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Robô Mapeador

1. Id Modo da Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Predecessorl Jul 13 Tarefa 15 1 1 8 In cio do Projeto 0 hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 2 AS Sistema embarcado 111 hrs Ter 30 07 13 Qua 18 09 131 3 3 Construir placas de 9hrs Ter 30 07 13 Qui 01 08 13 suporte de acr lico 4 V Projetar placas 2 hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 5 VB Comprar placas de 4hrs Ter 30 07 13 Qua 31 07 13 4 acr lico 6 5 Adaptar as placas 4hrs Qua 31 07 13 Qui 01 08 13 5 acr lico para o carro 7 VE Montar o carro 4hrs Qui 01 08 13 Sex 02 08 13 6 8 VB Aceler metro girosc pio 16 hrs Ter 30 07 13 Ter 06 08 13 MPU 6050 9 EB Estudar o m dulo 4 hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 MPU 6050 10 V Estudar o protocolo 12C 4 hrs Qua 31 07 13 Qua 31 07 13 9 11 VB Implementar o 4hrs Qui 01 08 13 Qui 01 08 13 9 10 protocolo 12C no microcontrolador 12 3 Configurar a leitura dos 2 hrs Sex 02 08 13 Sex 02 08 13 11 dados do sensor 13 VB Testar o 3 hrs Sex 02 08 13 Ter 06 08 13 12 funcionamento 14 M3 Camera de linha 33 hrs Ter 30 07 13 Ter 13 08 13 15 V Acoplar a c merano 2hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 carro 16 V3 Estudar o m dulo ADC 3 hrs Ter 30 07 13 Qua 31 07 13 15 17 5 Configurar e inicializar 6 hrs Qua 31 07 13 Qui 01 08 13 16 o ADC 18 VB Configurar GPIO para 2hrs Sex 02 08 13 Sex 02 08 13 17 gerar CLK e SI 19 Implementar algoritmo 10 hrs Sex 02 08 13 Qui 08 08 13 17 18 de de
2. E Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 20 1 etapa Identifica o do Risco N Identifica o Denomina o do risco Gasto maior que o estimado com o projeto 7 Descri o do risco O custo do projeto ultrapassou a quantia estimada de uma forma significativa 2 etapa Avalia o do Risco Impacto e 5 alto o4 m dio alto o3 m dio 02 m dio baixo ol baixo Um custo de projeto maior que o limite estipulado pelos sponsors pode inviabilizar o projeto Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto e 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo Uma subestima o do custo pode ocorrer se os componentes necess rios escolhidos pela equipe n o estiverem dispon veis e as op es de substitui o forem muito caras 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Realizar a escolha de componentes que estejam dispon veis em pelo menos 2 fornecedores e que de prefer ncia possam ser comprados no Brasil Contabilizar no or amento custos associados aos componentes como o frete e impostos em caso de importa o Realizar uma pesquisa de mercado Mitigar Tentar conseguir componentes emprestado como backup reduzindo o pre o do projeto em cas
3. Impacto reavaliado 4 m dio alto tpavaliada a Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 23 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Recebimento de componentes sem N Identifica o condi es de uso 10 Descri o do risco Algum componente do carrinho pode ter sofrido dano no transporte ou ter vindo queimado 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o3 m dio 0 2 m dio baixo ol baixo Dependendo do componente danificado o carrinho pode n o funcionar gerando a necessidade de um novo pedido o que pode atrasar substancialmente o projeto Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio e 2 m dio baixo o 1 baixo As chances de ocorrerem danos em cargas transportadas pelo correio e do envio de compo nentes eletr nicos estragados baixa 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Mitigar Encomendar o carrinho o mais cedo poss vel permitindo tempo para efetuar um novo pedido se necess rio Obter pe as emprestadas para que o projeto n o seja interrompido caso 0 risco ocorra Impacto reavaliado 3 m dio Probabilidade reavaliada 1 baixo Elabora
4. Zigbee 802 15 4 Wi Fi 802 11 Bluetooth R dio Frequ ncia Alcance 30 100 metros 50 300 metros 10 metros 30 100 metros Taxa Dados 250 Kbits s 50 Mbits s 1 Mbit s 2 Mbits s Frequ ncia 2 4 Ghz 2 4 e 5 Ghz 2 4 Ghz 292 Mhz 2 4 Ghz Consumo Baixo Alto M dio Baixo Custo M dio Alto Baixo Baixo Pre o M dio 90 Reais 150 Reais 30 Reais 25 Reais tamb m se deu ao fato de poder ser encontrado em lojas brasileiras e n o necessitar de importa o Figura 1 Foto do m dulo RF nRF24L01 Tabela 9 T cnologias de Comunica o nRF24L01 RMF12B Alcance 30 metros 30 metros Alcance Sem Obst culos 100 metros 200 metros Taxa de Transmiss o 2 Mbits s 2 Mbits s Alimenta o 3 3 V 3 3 V Iativo 12 3 mA steep 9000A Latino 25 mA Consumo de Energia E Istecp 300nA Frequ ncia 2 4 Ghz 433 Mhz Dimens es 29 mm X 15 mm 15 9 mm X 16 1 mm Pre o 20 Reais 6 95 D lares 3 5 Sistema Embarcado 3 5 1 Sensores An lise da C mera de Linha Nesta se o apresentaremosas caracter sticas t cnicas da c mera de linha que ser utilizada no projeto como o equipamento principal para a navega o aut noma A c mera escolhida para o projeto TSL1401CL j est inclusa no kit de desenvolvimento da copa Freescale e cont m caracter sticas t cnicas que a tornam ideal para executar a tarefa de seguir linha 92 Fonte Adaptado de 3 Figura 2 Fo
5. 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Iniciar a pesquisa de t cnicas para realizar a integra o dos sensores o mais cedo poss vel Iniciar o desenvolvimento do sistema de mapeamento na esta o base o mais cedo poss vel utilizando dados simulados Mitigar Realizar diversas voltas com o carro na pista durante o mapeamento de forma a tentar eliminar os erros gradativamente Utilizar conhecimentos sobre a estrutura do ambiente as partes permitidas pela copa Freescale para limitar ou guiar o trabalho a ser realizado identificar partes da pista ao inv s de identificar posi o absoluta Impacto reavaliado 3 m dio Probabilidade reavaliada 4 m dio alto Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 27 3 Andalise de Op es Tecnol gicas A an lise contida nessa se o tem por objetivo classificar as informa es mais re levantes sobre algumas tecnologias dispon veis no mercado e esclarecer quais caracter sticas foram determinantes na escolha tecnol gica para o projeto Rob Mapeador Nosso projeto composto por tr s partes principais o sistema embarcado o sistema de comunica o e a esta o base A esta o base fornece uma interface para
6. es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Questionar outras pessoas que j executaram uma tarefa semelhante em outros projetos de forma a realizar um melhor estimativa Pesquisar o m ximo poss vel sobre os passos e o procedimento de execu o da tarefa de forma a obter uma vis o clara de como e do que deve ser feito Mitigar Acrescentar ao tempo estimado de uma tarefa uma margem de erro de forma a amenizar os efeitos do erro de julgamento Impacto reavaliado 3 m dio Probabilidade reavaliada 3 m dio Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 15 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Falha no gerenciamento de tempo em se N Identifica o mana de provas 2 Descri o do risco Diminui o no ritmo de trabalho da equipe n o esperada causada por uma semana de provas 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto o4 m dio alto e 3 m dio o2 m dio baixo ol baixo A diminui o n o planejada no volume de trabalho da equipe em uma semana de provas pode gerar um atraso no andamento do projeto Probabilidade o 5 alto e 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A ocorr ncia deste risco depende da aten o do grupo na hora de
