresentados na Figura 4.3, tomando com base o ultimo valorapresentado (0x3A65) e realizando o calculo apresentado na equação 4.1 pode notar-se

60 Capítulo 4. Resultados

Figura 4.2 – Visualização Tridimensional do Protótipo finalizado para os módulos de tem-peratura, em ambiente de desenvolvimento.

Fonte: O autor.

Figura 4.3 – Dados enviados pelo sensor de temperatura.

Fonte: O autor.

que o valor apresentado no momento da medida era de 25,8 C, sendo este valor condi-zente com a temperatura medida no local durante os testes. Desta forma confirmou-seque o algoritmo para leitura do sensor funciona. A realização para medidas de tempera-tura de um objeto seguem os mesmos padrões de leitura, não sendo necessária realizar oprocedimento de testes novamente.

4.2. Módulo CAN - Acelerômetro 61

4.2 Módulo CAN - Acelerômetro

Para a confecção do módulo CAN Acelerômetro novamente utilizou-se a ferramentaAltium. O protótipo final pode ser visto na Figura 4.4, sendo as diferenças entre a primeirae a segunda imagem exatamente as mesmas citadas na seção anterior. Já a Figura 4.5exibe a visualização tridimensional da placa, ainda em ambiente de desenvolvimento. Osesquemáticos do circuito estão expostos no Apêndice B, ao final deste trabalho.

Figura 4.4 – Protótipo finalizado para o módulo acelerômetro.

Fonte: O autor.

Figura 4.5 – Visualização tridimensional do Protótipo finalizado para o módulo acelerô-metro, em ambiente de desenvolvimento..

Fonte: O autor.

Novamente, testes inicias foram realizados com o objetivo de confirmar as leiturasrealizadas do dispositivo. O mesmo foi posicionado de maneira a obter-se uma aceleraçãode aproximadamente 1 g em seu eixo de coordenada x. Os dados obtidos pela leitura dosensor estão exibidos na Figura 4.6.

Novamente, os valores 0x01 e 0x04 são unicamente responsáveis pela determinação doinicio e fim da mensagem enviada através do microcontrolador, não tento nenhum valorlógico neste momento.


Figura 4.6 – Dados enviados pelo acelerômetro.

Fonte: O autor.

Para o calculo dos valores úteis deste módulo, utiliza-se do calculo apresentado naequação 4.2.

Medida(m/s2) = REG16bits · 2 · g

32767 (4.2)

Aplicando-a aos valores obtidos na Figura 4.6, obtem-se valores próximos a 9,8 m/s2,confirmando-se assim a funcionalidade do algoritmo de medida. Nota-se que o 2 g naEquação 4.2 foi inserido devido a configuração do módulo. Caso a sensibilidade do mesmoseja alterada, este valor também será. Outra notação é a da medida para valores negativos:caso os valores provenientes do sensor sejam maiores do que 32767, a equação para obter-seos valores úteis do sensor modifica-se para a equação 4.3.

Medida(m/s2) = − (REG16bits − 32767) · 2 · g

32767 (4.3)

Para solucionar a qual equação utilizar para o calculo, em firmware, basta utilizar dorecurso if, utilizando a Equação 4.2 caso o valor lido seja menor ou igual a 32767, e aEquação 4.3 caso o valor seja maior.

4.3 Módulos de Transmissão e Recepção

Para a confecção dos módulos de transmissão e recepção, como nas seções anterio-res, utilizou-se da ferramenta de desenvolvimento de PCIs Altium. As Figuras 4.7 e 4.8

4.4. Sistema Supervisório 63

exibem o protótipo final, no ambiente de desenvolvimento. Os Apêndices C e D apresen-tam os esquemáticos dos módulos transmissor e receptor, respectivamente, sendo estesencontrados ao final deste trabalho.

Figura 4.7 – Protótipo finalizado para o Módulo Receptor

Fonte: O autor.

Figura 4.8 – Protótipo finalizado para o Módulo Transmissor

Fonte: O autor.

As Figuras 4.9 e 4.10 exibem uma visualização tridimensional das placas, em ambientede desenvolvimento.

Os testes realizados com estes módulos envolveram o funcionamento do sistema demaneira completa, sendo o funcionamento obtido apresentado na seção 4.4.

4.4 Sistema Supervisório

Para a obtensão do sistema supervisório utilizado foram realizadas, em linhas gerais,duas alterações.

A primeira dela diz respeito ao pacote de dados utilizados no sistema original. O pacotede dados original contava com alguns campos destinados a verificações de redundânciados dados recebidos, manipulação de dados por byte stuffing, dentre outros campos, sendo


Figura 4.9 – Visualização tridimensional do Módulo Receptor, em ambiente de desenvol-vimento

Fonte: O autor.

Figura 4.10 – Visualização tridimensional do Módulo Transmissor, em ambiente de de-senvolvimento

Fonte: O autor.

esses não necessários para a aplicação posposta por este trabalho e, desta forma, retiradosdo pacote.

A segunda alteração foi relacionada aos tipos de dados exibidos e a forma de exibiçãodestes. O sistema original já contava com o tratamento de uma cadeia de dados detemperatura, sendo esta etapa apenas replicada para mais um cadeia de dados. Já osdados de aceleração, também tratados de certa forma no sistema original, tiveram suaforma de exibição alterada, utilizando-se, como para o caso das temperaturas, gráficos emlinha.