7. ativada a fun o SendMessage que envia o comando ao rob Quando o usu rio clica no bot o de desabilitas movimenta o autom tica o software ativa a fun o EnableManualMovement para habilita la ativando o modo manual do rob A seguir a fun o automaticMode ativada e passa como par metro um valor falso j que desejado desabilitar essa fun o e envia para a classe Messenger a informa o de desabilitar a movimenta o autom tica A seguir a classe Messenger envia a mensagem para o carro atrav s da fun o SendMessage No momento que o usu rio fecha a janela do software da esta o de base o software 44 dever fechar a conex o com a porta serial atrav s da fun o disconnect liberar esta porta se rial removendo o listener pela fun o serialPort removeEventListener e fechar a comunica o com a classe Messenger 5 2 Interface Gr fica do Software da Esta o Base Para este projeto foi necess rio criar um software para a esta o base para que o usu rio tenha acesso informa es sobre o trajeto e possa movimentar o rob O software da esta o base ser implementado em JAVA e ter sua intera o com o usu rio atrav s de uma interface gr fica A interface gr fica do usu rio possui o design mostrado na figura 19 r Controle do Rob Selecione Porta Serial e Clique em Conectar ES Controle do PWM modo autom tico Potoma da Pista Oo Leituras
8. est pr ximo Para utilizar esse sensor como um medidor de velocidade im s s o colocados na roda e e cada vez que se aproxima ativa o sensor Uma desvantagem deste m todo seria a perda de precis o Enquanto um disco de um encoder pode ter at 100 ranhuras seria poss vel colocar apenas 4 im s na roda O que gera uma grande perda de precis o Na figura 11 temos um sensor de efeito hall Figura 11 Sensor de efeito hall US1881 3 5 2 Servomotor Na execu o deste projeto ser necess rio um servomotor para controlar a dire o das rodas dianteiras do rob O servomotor j est incluso no kit de desenvolvimento Frees cale Futaba S3010 Standard High Torque e supre as necessidades do projeto Este servo motor pode ser visualizado na figura 12 Figura 12 Foto do servomotor Futaba 3010 39 3 5 3 Microcontrolador Para seguir as normas da Freescale tinhamos duas op es de placas de desenvol vimento a TRK MPC5604B figura 13 com o microcontrolador MPC 5604B e a placa FRDM KL25Z figura 14 equipada com o microcontrolador KL25Z128VLK4 Neste pro jeto necessitamos de ao menos um m dulo 72C para controlar o aceler metro girosc pio um m dulo SPI para os transdutores Wireless Tamb m precisamos de 4 canais PWM para controlar os servomotores e os motores DC A c mera de linha por sua vez necessita de um sinal de clock e 2 GPIOs enquanto a placa de LEDs requer apenas 8 GPIOs para a leitura Como ambas as placas s
9. o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o3 m dio 0 2 m dio baixo ol baixo Pode atrasar o desenvolvimento de alguma outra tarefa e at inviabilizar o projeto Probabilidade e 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A impossibilidade do gerente saber de antem o as habilidades e o conhecimento pr vio de cada membro da equipe sobre reas do saber necess rios para a execu o do projeto pode ocasionar a gera o de um cronograma que n o realiz vel para um determinado membro Outros riscos podem tamb m podem causar este Como este risco j ocorreu at o desenvolvimento deste documento estimamos que ocorra em etapas posteriores do projeto com uma alta probabilidade 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Acompanhamento da execu o das tarefas dos membros da equipe implementar uma comunica o eficaz na equipe auxiliar membros com dificuldades t cnicas Mitigar Inserir uma margem maior de tempo para integrantes que n o tenham conhecimento pr vio do assunto da tarefa Impacto reavaliado 3 m dio Probabilidade reavaliada 5 alto Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 18 1 etap
10. 25 0 cm de largura 40 0 cm de comprimento e 30 5 cm de altura Uma modifica o no chassi se faz necess ria para a anexa o do encoder respeitando os limites de tamanho para a competi o Na figura 15 pode se visualizar o chassi j montado Fonte Adaptado de 2 Figura 15 Foto do chassi 4 4 Arquitetura geral do HW e do SW Para termos uma vis o geral do projeto do rob mapeador podemos dividi lo em tr s grandes blocos distintos a esta o base o sistema de comunica o e o rob Estes blocos podem ser visualizados na figura 16 Esta o Base Sistema de Comunica o Figura 16 Diagrama do sistema em alto n vel A esta o base a respons vel pela interface com o usu rio e constitu da fisica mente por um computador que recebe os comandos do usu rio por meio do mouse e teclado por um ardu no e um m dulo de r dio frequ ncia A interpreta o destes comandos rea lizada por meio de um software em Java respons vel por processar as informa es montar um pacote contendo um comando ou configura o enviar para o arduino da base e tamb m processar o recebimento de um pacote O arduino tem como fun o receber os pacotes contendo dados dos sensores oriundos do rob atrav s do m dulo wireless e de transmitir pacotes recebidos do software de controle da esta o base para o m dulo para que sejam enviados ao rob A comunica o entre o computador e o arduino realizada
11. 92 az Plotar o gr fico do 9 hrs Qua Sex 30 08 13 88 percurso em 3D 28 08 13 93 fa Instalar uma biblioteca 2 hrs Qua 28 08 13 Qua 28 08 13 91 para fazer desenho 3D 94 EB Criar rotinas para 6 hrs Qua 28 08 13 Sex 30 08 13 93 realizar a plotagem do grafico a partir do modelo 95 az Testar a plotagem do 1hr Sex 30 08 13 Sex 30 08 13 94 gr fico 96 3 Implementar controles do 10 hrs Sex 30 08 13 Qui 05 09 13 71 74 95 carro 97 az Odometria 116 hrs Qua 31 07 13 Sex 20 09 13 98 3 Pesquisa sobre 20 hrs Qua 31 07 13 Qui 08 08 13 86 odometria 99 ag Pesquisar m todos 40 hrs Ter 20 08 13 Qui 05 09 13 70 9 47 para integrar dados dos sensores 100 HS Implementar a 10 hrs Qui 05 09 13 Qua 11 09 13 99 98 odometria 101 EE Testar o 2 hrs Sex 20 09 13 Sex 20 09 13 90 2 100 1 funcionamento do sistema de odometria 102 fa Ajustar a odometria 20 hrs Qua 11 09 13 Qui 19 09 13 100 103 fa Documenta o 113 hrs Sex 02 08 13 Qua 25 09 13 104 Kit Freescale 24 hrs Sex 02 08 13 Qua 14 08 13 105 VB C mera de linha 4hrs Qua 14 08 13 Qua 14 08 13 14 106 VB Chassi Bateria 2 hrs Sex 02 08 13 Sex 02 08 13 7 107 3 Sensores 43 hrs Ter 06 08 13 Sex 23 08 13 80 Id Modo da Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Predecessorl Jul 13 Tarefa 15 1 108 MPU 6050 4 hrs Ter 06 08 13 Qua 07 08 13 8 109 ES Encoders 2 hrs Sex 23 08 13 Sex 23 08 13
12. N mero inteiro indicando o ngulo de deslocamento desejado 50 Tabela 19 Mensagem de configura o do sistema embarcado gura o de controle zado 0x08 Flags de confi ngulo Clock PWM Leituras s Uso dos sensores N o utili 1 byte 1 byte bitmask 1 byte 1 byte 4 bytes 1 byte 1 byte 22 bytes 6 2 4 Configura o do sistema embarcado Esse tipo de mensagem enviado da esta o base para o sistema embarcado para configurar v rias op es O restante da mensagem passa os par metros de configura o ngulo Posi o desejado do servomotor da c mera Clock Frequ ncia de opera o desejada para a c mera e PWM N mero de 0 a 1 indicandso a fra o de tempo ativo do PWM para controlar a velocidade do carro Leituras N mero de leituras a serem realizadas e enviadas por segundo Controle 0x01 para usar apenas a c mera 0x02 para usar apenas o sensor infraver melho e 0x03 para utilizar os dois 6 2 5 Mapeamento autom tico Esse tipo de mensagens enviado da esta o base para o carro para controlar o in cio e o fim do mapeamento autom tico Tabela 20 Mensagem de controle do mapeamento autom tico Tipo Subtipo de mensagem N mero de voltas N o utilizado 1 byte 1 byte 1 byte 30 bytes Subtipos de mensagem e 0x01 Inicia o mapeamento autom tico e 0x02 Encerra o mapeamento autom tico e 0x04 Modiica o n mero de