A Figura 4.11 exibe a aba do sistema supervisório dedicada a realizações de medidasde aceleração. Nesta pode-se observar um comportamento de repentina mudança nasleituras do sensor. Este comportamento pode traduzir-se em meios automotivos com uma

4.5. Custo de Confecção do Protótipo 65

utilização brusca do sistemas de freio, ou uma saída de curva com o acelerador muitopressionado - a diferença de uma situação e outra dependeria da orientação do sensor emrelação ao veículo.

Figura 4.11 – Dados de telemetria visto no sistema supervisório provenientes do acelerô-metro

Fonte: O autor.

A Figura 4.12 exibe a aba do sistema supervisório dedicada a realizações de medidasde temperatura ambiente. Este parâmetro, durante a realização dos testes, não foi forçadoa ter alterações, buscando-se ter uma percepção de como o sistema comportaria-se emmedidas sem muitas variações.

A Figura 4.13 exibe a aba do sistema supervisório dedicada a realizações de medidas detemperatura de um objeto, ou região, específicos. A variação de temperaturas mostradana figura foi conseguida ao colocar-se o dedo próximo ao campo de visada do sensor. Seconsiderar-se que a temperatura do corpo humano em suas extremidades é ligeiramentemenor do que em regiões próximas ao tronco, pode considerar-se está uma boa medida.

4.5 Custo de Confecção do Protótipo

Para a confecção do protótipo aqui apresentado foram utilizados os shields de cadaum dos sensores, do receptor e transmissor, e quatro kits standalone das placas ArduinoUno. Esses kits foram adquiridos através da loja online Instituto Digital - disponívelem: http://www.institutodigital.com.br/. Já os módulos foram adquiridos através devendedores do site Mercado Livre. Neste site os valores apresentam alguma variaçãoentre os vendedores, porém para a realização do calculo de custo do protótipo utilizou-seum valor médio, dentre os encontrados.


Figura 4.12 – Dados de telemetria visto no sistema supervisório para temperatura ambi-ente.

Fonte: O autor.

Figura 4.13 – Dados de telemetria visto no sistema supervisório para temperatura de umobjeto.

Fonte: O autor.

A Tabela 1 exibe os custos individuais de cada componente adquirido e o valor totaldo protótipo.

Para uma estimativa ainda mais precisa de custos, devem ser levados em consideraçãoo valor das horas de trabalho do desenvolvedor responsável e também o custo de produçãodas PCIs. Desconsiderando estes valores, com objetivo de gerar-se uma breve estimava


Tabela 1 – Custo de Fabricação do Protótipo

Item Quantidade Custo Individual(R$)

Custo Total(R$)

Módulo HC-12 2 27,49 54,98Kit Arduino Standalone 4 17,10 68,40

Módulo MCP2515 4 18,90 75,60Módulo MLX90614 2 47,00 94,00Módulo MPU-6050 1 12,40 12,40

Total 305,38

Tabela 2 – Custo, através de importação dos componentes, de Fabricação do Protótipo

Item Quantidade Custo Individual(U$)

Custo Total(U$)

Módulo Transmissor(semelhante ao utilizado) 2 5,00 10,00

ATmega328/P 4 2,14 4,28Módulo MCP2515 4 1,87 7,48Módulo MLX90614 2 14,78 29,56Módulo MPU-6050 1 3,52 3,52

Total 54,84

de custos, o valor de R$305, 38 já é bastante inferior a um sistema de telemetria paraesportes à motor comercial - cujo custo varia entre R$5000, 00 à R$10000, 00, para umsistema completo.1

A Tabela 2 apresenta os custos do protótipo orçados internacionalmente - a loja utili-zada para o levantamento destes valores foi a Digikey, disponível em: www.digikey.com/.Como pode-se notar, considerando-se que o valor de U$1, 00 seja equivalente a R$3, 90, ocusto total seria de aproximadamente R$213, 88. Sabendo-se que os valores apresentadosna Tabela 2 são para os sensores sem o hardware básico de implementação para o seufuncionamento, uma boa estimativa de valor para a compra dos componentes necessáriospara a implementação completa do hardware é de 20% do custo total do projeto. Destaforma, o valor final do custo deste protótipo não seria maior que R$256, 66, R$48, 72 amenos do que os custos levantados em mercados nacionais.


Os testes realizados para comprovação de funcionamento do sistema foram realizadoscom o sistema montado nos esquemas apresentados na seção 3.3.

O funcionamento do sistema de aquisição de dados foi bastante eficiente, sendo osdados obtidos por ele todos condizentes com os esperados dentro dos testes realizados.1 Estes valores de custos foram levantados com praticantes da modalidade em competições regionais,

visto que o acesso a esta informação por parte de um fabricante é bastante complicado de se obter.


Já o sistema supervisório apresentou um processamento de dados um pouco lento. Estecomportamento tem justificativa nas adaptações utilizadas para este sistema, visto queo mesmo não foi desenvolvido para atender exclusivamente a realidade do projeto aquiproposto.

No que tange os custos do protótipo, pode-se notar que o sistema aqui propostoapresenta um valor de produção menor do que sistemas comercializados atualmente. Ob-viamente, a precisão e a quantidade de dados obtidos através do sistema aqui proposto ébem menor do que de sistemas profissionais, porém o objetivo do protótipo é tornar-se umproduto que atenda justamente categorias dos esportes à motor em que não se necessitede grande precisão em suas medidas e também não se disponha de grandes investimentospara sistemas de telemetria profissionais.

69

5 Discussões e Conclusões

Atualmente o processo de prototipagem apresenta muito mais recursos do que a poucosanos atrás. Com a já consolidação e popularização da plataforma Arduino e tudo o queela envolve, acabam-se por facilitar muitos processos de prototipagem e, com alguns diasde trabalho, consegue-se ter os primeiros dados de um sistema simples.