13. o comprados em lojas situadas em territ rio nacional 3 2 Requisitos de Software 3 2 1 Requisitos Funcionais O Software dever e Mostrar para o usu rio a plotagem em tr s dimens es da pista em tempo real e Receber dados dos sensores 29 Realizar o processamento dos dados dos sensores Mostrar as ltimas leituras recebidas da c mera Avisar a ocorr ncia de erros de comunica o Indicar o estado da conex o de comunica o Mostrar uma estimativa de orienta o do carro Mostrar uma estimativa da velocidade atual do carro Mostrar uma estimativa da velocidade m dia do carro Ser capaz de gravar um registro dos principais eventos do sistema Permitir ao usu rio desativar o registro dos eventos Permitir ao usu rio ativar o registro dos eventos Permitir ao usu rio iniciar o mapeamento autom tico da pista Permitir ao usu rio parar o mapeamento autom tico da pista Permitir ao usu rio configurar um n mero de voltas completas a serem realizadas pelo carro no mapeamento autom tico e Permitir ao usu rio enviar comandos para controlar o carro de forma manual 3 2 2 Requisitos N o Funcionais O Software dever e Atualizar a plotagem da pista pelo menos 15 vezes por segundo Permitir ao usu rio utilizar teclas de atalho do teclado para fazer o controle manual Impedir o usu rio de controlar manualmente o carro se o mapeamento autom tico estiver iniciado e Permitir ao usu rio inici
14. s Foto d camera de linha PSLIADICL es oe be She ee ee Peo eS Encapsulamento da c mera de linha TSLI401CL Fen meno de precess o 1 cs pas PETER ERR EE RE eS Foto do Girosc pio e Aceler metro MPU 6050 Protocolo de Comunica o PC 5 Foto de um encoder o oo oaoa ee ee Foto de um encoder RB Sbo33 Encoder fotoel trico utilizado no carro css cse sso ae cana raa Encoder acoplado do CAaITO ce lt lt 6 diss wa 6 aa dea dna ee Ee Sensor de efeito ball 5081 ue sp sdo kee e Oe we Oe SS Foto do servomotor Futaba S3010 ss sas ede raea s sae Foto da placa de desenvolvimento MPC5604B Foto da placa de desenvolvimento FRDM KL25Z Foto do Chassi sed ose RG OOK ee ERS aspas A Diagrama do sistema em alto n vel tertii ee Diagrama estrutural da esta o base Diagrams estrutural do robo s 444364 e044 5 04 oo A RES Visualiza o da tela do software da esta o base a Painel de Controle da Movimenta o Autom tica e de conex o com a Porta Ds ee E O VE RO Su ee RA A ee Painel de Controle de movimenta o manual do rob Fame de Plotagem da pista ss im p eor a n GR DG de Does R Painel de visualiza o de informa es do trajeto
15. veis 46 hrs Qui 12 09 13 Qua 25 09 13 45 Quarto 15 hrs S b 14 09 13 Qua 18 09 13 46 Entrega do Projeto 15 hrs Seg 23 09 13 Qua 25 09 13 83 C C m Diagrama de Sequ ncia 84 clicar em bot o para atualizar Portas Seriais gt clica no Bot o de Conectar com a Porta Serial p habilitar checkbox de log gt desabilitar checkbox de log _ deslizar slider de controle do PWM modo autom tico 14 mostrar valor do PWM no TextBox deslizar slider de controle de PWM modo manual fe mostrar valor do PWM no TextBox dicar em bot o de ir para frente clicar em bot o de ir para a direita clicar em bot o de ir para a esquerda p clicar em bot o de habilitar movimenta o autom tica clicar em bot o de desabilitar movimenta o autom tica fecha janela cy dicar em bot o de ir para tr s a serialSearchButtonActionPerformed Event evt findPorts serialComboBox addltem ltem i connect serialComboBox getSelecteditem UUU UUU enableAll true new SerialPort SerialPort addEventListener Parser pj f new Parser new Messenger setTitle String s logEnableCheckboxStateChanged Event evt logEnableCheckboxStateChanged Event evt autoPWMSliderStateChanged Event evt aut
16. 00 1 Placa de suporte de acr lico R 30 00 1 Fabrica o da PCB de interfaceamento R 100 00 1 Placa de LEDs R 60 00 Custo Total R 693 50 Tabela 2 Tabela dos custos com m o de obra do projeto Quantidade de Horas Trabalhadas Custo 520 R 18 200 00 O desenvolvimento do projeto dever ocorrer dentro do prazo de 10 semanas com in cio no dia 10 07 quando ocorre a finaliza o da etapa de planejamento e fim no dia 25 09 data final da entrega do projeto concluido e da monografia A figura 3 apresenta as principais etapas do projeto Tabela 3 Principais etapas do projeto Principais Fases Data Custos Compra de todos os componentes 26 06 a 30 07 R 855 00 Planejamento do projeto 26 06 a 10 07 R 4 200 00 Desenvolvimento do primeiro deliverable 10 07 a 07 08 R 4 200 00 Desenvolvimento do segundo deliverable 07 08 a 21 08 R 2 800 00 Entrega do terceiro deliverable 21 08 a 04 09 R 2 800 00 Entrega do quarto deliverable 04 09 a 18 09 R 2 800 00 Entrega do projeto conclu do e da documenta o 18 09 a 25 09 R 1 400 00 13 2 3 Forma o da Equipe e Escolha do Gerente A equipe foi formada respeitando o sorteio feito em sala de aula na disciplina de Oficinas de Integra o 3 pelos professores Jo o A Fabro e Heitor S Lopes Gerente Fabiano Guilherme Prado Ara jo Colaboradores Andr Augusto Dequech Carvalho Paulo Bertoldi Renaux
17. 46 110 VB Placa de LEDs 2hrs Qua 07 08 13 Qua 07 08 13 28 111 az Servomotores 2 hrs Qua 21 08 13 Qua 21 08 13 38 41 112 ag Comunica o 3 hrs Ter 20 08 13 Ter 20 08 13 113 3 RF 2 hrs Ter 20 08 13 Ter 20 08 13 65 66 69 114 ag Protocolo 1hr Ter 20 08 13 Ter 20 08 13 70 113 115 az Software de alto n vel 85 hrs Qui 15 08 13 Ter 24 09 13 116 B Diagramas 2 hrs Qui 15 08 13 Qui 15 08 13 82 83 84 117 az Manual de usu rio 6 hrs Qui 05 09 13 Sex 06 09 13 87 85 95 9 118 ES Algoritmo de 2 hrs Ter 24 09 13 Ter 24 09 13 97 Odometria 119 3 Software Embarcado 7 hrs Qua 18 09 13 Sex 20 09 13 62 120 3 Diagramas 2 hrs Qua 18 09 13 Qui 19 09 13 121 3 Algoritmo de controle 2 hrs Qui 19 09 13 Qui 19 09 13 120 122 3 Sensores 3 hrs Qui 19 09 13 Sex 20 09 13 121 123 ag PCB 8 hrs Qua 04 09 13 Sex 06 09 13 51 124 az Integra o 4hrs Ter 24 09 13 Qua 25 09 13 104 107 11 125 Entreg veis 127 hrs Ter 30 07 13 Qua 25 09 13 126 HS Primeiro O hrs Qua 07 08 13 Qua 07 08 13 127 HS Segundo O hrs Qua 21 08 13 Qua 21 08 13 128 ag Terceiro 0 hrs Qua 04 09 13 Qua 04 09 13 129 ag Quarto O hrs Qua 18 09 13 Qua 18 09 13 130 ES Entrega do Projeto 0 hrs Qua 25 09 13 Qua 25 09 13 81 B Novo cronograma Id Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Jul 13 21 15 17 19 21 1 Sistema embarcado 94 hrs Dom 08 09 1 Sex 11 10 13 2
18. Rafael G es Turchenski 2 4 Responsabilidades e Autoridades do Gerente 2 4 1 Responsabilidades do Gerente Dentre as responsabilidades do gerente destacam se O gerente dever controlar o cronograma do projeto estabelecendo prazos e metas para o cumprimento de tarefas no projeto O gerente ser o respons vel pela aloca o das tarefas existentes para os membros da equipe O gerente dever assessorar o desenvolvimento das tarefas alocadas para os integrantes da equipe visando garantir uma sinergia e o bem estar dos integrantes no grupo O gerente dever ser o agente comunicador entre os membros do grupo e garantir que exista uma comunica o clara e eficaz entre os integrantes da equipe e entre a equipe e os professores O gerente tamb m executar fun es t cnicas no projeto n o se limitando apenas atividade de ger ncia recebendo entretanto um menor volume de trabalho do que o alocado aos outros integrantes O gerente dever ser o representante da equipe no projeto e portanto dever responder pela equipe sempre que for solicitado O gerente ficar respons vel por fiscalizar o cumprimento das tarefas alocadas para os integrantes do projeto assim como por assegurar a qualidade dos trabalhos realizados 2 4 2 Autoridade do Gerente O gerente ser quem ter a palavra final sobre quaisquer decis es efetuadas pela equipe ficando respons vel por quaisquer decorr ncias destas decis es Dever entretanto