Para o ambiente deste projeto está realidade não se mostrou diferente. A facilidadena compra dos shields, das placas Arduino e do restante dos suplementos, foi um fator deextrema importância para que a construção do sistema não encontrasse nenhuma barreiradurante o desenvolvimento.

A grande quantidade de materiais disponíveis, mesmo que muitos deles de referênciasnão tão consolidadas, também é um fator que potencializa a construção de projetos comoestes, sem que existam possíveis falhas de hardware ou software que ainda não tenhamsido, em algum momento, encontradas e corrigidas.

A grande dificuldade do projeto, e do mercado nacional com um todo, está no passoseguinte a prototipação. Visto que este trabalho tem como objetivo realizar um estudodo que possa vir a se tornar um produto, somente no que tange a disponibilidade decomponentes eletrônicos no mercado nacional é um passo enorme a ser dado.

O que se observa é que, para que sistemas como o aqui apresentado saírem do ambientede protótipo e passarem ao ambiente de projeto deve-se criar sistemas completamentededicados as respectivas tarefas. Porém a compra de componentes dedicados "em natura",ou seja, fora dos shields, acaba por tornar boa parte dos projetos desenvolvido em territórionacional inviável visto o custo de importação desses componentes. A solução para estassituações é a compra de grandes quantias de um produto, o que mesmo assim acaba saindofora da realidade de muitos desenvolvedores do país.

Na seção 4.5, são apresentados os custos para a montagem do protótipo tendo comoreferência o mercado nacional e internacional. Dois pontos são bastante importantesde se analisar destes valores. O primeiro é no que diz respeito aos valores do mercadointernacional, visto que os valores observados na Tabela 2 poderiam ser consideravelmentemenores caso a quantidade de componentes orçada fosse maior - para uma produção de1000 peças, por exemplo. Já o segundo é o que diz respeito a taxas de importação deprodutos eletrônicos: as taxas alfandegarias brasileiras para este tipo de importação sãoextremamente altas, muitas das vezes chegando a triplicar o valor do produto. Estas taxasacabam por imobilizar o desenvolvedor nacional, visto que os projetos normalmente ficampresos na etapa de protótipo, não sendo viável uma produção em baixa ou média escala.

Relacionado ao sistema desenvolvido, observou-se a necessidade de um sistema super-visório projetado especificamente para atender aos requisitos do projeto. Sistemas destanatureza, quando adaptados a uma realidade diferente à que foram projetados, acabam

70 Capítulo 5. Discussões e Conclusões

por se tornar lentos - fato este comprovado neste trabalho. O sistema supervisório, ape-sar de se mostrado eficaz, apresentou um comportamento ligeiramente lento ao esperado.Este problema seria solucionado caso o sistema supervisório utilizado fosse dedicado arealidade do projeto.

5.1 Trabalhos Futuros

A proposta apresentada neste trabalho tem um potencial grande e não tão complexode expandir-se em próximos trabalhos.

O primeiro ponto a citar-se é o desenvolvimento de placas de circuito impresso dedi-cadas a realidade do projeto. Este trabalho pode torna-se ligeiramente complexo no quetange a compra dos componentes, sendo a maioria deles encontrado apenas em mercadointernacional.

Uma outra abordagem que trabalhos futuros podem utilizar é a de sistemas de su-pervisórios para este fim, projetados de maneira dedicada a integrar-se com o hardwareproposto. Este trabalho poderia ter um cunho mais voltado a áreas de computação, po-rém a carga horária de programação apresentada em nosso curso é suficiente para queo aluno possa integrar-se a esse novo ambiente de programação e, rapidamente, dar ini-cio a um desenvolvimento deste tipo de sistema, mesmo que com recursos simples deprocessamento.

Uma terceira, e última, abordagem à trabalhos futuros partindo-se do aqui apresen-tado é a integração a do sistema à um veículo real. A comunidade envolvida neste tipode esporte é receptiva a novas tecnologias e sempre está interessada em participar dedesenvolvimentos desta natureza.

71

Referências

Adilson Thomsen. O que é Arduino. 2014. Disponível em: <https://www.filipeflop.com/blog/o-que-e-arduino/>. 37

Arduino Company. 2018. Disponível em: <https://www.arduino.cc/>. 36

BARBOSA, R. Z. P. M. J. E. M. Desenvolvimento de um Sistema de Telemetria paraMonitoramento Térmico em Casas de Vegetação. Botucatu, SP, Brasil: Brazilian Journalof Biosystems Engineering v. 8(1): 25-33, 2014. 25

BONIFACIO, P. H. B. Desenvolvimento de Sistema Supervisório para Aquisição deDados de Sensores Embarcados Através do Protocolo TCP/IP. Londrina, PR, Brasil:Universidade Estadual de Londrina, 2018. 26, 55

Daniela Diana. História da Internet. 2013. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/historia-da-internet/>. 19

DANTAS, D. H. Sistema de Telemetria para Kart. Brasília - DF, Brasil: CentroUniversitário de Brasília, 2012. 25

EVANS, M. Arduino em Ação. São Paulo, SP, Brasil: Novatec, 2013. 35

Felipe Garret. A técnologia da F1 no seu carro. 2012. Disponível em: <https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/05/tecnologia-da-f1-no-seu-carro-atual.html>. 23

Geraldo Magela Machado. História da Comunicação Humana. 2010. Disponível em:<https://www.infoescola.com/historia/historia-da-comunicacao-humana/>. 19

GUIMARAES, A. A. Eletrônica Embarcada Automotiva. São Paulo, SP, Brasil: Érica,2007. 26, 27

Guimarães, A. A. Barramento Controller Network Area - Conceituação. 2004. Disponívelem: <http://www.alexag.com.br/CAN_Bus_Parte_2.html>. 27

Guimarães, A. A. Barramento Controller Network Area - Conceituação. 2004. Disponívelem: <http://www.alexag.com.br/CAN_Bus_Parte_3.html>. 34

Le Petit Journal. La Grande Journée. 1894. Disponível em: <https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k613226v.langFR>. 23

Marcia Garcia. A Revolução da IoT. 2018. Disponível em: <https://www.arcon.com.br/blog/a-revolucao-iot>. 20

Microchop. Introduction to controller area network. Microchip WebSeminars, 2012. 27,30, 32

NUNES, T. F. Telemetria de um Veículo Baja SAE através de Rede CAN. Natal, RN,Brasil: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2016. 25

PALHAIS, C. B. C. Prototipagem - Uma Abordagem ao Processo de Desenvolvimento deum Produto. Lisboa, Portugal: Universidade de Lisboa, 2015. 38

https://www.filipeflop.com/blog/o-que-e-arduino/

https://www.filipeflop.com/blog/o-que-e-arduino/

https://www.arduino.cc/

https://www.todamateria.com.br/historia-da-internet/

https://www.todamateria.com.br/historia-da-internet/

https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/05/tecnologia-da-f1-no-seu-carro-atual.html

https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/05/tecnologia-da-f1-no-seu-carro-atual.html

https://www.infoescola.com/historia/historia-da-comunicacao-humana/

http://www.alexag.com.br/CAN_Bus_Parte_2.html

http://www.alexag.com.br/CAN_Bus_Parte_3.html

https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k613226v.langFR

https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k613226v.langFR

https://www.arcon.com.br/blog/a-revolucao-iot

https://www.arcon.com.br/blog/a-revolucao-iot

72 Referências

POLESE, B. Dispositivo de Telemetria Multiprotocolo com transmissão via Internet.Passo Fundo, RS, Brasil: Universidade de Passo Fundo, 2017. 24

Rainer Gonçalves. Landell de Moura, o inventor do rádio. 2010. Dis-ponível em: <https://historiadomundo.uol.com.br/idade-contemporanea/landell-de-moura-o-inventor-do-radio.htm>. 19

Roberto Agresti. Do Dakar ao MotoGP: competições ajudam evolução de motos de rua.2014. Disponível em: <http://g1.globo.com/carros/dicas-de-motos/noticia/2014/01/do-dakar-ao-motogp-competicoes-ajudam-evolucao-de-motos-de-rua.html>. 23

Texas Instruments. Introduction to the controller area network. Application Report,2002. 28, 29

Texas Instruments. Sn65hvd233-ht 3.3-v can transceiver. 2008. 30

Thais Pacievitch. História do Telefone. 2009. Disponível em: <https://www.infoescola.com/curiosidades/historia-do-telefone/>. 19

WEBSTER, J. G. The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook. BocaRaton, FL, Estados Unidos: CRC PRESS, 1999. 25

https://historiadomundo.uol.com.br/idade-contemporanea/landell-de-moura-o-inventor-do-radio.htm

https://historiadomundo.uol.com.br/idade-contemporanea/landell-de-moura-o-inventor-do-radio.htm

http://g1.globo.com/carros/dicas-de-motos/noticia/2014/01/do-dakar-ao-motogp-competicoes-ajudam-evolucao-de-motos-de-rua.html

http://g1.globo.com/carros/dicas-de-motos/noticia/2014/01/do-dakar-ao-motogp-competicoes-ajudam-evolucao-de-motos-de-rua.html

https://www.infoescola.com/curiosidades/historia-do-telefone/

https://www.infoescola.com/curiosidades/historia-do-telefone/

73

6 Apêndice A - Esquemático - Mó-dulo de Temperatura

1 1

2 2

3 3

4 4

DD

CC

BB

AA

Title

Num

ber

Rev

ision

Size

A4

Date:

04/1

2/2

018

Sheet o

fF

ile:C

:\Users\..\m

ain.S

chD

oc

Draw

n B

y:

1 2

CN

1

BR

902V

D1

1N

4007

C1

10uF/25V

C2

10uF/25V

IN1

2

OU

T3

GN

D

U1

LM

7805

LD

1W

P7113ID

13

24

S1

C6

22p

F/5

0V

C5

22p

F/5

0V

GN

D

GN

D

R1

470R

- 1/4

W

GN

D

5V

IN3

2

OU

T1

GN

D

U2

LM

7833

C3

10uF/25V

C4

10uF/25V

GN

D

5V

3.3

V

PC

6 (R

ES

ET

/PC

INT

14)

1

PD

0 (R

XD

/PC

INT

16)

2

PD

1 (T

XD

/PC

INT

17)

3

PD

2 (IN

T0/P

CIN

T18)

4

PD

4 (P

CIN

T20/X

CK

/T0)

6

VC

C7

GN

D22

PB

6 (P

CIN

T6/X

TA

L1/T

OS

C1)

9

PB

7 (P

CIN

T7/X

TA

L2/T

OS

C2)

10

PD

5 (P

CIN

T21/O

C0B

/T1)

11

PD

6 (P

CIN

T22/O

C0A

/AIN

0)

12

PD

7 (P

CIN

T23/A

IN1)

13

PB

0 (P

CIN

T0/C

LK

O/IC

P1)