19. aceler metros s o dispositivos eletromec nicos que relacionam a acelera o com um sinal de sa da assim sendo poss vel medir a acelera o sobre objetos Este sinal de sa da pode ser anal gico ou digital Os modelos de aceler metros s o capazes de detectar a magnitude e o sentido da acelera o e podem ser interpretadas por outros dispositivos O aceler metro tem como objetivo captar a varia o de plano do carrinho Logo quando o carrinho subir uma rampa o sensor poder reconhecer a rampa para mapear a mesma Para o projeto foi escolhido o m dulo MPU 6050 que cont m um aceler metro pricipalmente por f cil disponibilidade fornecido pelos professores da disciplina Os aceler metros capacitivos utilizados nesse projeto seguem o princ pio da Se gunda Lei de Newton onde existe uma massa presa a uma mola fixada entre duas placas paralelas A acelera o da massa causa varia o da dist ncia devido ao movimento livre da placa e portanto resulta em uma mudan a na capacit ncia el trica 4 Um aceler metro tamb m pode ser capaz de medir a acelera o de um objeto al m de conseguir medir choque e vibra es O m dulo possui sa da I2C e para o projeto uma escala de 2g atender aos requisitos do projeto Suas caracter sticas podem ser observadas na tabela 12 Protocolo IC O protocolo TC um sistema de comunica o desenvolvido pela Philips e ampla mente utilizado em dispositivos eletr nicos A comunica o
20. ao rep valindas a Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 20 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Problema com a integra o de dados dos N Identifica o sensores 13 Descri o do risco A equipe pode ter dificuldades para encontrar alguma forma de in tegrar os dados vindos dos diversos sensores instalados no carro de modo a oferecer uma interpreta o coerente da movimenta o do rob 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o3 m dio 0 2 m dio baixo 1 baixo Encontrar uma forma de interpretar os sensores de forma coerente crucial para obtermos a estimativa da trajet ria do carro o que afetar diretamente a precis o do mapeamento realizado A tarefa de integrar dados de diversos sensores para obtermos uma representa o til contudo um problema aberto e constitui uma rea de pesquisa Dificuldades de en contrar um algoritmo razo vel e implement vel para estimarmos a trajet ria podem atrasar o projeto Probabilidade e 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo Como n s estamos trabalhando com dados vindos de diversos sensores o problema de inter pret los e utilizarmos as informa es obtidas para tentarmos estimar a trajet ria certo
21. com a faixa preta a esquerda 000000000001111111111111111111111111111111111111100000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111111111111000000 000000000001111111111111111111111111111111111111100000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111111111111000000 000000000001111111111111111111111111111111111111110000000000000000000000000000000001111111111111111111111111111111111111111000000 Figura 43 Sa da camera imprimindo 1 para claro e O para escuro Nesse teste a leitura tamb m se mostrou eficiente Outro item que podemos notar que em ambos os testes os pixels dos cantos n o condizem com a realidade Ap s verificar essa falha verificamos na documenta o da c mera e constatamos que de fato os pixels das extremidades devem ser ignorados 8 7 3 M dulo nRF24L01 7 3 1 Protocolo SPI O SPI Serial Peripheral Interface foi originalmente desenvolvido pela Motorolanos e adotado por varios fabricantes ao longo dos anos Atualmente o barramento SPI usado principalmente nos microcontroladores e seus dispositivos perif ricos imediatos comu mente encontrado em telefones celulares PDAs e outros dispositivos m veis que comunicam dados entre a CPU teclado tela e chips de mem ria AGUIAR et al s d O SPI consiste em tr s barramentos principais envolvendo um dispositivo Mestre ou Master e um ou mais dispositivos Escravos ou Slave O SCLK Serial Clock gerado pelo Master e serve para sincroniza
22. com a placa KL25Z que servir somente para enviar dados dos sensores A placa KL25Z continuou sendo utilizada para controlar o carro O protocolo funciona da seguinte maneira 1 A Esta o Base pode enviar um comando para a placa KL25Z ou receber um valor do Arduino 2 A placa KL25Z permanece somente no modo de receber comando n o enviando nada concreto a Esta o Base somente um ACK 3 O Arduino espera uma mensagem de sincroniza o e ap s recebe la envia con tinuamente dados dos sensores para a Esta o Base 6 2 Formato das mensagens Foi estabelecido um formato geral para as mensagens onde o primeiro byte identifica o tipo de mensagem o segundo pode conter flags de configura o ou subtipo e um formato diferenciado para os 30 bytes restantes como pode ser visto na tabela 16 Tabela 16 Formato geral de mensagens Tipo Flags Mensagem 1 byte 1 byte 30 bytes Em seguinda ser o mostrados os tipos e o formato de cada tipo de mensagem 6 2 1 Envio de leitura Esse tipo de mensagem envia leituras dos sensores para a esta o base O formato do pacote composto seguidamente por dois bytes que representa a leitura do ngulo do girosc pio e um byte com a leitura do sensor de efeito hall Cada byte 49 da mensagem possui o valor da leitura dos sensores no instante de 50ms sendo os pr ximos bytes completados no pr ximo instante de 50ms por exemplo no instante de 50ms pego o primeir
23. efetuar a constru o do cronograma 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Anotar em uma agenda o calend rio de provas de todos os integrantes da equipe alocando uma quantidade menor de trabalho para per odos em que haja avalia es Impacto reavaliado 2 m dio baixo Probabilidade reavaliada 3 m dio Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 16 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Falta de comunica o entre integrantes da N Identifica o equipe 3 Descri o do risco comunica o ineficiente entre os membros da equipe 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o5 alto o4 m dio alto e 3 m dio 62 m dio baixo 0 1 baixo Uma comunica o ineficiente entre os membros da equipe pode gerar confus o no estabe lecimento de prazos e nas divis es de tarefas prejudicando a sincroniza o da equipe e o progresso do projeto como um todo al m de gerar disc rdia Outro impacto da falta de co munica o a dificuldade em acompanhar o que cada membro est fazendo o que dificulta a obten o de uma vis o geral do progresso do projeto e da fase em que ele se encontra Probab
24. movimentar devido a suspensao do carro prejudicando a leitura do mesmo Outra op o seria utilizar um encoder na engrenagem do motor da roda assim o encoder n o teria problemas com a leitura Um modelo de stripe code wheel que pode ser observado na figura 9 ao lado do encoder seria acoplado na engrenagem enquanto o encoder ao lado do c rculo O modelo de liga o pode ser observado na figura 10 onde poss vel observar o encoder e o c rculo acoplados ao carro Figura 9 Encoder fotoel trico utilizado no carro O encoder apresentado na figura 10 compat vel com o carrinho e demonstrado na tabela 14 Tabela 14 Tabela com as especifica es do encoder utilizado no carro Caracter sticas Encoder fotoel trico N mero de linhas disco 100 linhas Tens o 5V Dist ncia interna do encoder 3 5 mm Dimens es 22 mm X 7 5 mm Figura 10 Encoder acoplado ao carro O uso deste encoder se mostrou problem tico ao longo do projeto e foi substitu do por um sensor de efeito hall que ser explicado posteriormente 38 Sensor de efeito hall Outra op o para medir a velocidade do carro seria a utiliza o de um sensor de efeito hall Seria necess rio acoplar pequenos im s nas rodas para ativar o sensor Essa op o se torna necess ria caso n o seja poss vel acoplar o encoder o carro devido a impossibilidade f sica No sinal da sa da do sensor h uma varia o na sa da quando um im