14

PB

1 (P

CIN

T1/O

C1A

)15

PB

2 (P

CIN

T2/S

S/O

C1B

)16

PB

3 (P

CIN

T3/O

C2A

/MO

SI)

17

PB

4 (P

CIN

T4/M

ISO

)18

PB

5 (S

CK

/PC

INT

5)

19

AV

CC

20

AR

EF

21

PC

0 (A

DC

0/P

CIN

T8)

23

PC

1 (A

DC

1/P

CIN

T9)

24

PC

2 (A

DC

2/P

CIN

T10)

25

PC

3 (A

DC

3/P

CIN

T11)

26

PC

4 (A

DC

4/S

DA

/PC

INT

12)

27

PC

5 (A

DC

5/S

CL

/PC

INT

13)

28

GN

D8

PD

3 (P

CIN

T19/O

C2B

/INT

1)

5

U3

AT

meg

a328P

-AU

GN

D

5V

R210K

- 1/4

W

5V

RE

SE

T

RE

SE

T

GN

DGN

D

XT

AL

1

XT

AL

2

XT

AL

1X

TA

L2

INT

SC

K SI

SO

CS

GN

DV

CC

IC2

MC

P2515 - M

OD

3.3

V

GN

D

SC

LS

DA

SC

LS

DA

5V

GN

D

SI

SO

CS

SC

K

SC

K

SI

SO

CS

12

X1

16M

Hz

VC

C1

GN

D2

SC

L3

SD

A4

IC1

ML

X90614-M

OD

75

7 Apêndice B - Esquemático para oAcelerômetro

1 1

2 2

3 3

4 4

DD

CC

BB

AA

Title

Num

ber

Rev

ision

Size

A4

Date:

04/1

2/2

018

Sheet o

fF

ile:C

:\Users\..\m

ain.S

chD

oc

Draw

n B

y:

1 2

CN

1

BR

902V

D1

1N

4007

C1

10uF/25V

C2

10uF/25V

IN1

2

OU

T3

GN

D

U1

LM

7805

LD

1W

P7113ID

13

24

S1

C6

22p

F/5

0V

C5

22p

F/5

0V

GN

D

GN

D

R1

470R

- 1/4

W

GN

D

5V

IN3

2O

UT

1

GN

D

U2

LM

7833

C3

10uF/25V

C4

10uF/25V

GN

D

5V

3.3

V

PC

6 (R

ES

ET

/PC

INT

14)

1

PD

0 (R

XD

/PC

INT

16)

2

PD

1 (T

XD

/PC

INT

17)

3

PD

2 (IN

T0/P

CIN

T18)

4

PD

4 (P

CIN

T20/X

CK

/T0)

6

VC

C7

GN

D22

PB

6 (P

CIN

T6/X

TA

L1/T

OS

C1)

9

PB

7 (P

CIN

T7/X

TA

L2/T

OS

C2)

10

PD

5 (P

CIN

T21/O

C0B

/T1)

11

PD

6 (P

CIN

T22/O

C0A

/AIN

0)

12

PD

7 (P

CIN

T23/A

IN1)

13

PB

0 (P

CIN

T0/C

LK

O/IC

P1)

14

PB

1 (P

CIN

T1/O

C1A

)15

PB

2 (P

CIN

T2/S

S/O

C1B

)16

PB

3 (P

CIN

T3/O

C2A

/MO

SI)

17

PB

4 (P

CIN

T4/M

ISO

)18

PB

5 (S

CK

/PC

INT

5)

19

AV

CC

20

AR

EF

21

PC

0 (A

DC

0/P

CIN

T8)

23

PC

1 (A

DC

1/P

CIN

T9)

24

PC

2 (A

DC

2/P

CIN

T10)

25

PC

3 (A

DC

3/P

CIN

T11)

26

PC

4 (A

DC

4/S

DA

/PC

INT

12)

27

PC

5 (A

DC

5/S

CL

/PC

INT

13)

28

GN

D8

PD

3 (P

CIN

T19/O

C2B

/INT

1)

5

U3

AT

meg

a328P

-AU

GN

D

5V

R210K

- 1/4

W

5V

RE

SE

T

RE

SE

T

GN

DGN

D

XT

AL

1

XT

AL

2

XT

AL

1X

TA

L2

VC

C1

GN

D2

AD

O7

INT

8

SC

L3

SD

A4

XD

A5

XC

L6

IC1

MP

U-6

050

INT

SC

K SI

SO

CS

GN

DV

CC

IC2

MC

P2515 - M

OD

3.3

V

GN

D

SC

LS

DA

SC

LS

DA

5V

GN

D

SI

SO

CS

SC

K

SC

K

SI

SO

CS

12

X1

16M

Hz

77

8 Apêndice C - Esquemático para oMódulo Transmissor

1 1

2 2

3 3

4 4

DD

CC

BB

AA

Title

Num

ber

Rev

ision

Size

A4

Date:

04/1

2/2

018

Sheet o

fF

ile:C

:\Users\..\m

ain.S

chD

oc

Draw

n B

y:

1 2

CN

1

BR

902V

D1

1N

4007

C1

10uF/25V

C2

10uF/25V

IN1

2

OU

T3

GN

D

U1

LM

7805

LD

1W

P7113ID

13

24

S1

C4

22p

F/5

0V

C3

22p

F/5

0V

GN

D

GN

D

R1

470R

- 1/4

W

GN

D

5V

PC

6 (R

ES

ET

/PC

INT

14)

1

PD

0 (R

XD

/PC

INT

16)

2

PD

1 (T

XD

/PC

INT

17)

3

PD

2 (IN

T0/P

CIN

T18)