25. o usu rio que permite o en vio de comandos de controle de movimento para o rob al m de exibir um tra ado da trajet ria estimada do carro baseado nas informa es dos sensores O carro por sua vez envia informa es dos sensores para esta o base Este envio realizado pelo sistema de comunica o respons vel por gerenciar o envio e o recebimento de mensagens 3 1 Requisitos do Sistema Nesta se o s o apresentados os requisitos do sistema dividido em tr s blocos l gicos principais esta o base sistema de comunica o e sistema embarcado 3 1 1 Requisitos da Esta o Base Na tabela 4 est o especificados os requisitos da esta o base Tabela 4 Tabela com os requisitos e especifica es da esta o base Requisito Especifica o Fornecer uma interface gr fica para o usu rio que trace um trajeto Software capaz de realizar um tra ado 2D e que execute na plataforma PC Fornecer uma interface para o usu rio enviar comandos Interface gr fica com bot es para o envio de comandos para o rob Apresentar ao usu rio os dados dos sensores Interpretar os diversos dados dos sensores e oferecer para o usu rio a velocidade e posi o estimada Fonte Autoria pr pria 28 3 1 2 Requisitos do Sistema de Comunica o Na tabela 5 est o listados os requisitos do sistema de comunica o Tabela 5 Tabela com os requisitos e especifica es do sistema de comuni
26. ocorre entre dois dispositivos 35 Tabela 12 Caracter sticas do Aceler metro Caracter sticas MPU 6050 Eixos 3 eixos Escala 2g a 16g Tens o 3 46 V Corrente M x 3 9 mA Corrente Acelerom tro 5004A Low Power 10 uA Dimens es 22 1 mm X 13 6 mm sendo um deles denominado Master ou mestre e o outro denominado Slave ou escravo O Mestre geralmente e o dispositivo com maior capacidade de processamento Em um sinal os dados s o lidos e recebidos pela forma de bits representa o de n mero bin rio onde o primeiro pulso de sinal contem a inten o do controlador de ler ou enviar dados ao respectivo dispositivo O protocolo segue basicamente duas etapas Primeiramente o dispositivo mestre sincroniza os dois dispositivos enviando um sinal de clock SCL Posteriormente ocorre a transmiss o dos dados entre eles pela via do serial data SDA Segundo Dias Filho 5 a comunica o entre os dois dispositivos e a transmiss o dos dados e dada por uma sequencia de oito bits e ocorre da seguinte maneira 1 O dispositivo Master ajusta as condi es iniciais 2 O dispositivo Master envia sete bits para o Slave para dizer com qual dispositivo se deseja comunicar envia o endere o do dispositivo 3 O Master envia o oitavo bit dizendo se deseja ler ou escrever no dispositivo 4 O dispositivo Slave retorna um bit para o Master dizendo que entendeu a comunica o Acknowledge bit 5 O dispositiv
27. placa impressa 2 hrs S b 14 09 13 S b 14 09 13 25 Software Embarcado 20 hrs Sex 20 09 13 Qui 26 09 13 26 Projetar software embarcado 12 hrs Sex 20 09 13 Ter 24 09 13 27 Criar diagrama de casos de uso 2 hrs Sex 20 09 13 Sex 20 09 13 28 Criar m quina de estados 8 hrs Sex 20 09 13 Seg 23 09 13 29 Criar diagrama de fluxo de dados 2 hrs Seg 23 09 13 Ter 24 09 13 30 Implementar o software embarcado 8 hrs Ter 24 09 13 Qui 26 09 13 31 Sistema de comunica o 34 hrs Dom 08 09 1 Qua 18 09 13 32 RF 27 hrs Dom 08 09 1 S b 14 09 13 33 Implementar comunica o RF no carro 27 hrs Dom S b 14 09 13 08 09 13 82 Id Nome da tarefa Dura o In cio T rmino 13 21 15 17 19 21 34 Testar a comunica o entre os RF 1 hr S b 14 09 13 S b 14 09 13 35 Implementar o protocolo de comunica o 11 hrs S b 14 09 13 Qua no carro 18 09 13 36 Fazer o parser para interpretar as 8 hrs S b 14 09 13 Qua 18 09 13 mensagens recebidas 37 Implementar fun es para o envio de 8 hrs Qua 18 09 13 Sex 20 09 13 dados 38 Software da esta o base 37 hrs S b 07 09 13 Ter 17 09 13 39 Odometria 50 hrs S b 07 09 13 Sex 20 09 13 40 Pesquisa sobre odometria 23 hrs S b 07 09 13 Qui 12 09 13 41 Implementar a odometria 10 hrs Qui 12 09 13 S b 14 09 13 42 Testar o funcionamento do sistema de 4hrs Sex 20 09 13 Sex 20 09 13 odometria 43 Ajustar a odometria 20 hrs S b 14 09 13 Sex 20 09 13 44 Entreg
28. projeto o mais r pido poss vel minimizando os efeitos dos atrasos Impacto reavaliado 4 m dio alto Probabilidade reavaliada 3 m dio Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 22 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Problemas mec nicos com a inser o do N Identifica o encoder no carrinho 9 Descri o do risco Problema com a instala o de um encoder no carro 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o3 m dio o 2 m dio baixo ol baixo A estrutura das rodas do carro pode dificultar a instala o de um encoder ou o chassi pode impedir o acesso s rodas gerando transtornos para a equipe e ocupando muito tempo Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto e 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A equipe n o conhece a estrutura interna do carrinho 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Procurar m dulos de encoder que sejam compat veis com a roda fornecida pelo Kit Freescale Aceitar A instala o de um encoder importante para o projeto e as complica es oriundas da instala o ter o que ser resolvidas pela equipe
29. respeitar e levar em conta a opini o da equipe O gerente poder alocar as tarefas que devem ser executadas no projeto de forma que lhe melhor aprouver entre os integrantes da equipe O gerente poder avaliar o desempenho dos integrantes da equipe com consequ ncias diretas na nota da disciplina 2 5 Planejamento de Riscos 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Subestimar o Tempo Necess rio para o N Identifica o Cumprimento de uma Tarefa 1 14 Descri o do risco A complexidade e o tempo do cumprimento de uma tarefa ou etapa de projeto pode ser subestimado pela equipe 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo ol baixo Pode ocasionar uma demanda de trabalho excessiva para a equipe aumentando o n vel de stress do grupo e em casos graves gerando atrasos no cronograma Probabilidade e 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo Como o grupo n o possui experi ncia pr via no desenvolvimento de sistemas embarcados e nem com m dulos de comunica o Wireless n o poss vel saber de forma precisa a comple xidade das etapas que ter o de ser desenvolvidas no decorrer do projeto Visto que o n mero de tarefas que nunca foram desenvolvido anteriormente grande subestimar ao menos uma tarefa praticamente certo 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A
30. 08 13 70 76 enviar mensagens 78 EE Implementar os 2 hrs Qui 22 08 13 Qui 22 08 13 77 86 m todos de envio de mensagens nos controles da GUI 79 fa Mostrar na GUI 2 hrs Qui 22 08 13 Qui 22 08 13 76 86 78 informa es a partir dos dados obtidos 80 fa Software da esta o base 120 hrs Ter 30 07 13 Sex 20 09 13 1 81 3 Projetar o software de 37 hrs Ter 30 07 13 Qua alto n vel 14 08 13 79 Id Modo da Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Predecessorl Jul 13 Tarefa 15 1 82 Criar o diagrama de 4 hrs Sex 09 08 13 Ter 13 08 13 83 casos de uso 83 VB Criar o diagrama de 6hrs Qua 07 08 13 Sex 09 08 13 33 110 classes 84 V3 Criar o diagrama de 6hrs Ter 13 08 13 Qua 14 08 13 82 sequ ncia 85 ag Projetar a GUI 2hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 86 ag Implementar a GUI 2hrs Ter 30 07 13 Qua 31 07 13 85 87 ag Implementar o controle 4 hrs Qui 15 08 13 Sex 16 08 13 82 83 84 1 b sico do software 88 ag Plotar o gr fico do 8 hrs Sex 23 08 13 Qua 87 percurso em 2D 28 08 13 89 ag Criar m todos 1hr Sex 23 08 13 Sex 23 08 13 9 47 79 dummies para gerar informa es da odometria 90 fa 3 Criar rotinas para 6 hrs Sex 23 08 13 Ter 27 08 13 89 realizar a plotagem do grafico a partir do modelo 91 3 Testar a plotagem do 1hr Qua 28 08 13 Qua 28 08 13 90 gr fico
31. 66 nie secede nacia eke een eee 25 77 B MNovd Cromaerawid c o escop CR ee ee ee E ee ee Da DS 82 C Diagrama de Sequ ncia ss 026 6 Sade ee ee SE ee wee 84 1 Introdu o 1 1 Motiva o O projeto teve como inspira o a competi o internacional realizada anualmente pela empresa de semicondutores Freescale Entitulada Copa Freescale esta competi o tem como objetivo a constru o de um carro aut nomo capaz de percorrer um circuito cons titu do de uma faixa preta em um fundo branco no menor tempo poss vel O hardware a ser utilizado ser o mesmo presente no kit da competi o para realiza o de uma fun o distinta o mapeamento do percurso completado pelo carro Acreditamos que este objetivo extremamente rico pois exp e a equipe a v rios problemas de engenharia como o interface amento de sensores circuitos de pot ncia protocolos de comunica o controle de posi o entre outros Al m das diversas reas de conhecimento abrangidas pelos requisitos do projeto o mapeamento relizado pode gerar dados para otimizar algoritmos de controle de rob s e a documenta o gerada no projeto para a utiliza o do hardware ser de grande valia para outros alunos que queiram participar da competi o 1 2 Trabalhos correlatos O projeto baseado na plataforma utilizada para a competi o copa Freescale Esta competi o ocorre mundialmente todos os anos e em 2012 s na Europa Oriente M dio e fric
32. B Servomotor das rodas 8 hrs Sex 09 08 13 Qua dianteiras 14 08 13 39 V3 Gerar o PWM 2 hrs Sex 09 08 13 Ter 13 08 13 24 27 106 40 VB Fazer comandos para 6hrs Ter 13 08 13 Qua 14 08 13 39 controlar os dois PWM 41 az Servomotor da c mera 12 hrs Qui 15 08 13 Qua 21 08 13 42 ag Projetar uma haste e o 2 hrs Qui 15 08 13 Qui 15 08 13 40 suporte para o servomotor da c mera 43 fa 3 Pesquisar material para 4 hrs Qui 15 08 13 Sex 16 08 13 42 a haste e o suporte 44 ES Montar a hastee o 4 hrs Sex 16 08 13 Ter 20 08 13 43 suporte 45 EB Criar fun es para 2 hrs Ter 20 08 13 Qua 21 08 13 24 44 controlar o servomotor 46 fa Encoders 20 hrs Qui 15 08 13 Sex 23 08 13 47 3 Estudar encoder 8 hrs Qui 15 08 13 Sex 16 08 13 105 48 Acoplar encoders no ca 4 hrs Ter 20 08 13 Qua 21 08 13 7 47 49 az Estudar se o 2hrs Qua 21 08 13 Qua 21 08 13 47 48 processamento da placa freescale suficiente 50 ag Implementar algoritmo 6 hrs Qua 21 08 13 Sex 23 08 13 49 para funcionamento do encoder 51 ES Construir uma PCB para 16 hrs Qua Qua os sensores e os m dulos 28 08 13 04 09 13 57 EE Software Embarcado 20 hrs Ter 10 09 13 Qua 18 09 13 58 fa Projetar software 12 hrs Ter 10 09 13 Sex 13 09 13 11 21 26 3 embarcado 78 Id Modo da Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Predecessorl Jul 13 Tarefa 15 1 59 Ea Criar diagra
33. LSB g enquanto o girosc pio possui uma sensibilidade de 131 LSB grau segundo e Esso pes sda a goma E 83 fo ACCEL XOUTSS o Dc 0 Acao SSCS Do 8a 0 aca vom DE e 0 Acao O O OoOO DF e o o czom O RR Figura 37 Registrador de leitura do aceler metro 7 2 C mera de Linha 7 2 1 Aspectos Gerais Para detectar o trajeto definido pela faixa preta do cicuito foi utilizada a camera de linha TSL1401R LF da TAOS Na Figura 38 temos a imagem da c mera A c mera conectada com 5 pinos e GND Vpp CLK SI AO A alimenta o pode ser de 3 at 5 volts No nosso projeto utilizarmos a porta que fornece 3 3V pois o shield do kit de desenvolvimento tem entrada para a camera que por sua vez se conecta a porta de 3 3V 60 Figura 38 C mera de Linha Para fazer a leitura necessario ter um clock A cada pulso a saida pula para o proximo pixel a ser exibido O clock maximo de 8MHz por m no site da Freescale recomendado um clock entre 5 e 8 kHz Escolhems utilizar um per odo de 168us que resulta em um clock de aproximadamente 5952 Hz O pino 51 usado para dar inicio a captura da imagem Ao gerar um pulso a camera come a a enviar a sa da pelo pino AO Analog Output O pino AO Analog Output usado para enviar a sa da para o microcontrolador Os pixels s o passados de forma serial a cada pulso
34. Montar o carro 4 hrs Dom 08 09 1 Dom 08 09 12 3 Camera de linha 27 hrs Qua 11 09 13 Qua 18 09 13 4 Acoplar a c mera no carro 20 hrs Qua 11 09 13 S b 14 09 13 5 Implementar algoritmo de detec o de 10 hrs S b 14 09 13 Qua 18 09 13 borda 6 Temporizar as leituras 4 hrs S b 14 09 13 S b 14 09 13 7 Calcular a m dia das leituras 2 hrs S b 14 09 13 S b 14 09 13 8 Motores DC 6 hrs Qua 11 09 13 Qui 12 09 13 9 Projeto placa de circuito impresso 2 hrs Qua 11 09 13 Qua 11 09 13 10 Fazer placa de circuito impresso 3 hrs S b 14 09 13 S b 14 09 13 11 Testar funcionamento da placa de circuito 1 hr Ter 17 09 13 Ter 17 09 13 impresso 12 Algoritmo de controle 19 hrs S b 14 09 13 Sex 20 09 13 13 Projetar algoritmo de controle 10 hrs S b 14 09 13 Qui 19 09 13 14 Implementar o algoritmo de controle 4 hrs Qui 19 09 13 Sex 20 09 13 15 Encoders 11 hrs Ter 10 09 13 Qui 12 09 13 16 Acoplar encoders no carro 4 hrs Ter 10 09 13 Qua 11 09 13 17 Estudar se o processamento da placa 2 hrs Qua 11 09 13 Qua 11 09 13 freescale suficiente 18 Caracteristicas Encoder 4 hrs Ter 10 09 13 Qua 11 09 13 19 Implementar algoritmo para 2 hrs Qua 11 09 13 Qui 12 09 13 funcionamento do encoder 20 Construir uma PCB para os sensoreseos 12 hrs Qua S b 14 09 13 m dulos 11 09 13 21 Fazer esquem tico 4hrs Qua 11 09 13 Qui 12 09 13 22 Imprimir molde e passar para placa 4 hrs Qui 12 09 13 Sex 13 09 13 23 Acoplar PCB no carro 2 hrs Sex 13 09 13 580 14 09 13 24 Testar os sensores com a
35. UNIVERSIDADE TECNOL GICA FEDERAL DO PARAN ENGENHARIA DE COMPUTA O ANDRE AUGUSTO DEQUECH CARVALHO FABIANO GUILHERME PRADO ARA JO PAULO BERTOLDI RENAUX RAFAEL G TURCHENSKI ROB MAPEADOR RELAT RIO T CNICO CURITIBA 2013 ANDRE AUGUSTO DEQUECH CARVALHO FABIANO GUILHERME PRADO ARA JO PAULO BERTOLDI RENAUX RAFAEL G TURCHENSKI ROB MAPEADOR Monografia apresentada disciplina Oficina de Integra o 3 no curso de Engenharia de Com puta o da Universidade Tecnol gica Federal do Paran Professores Jo o A Fabro Heitor S Lopes CURITIBA 2013 Resumo CARVALHO Andr A D ARA JO Fabiano G P RENAUX Paulo B TURCHENSKI Rafael G 2013 Rob Mapeador Relat rio T cnico Programa de Gradua o em Enge nharia de Computa o Universidade Tecnol gica Federal do Paran Curitiba 2013 Este trabalho descreve as etapas efetuadas para o planejamento e execu o do projeto Rob Mapeador O objetivo deste projeto o desenvolvimento de um sistema computacional que mapeia de forma estimada o percurso efetuado por um rob criado pela equipe Este rob tem o movimento controlado de duas formas distintas controlado remotamente pelo usu rio na esta o base ou de modo autom tico No primeiro modo o rob obedece comandos de movimenta o enviados por uma esta o base Enquanto no segundo modo o rob per corre um circuito constitu do de uma faixa preta em um fundo branco de forma au