4

PD

4 (P

CIN

T20/X

CK

/T0)

6

VC

C7

GN

D22

PB

6 (P

CIN

T6/X

TA

L1/T

OS

C1)

9

PB

7 (P

CIN

T7/X

TA

L2/T

OS

C2)

10

PD

5 (P

CIN

T21/O

C0B

/T1)

11

PD

6 (P

CIN

T22/O

C0A

/AIN

0)

12

PD

7 (P

CIN

T23/A

IN1)

13

PB

0 (P

CIN

T0/C

LK

O/IC

P1)

14

PB

1 (P

CIN

T1/O

C1A

)15

PB

2 (P

CIN

T2/S

S/O

C1B

)16

PB

3 (P

CIN

T3/O

C2A

/MO

SI)

17

PB

4 (P

CIN

T4/M

ISO

)18

PB

5 (S

CK

/PC

INT

5)

19

AV

CC

20

AR

EF

21

PC

0 (A

DC

0/P

CIN

T8)

23

PC

1 (A

DC

1/P

CIN

T9)

24

PC

2 (A

DC

2/P

CIN

T10)

25

PC

3 (A

DC

3/P

CIN

T11)

26

PC

4 (A

DC

4/S

DA

/PC

INT

12)

27

PC

5 (A

DC

5/S

CL

/PC

INT

13)

28

GN

D8

PD

3 (P

CIN

T19/O

C2B

/INT

1)

5

U2

AT

meg

a328P

-AU

GN

D

5V

R210K

- 1/4

W

5V

RE

SE

T

RE

SE

T

GN

DGN

D

XT

AL

1

XT

AL

2

XT

AL

1X

TA

L2

INT

SC

K SI

SO

CS

GN

DV

CC

IC2

MC

P2515 - M

OD

GN

D

RX

TX

5V

GN

D

SI

SO

CS

SC

K

SC

K

SI

SO

CS

12

X1

16M

Hz

5V

RX

TX

VC

C1

GN

D2

RX

3

TX

4

SE

T5

IC1

HC

-12-M

OD

5V

123

CN

2

BM

O-0

3-1

-EG

ND

79

9 Apêndice D - Esquemático para oMódulo Receptor

1 1

2 2

3 3

4 4

DD

CC

BB

AA

Title

Num

ber

Rev

ision

Size

A4

Date:

04/1

2/2

018

Sheet o

fF

ile:C

:\Users\..\m

ain.S

chD

oc

Draw

n B

y:

1 2

CN

1

BR

902V

D1

1N

4007

C1

10uF/25V

C2

10uF/25V

IN1

2

OU

T3

GN

D

U1

LM

7805

LD

1W

P7113ID

13

24

S1

C4

22p

F/5

0V

C3

22p

F/5

0V

GN

D

GN

D

R1

470R

- 1/4

W

GN

D

5V

PC

6 (R

ES

ET

/PC

INT

14)

1

PD

0 (R

XD

/PC

INT

16)

2

PD

1 (T

XD

/PC

INT

17)

3

PD

2 (IN

T0/P

CIN

T18)

4

PD

4 (P

CIN

T20/X

CK

/T0)

6

VC

C7

GN

D22

PB

6 (P

CIN

T6/X

TA

L1/T

OS

C1)

9

PB

7 (P

CIN

T7/X

TA

L2/T

OS

C2)

10

PD

5 (P

CIN

T21/O

C0B

/T1)

11

PD

6 (P

CIN

T22/O

C0A

/AIN

0)

12

PD

7 (P

CIN

T23/A

IN1)

13

PB

0 (P

CIN

T0/C

LK

O/IC

P1)

14

PB

1 (P

CIN

T1/O

C1A

)15

PB

2 (P

CIN

T2/S

S/O

C1B

)16

PB

3 (P

CIN

T3/O

C2A

/MO

SI)

17

PB

4 (P

CIN

T4/M

ISO

)18

PB

5 (S

CK

/PC

INT

5)

19

AV

CC

20

AR

EF

21

PC

0 (A

DC

0/P

CIN

T8)

23

PC

1 (A

DC

1/P

CIN

T9)

24

PC

2 (A

DC

2/P

CIN

T10)

25

PC

3 (A

DC

3/P

CIN

T11)

26

PC

4 (A

DC

4/S

DA

/PC

INT

12)

27

PC

5 (A

DC

5/S

CL

/PC

INT

13)

28

GN

D8

PD

3 (P

CIN

T19/O

C2B

/INT

1)

5

U2

AT

meg

a328P

-AU

GN

D

5V

R210K

- 1/4

W

5V

RE

SE

T

RE

SE

T

GN

D

GN

D

XT

AL

1

XT

AL

2

XT

AL

1X

TA

L2

GN

D

RX

TX

5V

GN

D

12

X1

16M

Hz

5V

RX

TX

VC

C1

GN

D2

RX

3

TX

4

SE

T5

IC1

HC

-12-M

OD

5V

123

CN

2

BM

O-0

3-1

-EG

ND

CT

S

TX

RX

DT

RG

ND

VC

C

IC2

US

B/U

AR

T - M

OD T

X_

US

BR

X_

US

B

TX

_U

SB

RX

_U

SB

81

10 Anexo A - Amostra do Da-tasheet do ATmega328/P

8-bit AVR Microcontrollers

ATmega328/P

DATASHEET COMPLETE

Introduction

The Atmel® picoPower® ATmega328/P is a low-power CMOS 8-bitmicrocontroller based on the AVR® enhanced RISC architecture. Byexecuting powerful instructions in a single clock cycle, the ATmega328/Pachieves throughputs close to 1MIPS per MHz. This empowers systemdesigner to optimize the device for power consumption versus processingspeed.