36. a o entre dois m dulos nRF24L01 O protocolo possui um sistema de retransmiss o de dados com timing autom tico envio de ACK e recebimento de pacotes Ele permite o m dulo permanecer em baixo consumo e maior desempenho 7 Quando ativo o protocolo segue a mesma sequ ncia dos modos de opera o descritos no t pico anterior mas com uma pequena mudan a Abaixo segue o passo a passo do protocolo Modo TX 1 Quando o m dulo est no estado TX envio de dados ele envia o pacote e passa para o modo RX esperando o recebimento de um ACK 2 Ao receber o ACK o m dulo passa para o estado TX e continua o envio de pacotes caso a fila de envio TX FIFO n o esteja vazia e o bit CE permane a ativo descrito acima 3 Caso a fila fique vazia e o bit CE esteja ativo o m dulo passa para o estado standby 2 onde espera um pacote entrar na fila para enviar 4 Caso n o receba um ACK durante determinado per odo de tempo podendo ser configurado nos registradores o m dulo reenvia o pacote novamente e espera o recebimento de um ACK 5 Se o n mero de reenvio igualar um valor determinado na configura o do m dulo ocorre uma interrup o que deve ser tratada posteriormente 6 07 Se o bit CE passar para zero o m dulo volta para o estado de stanby e espera instru es Modo RX 1 No modo RX o m dulo espera pelo recebimento de pacotes 2 Ao receber um pacote o m dulo analisa de esse pacote v lido e coloca esse pacote em uma fila de
37. a Identifica o do Risco Denomina o do risco Redu o da equipe por meio de desist ncia N Identifica o de algum integrante 5 Descri o do risco Desist ncia de seguir adiante com a disciplina por algum membro da equipe 2 etapa Avalia o do Risco Impacto e 5 alto o4 m dio alto o3 m dio 02 m dio baixo ol baixo A falta de um integrante pode ser crucial para equipe pois a redu o da m o de obra dis pon vel na equipe pode sobrecarregar o trabalho dos outros integrantes atrasando ou at inviabilizando o projeto Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio e 2 m dio baixo o 1 baixo Contando com o hist rico da disciplina em outros semestres verificamos que a taxa de desist ncia dos alunos baixa 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Manter um ambiente de trabalho estimulante e de f cil conviv ncia Buscar mo tivar sempre que poss vel os integrantes Mitigar Buscar gerar redund ncia de conhecimento entre os membros da equipe minimi zando perdas em caso de desist ncia Aceitar Refazer o cronograma do projeto contando com o integrante a menos Impacto reavaliado 4 m dio alto Probabilidade reavaliada 1 baixo Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronog
38. a Tecnologias de Comunica o saad ba he deara donata da Caracteristicas do Girosc pio lt sosok os k soroek anra a we Da Caracter sticas da B ssola csssa siaaa sagrada drag a prg Caracter sticas do Aceler metro a Tabela com as especifica es do encoder Tabela com as especifica es do encoder utilizado no carro Tabela comparativa das plataformas dispon veis Formato geral de mensagens Mensagem de passagem pela linha de chegada Mensagem de envio de leituras Mensagem de configura o do sistema embarcado Mensagem de controle do mapeamento autom tico Tabela de custos dos componentes atualizada do projeto 12 12 12 27 28 28 Sum rio Ino css e a 8 ee ee CS 9 gt Planejamento on ER ae ee ee EE DE 11 3 An lise de Op es Tecnol gicas 2 2 2 208 27 4 Arquitetura geral do HW e 0053 lt 41 5 Esa adhase ss bwin eee Re ad eee A E E E 43 6 Sistema de comunica o 2 22 2232 e 48 7 Sistema embarcado 64 2252 2 54 8 amp 8 Gromoerama e Custo s o se ss se ad 73 9 COMO come dp EE EA Ed e Ee Re AB Re E 74 A Cronograma original 2
39. a c mera existe um circuito integrador que integra a corrente gerada pela exposi o luminosa no fotodiodo Desta forma podemos controlar a quantidade de exposi o de luz que a c mera recebe antes de ter os valores anal gicos amostrados permitindo um ajuste fino da sensibilidade luminosidade O tempo de integra o o tempo entre dois pulsos SI e pode ser controlado pelo usu rio Girosc pio Um girosc pio um instrumento que consiste de um rotor suspenso por um suporte formado por dois c rculos articulados Quando o dispositivo entra em rota o tende a se opor s mudan as de dire o do pr prio dispositivo captando a varia o da posi o do eixo e analisando se o eixo mudou de dire o ou n o O girosc pio funciona seguindo um fen meno denominado precess o A precess o ocorre quando um objeto que est em rota o com um eixo tentar girar perpendicular a esse 33 CL PACKAGE TOP VIEW SI 1 8 NC CLK 2 7 GND AO 3 6 GND Vpp 4 5 NC Fonte Adaptado de 3 Figura 3 Encapsulamento da c mera de linha TSL1401CL eixo ou a 90 graus desse eixo A figura 4 ilustra melhor o funcionamento de um girosc pio quando a roda de uma bicicleta gira ela gira perpendicularmente ao eixo de rota o O girosc pio funciona com 3 desses eixos movendo livremente e se opondo a qualquer tentativa de mudar a dire o da rota o 1 M N Figura 4 Fen meno de precess o 1 A escolha do girosc pi
40. a contava com mais de 70 times e 200 estudantes Nesta se o h uma breve an lise das duas principais abordagens utilizadas para a competi o Como sensor principal para navega o tipicamente utiliza se a c mera de linha ou sensores infravermelho IR A primeira alternativa fornece uma precis o de controle maior no entanto obt m se um ciclo de aquisi o e processamento de dados maior e uma sensibi lidade ilumina o externa consider vel A abordagem utilizando um m dulo de sensores fotoel tricos mais robusta no quesito interfer ncia de ilumina o externa no entanto fornece uma leitura da pista mais pr xima dificultando a capacidade de prever o comportamento da pista e tomar a es anteriormente varia o no percurso 2 Al m da constru o de todo o m dulo de controle aut nomo tamb m ser criado um modo em que o rob controlado diretamente pelo o usu rio o que muito semelhante ao realizado pelo projeto Bellator implementado na disciplina em semestres anteriores 1 3 Objetivos 1 3 1 Objetivos do Rob e O rob dever ser capaz de percorrer de forma aut noma uma pista constru da segundo os crit rios estabelecidos pela copa Freescale e O rob dever conter um modo de opera o controlado por usu rio onde utilizar os comandos fornecidos pela base para movimenta o e O rob dever processar os dados vindos da c mera e dos sensores infravermelho e controlar sua dire o e velocida
41. a da roda o disco e fixar um sensor para medir a rota o Na figura 7 podemos ver um exemplo de encoder Fonte Adaptado de 3 Figura 7 Foto de um encoder Primeiramente para acoplar o encoder fora do carrinho e ler os dados gerados pela roda o grupo pretendia acoplar o encoder na roda do carro Para isso seria necess rio acoplar um stripe code wheel disco composto por listras pretas e branca na roda e o encoder na parte traseira do carro movendo o sensor fototransmissor para ler o disco que est acoplado a roda assim o encoder poderia ler quantas rota es a roda realizou por minuto e medir a velocidade O encoder RB Sbo 33 figura 8 consegue atender aos requisitos do projeto suas especifica es podem ser visualizadas na tabela 13 Tabela 13 Tabela com as especifica es do encoder Caracter sticas Wheel Watcher Rotation Encoder Clocks por rota o 128 Tens o 49V 5 5V Corrente M x 30 mA Largura pulso de clock 25 us Dimens es 5 5 em X 2 3 em Tamb m poss vel montar um encoder utilizando fototransistores acoplando o stripe code wheel na roda do carrinho e lendo os pulsos de clock gerado pelo fototransis tor O grupo decidiu descartar essa op o o encoder iria ter problemas para ler o stripe code wheel pois o disco iria permanecer fixo na roda enquanto o encoder que est acoplado 37 Figura 8 Foto de um encoder RB Sbo33 a parte traseira do carro iria se