Feature

High Performance, Low Power Atmel®AVR® 8-Bit Microcontroller Family• Advanced RISC Architecture

– 131 Powerful Instructions– Most Single Clock Cycle Execution– 32 x 8 General Purpose Working Registers– Fully Static Operation– Up to 20 MIPS Throughput at 20MHz– On-chip 2-cycle Multiplier

• High Endurance Non-volatile Memory Segments– 32KBytes of In-System Self-Programmable Flash program

Memory– 1KBytes EEPROM– 2KBytes Internal SRAM– Write/Erase Cycles: 10,000 Flash/100,000 EEPROM– Data Retention: 20 years at 85°C/100 years at 25°C(1)

– Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits• In-System Programming by On-chip Boot Program• True Read-While-Write Operation

– Programming Lock for Software Security• Atmel® QTouch® Library Support

– Capacitive Touch Buttons, Sliders and Wheels– QTouch and QMatrix® Acquisition– Up to 64 sense channels

Atmel-42735B-ATmega328/P_Datasheet_Complete-11/2016

83

11 Anexo B - Amostra do Da-tasheet do MPU-6050

MPU-6000/MPU-6050 Product Specification

Document Number: PS-MPU-6000A-00 Revision: 3.4 Release Date: 08/19/2013

21 of 52

7 Applications Information

7.1 Pin Out and Signal Description

Pin Number MPU- 6000

MPU- 6050

Pin Name Pin Description

1 Y Y CLKIN Optional external reference clock input. Connect to GND if unused.

6 Y Y AUX_DA I2C master serial data, for connecting to external sensors

7 Y Y AUX_CL I2C Master serial clock, for connecting to external sensors

8 Y /CS SPI chip select (0=SPI mode)

8 Y VLOGIC Digital I/O supply voltage

9 Y AD0 / SDO I2C Slave Address LSB (AD0); SPI serial data output (SDO)

9 Y AD0 I2C Slave Address LSB (AD0)

10 Y Y REGOUT Regulator filter capacitor connection

11 Y Y FSYNC Frame synchronization digital input. Connect to GND if unused.

12 Y Y INT Interrupt digital output (totem pole or open-drain)

13 Y Y VDD Power supply voltage and Digital I/O supply voltage

18 Y Y GND Power supply ground

19, 21 Y Y RESV Reserved. Do not connect.

20 Y Y CPOUT Charge pump capacitor connection

22 Y Y RESV Reserved. Do not connect.

23 Y SCL / SCLK I2C serial clock (SCL); SPI serial clock (SCLK)

23 Y SCL I2C serial clock (SCL)

24 Y SDA / SDI I2C serial data (SDA); SPI serial data input (SDI)

24 Y SDA I2C serial data (SDA)

2, 3, 4, 5, 14, 15, 16, 17

Y Y NC Not internally connected. May be used for PCB trace routing.

MPU-6000

MPU-6050

+Z

+X

+Y

7 8 9 10 11 12

AU

X_

CL

VL

OG

IC

AD

0

RE

GO

UT

FS

YN

C

INT

13

18

17

16

15

14

NC

NC

NC

VDD

NC

GND

6

1

2

3

4

5

NC

NC

NC

AUX_DA

NC

CLKIN

24 23 22 21 20 19

RE

SV

CP

OU

T

RE

SV

RE

SV

SC

L

SD

A

MPU-6050

QFN Package

24-pin, 4mm x 4mm x 0.9mm

Orientation of Axes of Sensitivity and

Polarity of Rotation

Top View

+Z

+Y

+X

7 8 9 10 11 12

AU

X_

CL

/CS

AD

0/S

DO

RE

GO

UT

FS

YN

C

INT

13

18

17

16

15

14

NC

NC

NC

VDD

NC

GND

6

1

2

3

4

5

NC

NC

NC

AUX_DA

NC

CLKIN

24 23 22 21 20 19

RE

SV

CP

OU

T

RE

SV

RE

SV

SC

L/S

CL

K

SD

A/S

DI

MPU-6000

QFN Package

24-pin, 4mm x 4mm x 0.9mm

Top View

85

12 Anexo C - Amostra do Da-tasheet do HC-12

HC-12 Wireless Serial Port Communication Module

User Manual

Product Application Wireless sensor Community building security Robot wireless control Industrial remote control and telemetering Automatic data acquisition Container information management POS system Wireless acquisition of gas meter data Vehicle keyless entry system PC wireless networking……

V1.18

Document: 2012/10

87

13 Anexo D - Amostra do Da-tasheet do MCP2515

2003-2016 Microchip Technology Inc. DS20001801H-page 1

MCP2515

Features

• Implements CAN V2.0B at 1 Mb/s:

- 0 to 8-byte length in the data field

- Standard and extended data and remote frames

• Receive Buffers, Masks and Filters:

- Two receive buffers with prioritized message storage

- Six 29-bit filters

- Two 29-bit masks

• Data Byte Filtering on the First Two Data Bytes (applies to standard data frames)

• Three Transmit Buffers with Prioritization and Abort Features

• High-Speed SPI Interface (10 MHz):

- SPI modes 0,0 and 1,1

• One-Shot mode Ensures Message Transmission is Attempted Only One Time

• Clock Out Pin with Programmable Prescaler:

- Can be used as a clock source for other device(s)

• Start-of-Frame (SOF) Signal is Available for Monitoring the SOF Signal:

- Can be used for time slot-based protocols and/or bus diagnostics to detect early bus degradation

• Interrupt Output Pin with Selectable Enables

• Buffer Full Output Pins Configurable as:

- Interrupt output for each receive buffer

- General purpose output

• Request-to-Send (RTS) Input Pins Individually Configurable as:

- Control pins to request transmission for each transmit buffer

- General purpose inputs

• Low-Power CMOS Technology:

- Operates from 2.7V-5.5V

- 5 mA active current (typical)

- 1 µA standby current (typical) (Sleep mode)

• Temperature Ranges Supported:

- Industrial (I): -40°C to +85°C

- Extended (E): -40°C to +125°C

DescriptionMicrochip Technology’s MCP2515 is a stand-aloneController Area Network (CAN) controller that imple-ments the CAN specification, Version 2.0B. It is capableof transmitting and receiving both standard andextended data and remote frames. The MCP2515 hastwo acceptance masks and six acceptance filters thatare used to filter out unwanted messages, therebyreducing the host MCU’s overhead. The MCP2515interfaces with microcontrollers (MCUs) via an industrystandard Serial Peripheral Interface (SPI).

Package Types

16

5

TXCAN

RXCAN

VDD

RESET

CS

SOM

CP

25

15

1

2

3

4

18

17

16

15

SI

SCK

INT

RX0BF

14

13

12

11

RX1BF10

OSC2

OSC1

CLKOUT/SOF

TX2RTS

5

6

7

8

VSS 9

TX0RTS

TX1RTS

TXCANRXCAN

TX0RTS

OSC1

CLKOUT/SOF

OSC2

CS

VDDRESET

SO

SCKINT

SI

RX0BFRX1BFVSS

TX1RTS

TX2RTSNC NC

18-Lead PDIP/SOIC

20-Lead TSSOP

2

NC

TX2RTS

TX0RTS

SO

SI

OS

C2

NC

OS

C1

GN

D

RX

1BF

SCK

RX

CA

N

TX

CA

N

VD

D

RE

SE

T

TX1RTSEP

20

1

19 18 17

3

4

14

13

12

116 7 8 9

21

10

15CLKOUT

CS

INT

RX

0BF

* Includes Exposed Thermal Pad (EP); see Table 1-1.

1312

123456789

20191817161514

1110

MC

P2

515

20-Lead QFN*

Stand-Alone CAN Controller with SPI Interface

89

14 Anexo E - Amostra do Da-tasheet do MLX-90614

MLX90614 family Single and Dual Zone

Infra Red Thermometer in TO-39

3901090614 Page 1 of 52 Data Sheet Rev 009 June 29, 2015

Features and Benefits Small size, low cost Easy to integrate Factory calibrated in wide temperature range: -40…+125˚C for sensor temperature and -70…+380˚C for object temperature. High accuracy of 0.5°C in a wide temperature

range (0…+50°C for both Ta and To) High (medical) accuracy calibration Measurement resolution of 0.02°C Single and dual zone versions SMBus compatible digital interface Customizable PWM output for continuous

reading Available in 3V and 5V versions Simple adaptation for 8…16V applications Sleep mode for reduced power consumption Different package options for applications and

measurements versatility Automotive grade

Applications Examples

High precision non-contact temperature measurements

Thermal Comfort sensor for Mobile Air Conditioning control system

Temperature sensing element for residential, commercial and industrial building air conditioning

Windshield defogging Automotive blind angle detection Industrial temperature control of moving parts Temperature control in printers and copiers Home appliances with temperature control Healthcare Livestock monitoring Movement detection Multiple zone temperature control – up to 127

sensors can be read via common 2 wires Thermal relay / alert Body temperature measurement

Ordering Information Part No.

MLX90614

Temperature Code

E (-40°C...85°C) K (-40°C…125°C)

Package Code

SF (TO-39)

- Option Code - X X X (1) (2) (3)

Standard part

-000

Packing form -TU

(1) Supply Voltage/ Accuracy A - 5V B - 3V C - Reserved D - 3V medical accuracy

(2) Number of thermopiles: A – single zone B – dual zone C – gradient compensated*

(3) Package options: A – Standard package B – Reserved C – 35° FOV D/E – Reserved F – 10° FOV G – Reserved H – 12° FOV (refractive lens) I – 5° FOV

Example: MLX90614ESF-BAA-000-TU * : See page 2

1 Functional diagram

Figure 1: Typical application schematics

2 General Description

The MLX90614 is an Infra Red thermometer for non contact temperature measurements. Both the IR sensitive thermopile detector chip and the signal conditioning ASSP are integrated in the same TO-39 can.

Thanks to its low noise amplifier, 17-bit ADC and powerful DSP unit, a high accuracy and resolution of the thermometer is achieved.

The thermometer comes factory calibrated with a digital PWM and SMBus (System Management Bus) output.

As a standard, the 10-bit PWM is configured to continuously transmit the measured temperature in range of -20…120˚C, with an output resolution of 0.14˚C. The factory default POR setting is SMBus.

J1

CON1

SCL

SDA

GND

Vdd

C1 value and type may differin different applicationsfor optimum EMC

U1MLX906141

PWMSDA

C1

MLX90614 connection to SMBus

4Vss

SCLVz

MLX90614Axx: Vdd=4.5...5.5V

3

2

Vdd

0.1uF

ProtótipodeumSistemadeTelemetria … · 2019. 5. 27. · Tomy Moreira dos Santos. Protótipo de um...

Documents

Transcript of ProtótipodeumSistemadeTelemetria … · 2019. 5. 27. · Tomy Moreira dos Santos. Protótipo de um...