42. ar o mapeamento autom tico apenas se este n o estiver inici ado Permitir ao usu rio parar o mapeamento autom tico apenas se este j estiver iniciado Ser capaz de se recuperar de erros 3 3 Estacao base 3 3 1 Linguagem de programa o A equipe optou por linguagens de programa o mais conhecidas e mais difundidas pela facilidade em encontrar bibliotecas e funcionalidades que sejam teis para o desen volvimento do projeto Dentre essas tamb m foram descartadas linguagens consideradas inadequadas para os objetivos do projeto por serem voltadas para outros dom nios como o caso com Ruby ou PHP que s o voltadas para o desenvolvimento Web As linguagens consideradas ficaram ent o sendo C Java C Objective C Python Visual Basic e Delphi Os crit rios adotados para decidir qual das op es seria escolhida envolveram um comparativo entre bibliotecas gratuitas capazes de realizar algumas das tarefas principais necess rias ao desenvolvimento do sistema comunica o serial cria o de uma interface gr fica e desenho 3D Foram tamb m consideradas a capacidade de desenvolvimento para m ltiplas plataformas em especial os tr s sistemas operacionais mais utilizados Linux junto com outros sistemas POSIX Windows e OS X Em particular duas op es foram previstas em rela o a C uma utilizando as bibliotecas do Qt desenvolvidas pela Nokia e posteriormente vendidas para a Digia ou ent o utilizando outras bibliot
43. as o carro n o consegue enviar uma mensagem de volta para a Esta o Base O grupo acredita que seja um problema na placa FRDM KL25Z ou na imple menta o do c digo SPI que comunica a placa com o m dulo nRF24L01 Como a comunica o essencial para a estrutura do projeto e o tempo acabou ficando escasso a equipe decidiu contornar o problema seguindo sugest es dos professores da disciplina incluindo um segundo microcontrolador no carro para interagir com o m dulo RF Como o m dulo funcionou com um kit arduino j utilizado na Esta o Base o grupo decidiu utilizar um Arduino Uno que os integrantes j possu am para a comunica o O arduino iria se comunicar com o m dulo RF via SPI protocolo utilizado pelo m dulo nRF24L01 e enviar as informa es via Serial para o KL25Z Quando o carro recebesse uma notifica o para enviar um dado para a esta o base o carro enviaria para o arduino via Serial e este enviaria para o computador via RF Por m o grupo teve dificuldades para 53 Inicio do inicializaRf do inicializaAceler metro do inicializaGirosc pio do inicializaSensorHall Espera 50ms Ack recebido Espera ACK do RX Mode Espera Sincroniza o do RX Mode Envia Dados Sensores do TX Mode Retransmite Dados Sensores do TX Mode Figura 28 Diagrama de e estados do Arduino enviar via Serial para o arduino sendo que a comunica o Serial de ida ardu
44. atisfazem nossos requisitos de conectividade e performance mas s encontramos kits de desenvolvimento com a segunda placa esta foi a op o adotada pela equipe Na tabela 15 podemos observar uma tabela comparativa entre as duas plataformas A plataforma escolhida utiliza um microcontrolador com arquitetura ARM opera em 32 bits e foi desenvolvido sobre o CortexTM M0 core Um diferencial da segunda placa que a dist ncia entre os pinos e o layout compat vel com o padr o Arduino Revision 3 R3 fazendo com que seja poss vel instalar qualquer placa perif rica compat vel com o Arduino diretamente Tabela 15 Tabela comparativa das plataformas dispon veis Caracter stica TRK MPC5604B FRDM KL25Z Barramento 32 bits 32 bits Frequ ncia M x de Clock 64 Mhz 48MHz Resolu o do M dulo ADC 10 bits 16 bits SPI 3 2 PO 1 2 Canais PWM 56 10 GPIO 79 20 Suporte USB Sim Sim Debug JTAG OPENSDA SRAM 48 Kb 16 Kb Flash 64 Kb 128 Kb Figura 13 Foto da placa de desenvolvimento MPC5604B 40 Figura 14 Foto da placa de desenvolvimento FRDM KL25Z 3 5 4 An lise do Chassi O chassi utilizado para a montagem do rob ser o contido no kit da Freescale pois o seu uso inalterado uma regra da competi o As nicas modifica es permitidas s o a realiza o de furos e a anexa o de pe as de suporte auxiliares contanto que o tamanho total se mantenha dentro do limite m ximo
45. atrav s de uma interface serial e implementada no computador por meio da biblioteca RxTx da linguagem Java A comunica o entre o arduino e o m dulo por sua vez realizada atrav s do protocolo SPI Podemos visualizar a estrutura da esta o base na figura 17 42 Esta o Base Java RxTx API Arduino M dulo RF Figura 17 Diagrama estrutural da esta o base Como pode ser visualizado na figura 18 o centro controlador do rob a placa Freescale Freedom Board Ela respons vel por tratar os dados da c mera de linha imple mentar o algoritmo de controle controlar o driver dos motores DC e controlar a dire o do servomotor do rob para realizar curvas Tamb m est conectada a um m dulo RF que se comunica de forma unidirecional com da esta o base e capaz de receber comandos vindos da base O envio dos dados dos sensores de efeito hall para a esta o base realizado atrav s de um Arduino que contabiliza os pulsos e transmite de forma unidirecional e cont nua para a esta o base C mera de Linha Driver dos Motores DC Sensores de Efeito Hall Servomotor Arduino Freescale Freedom Board M dulo RF M dulo RF eas oe ee dano Sena nad SS En ee EDS EFE H Figura 18 Diagrama estrutural do rob 43 Esta o base 5 1 Diagrama de Sequ ncia O diagrama de sequ ncia visualizado no ap ndice C e presente no cd que cont m a documenta o in
46. atual exibindo a aba de visualiza o da imagem da c mera de linha aa a a Painel de visualiza o de informa es do trajeto atual exibindo a aba de do log pass pa et eR we pad Oe ee DR CE Mensagem de envio de leituras o a Diagrama de comunica o do Carro 2 bi eR eR Ee OE Diagrama de comunica o da esta o base Diagrama de e estados do Arduino Diagrama simplificado do sistema de comunica o do projeto Cano Montado cw oe oe ds Es MES Qu Gde Gu A A Configura o dos pinos do MPU 6050 G vs sea Modula MPU ces 225064 Haw spa oe ROM See E OSS Diagrama de blocos recede attan Rha a MRR HERA Protocolo de escrita de bytes no m dulo MPU 6050 Protocolo de leitura de bytes no m dulo MPU 6050 Configura o do DLPF no m dulo MPU 6050 Registrador de leitura do aceler metro Camera Linba 2 E AA e A do GD SM Ondas em rela o do DEMpO os e tes Sa da camera com a faixa preta no Centro Sa da camera com a faixa preta a direita oo 4 EA E RNA wd Sa da camera com a faixa preta a esquerda 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Sa da camera imprimind
47. ca o Requisito Especifica o Transmitir dados entre o rob e a esta o base M dulos de comunica o com um alcance m nimo de 20 metros e taxa de transmiss o maior que 10Kbps capazes de operar em modo full duplex Ser compat vel com a placa controladora M dulos com interfaces de comunica o CAN I2C ou SPI Fonte Autoria propria 3 1 3 Requisitos do Sistema Embarcado Na tabela 6 estao presentes os requisistos do sistema embarcado Tabela 6 Tabela contendo os requisitos e especifica es do sistema embarcado Requisito Especifica o Controlar dois motores DC Capacidade de gerar ao menos 2 pulsos dis tintos de PWM com duty cycle program vel presen a de um driver de motor DC Ponte H dupla Controlar dois servomotores Capacidade de gerar 2 pulsos PWM com frequ ncia de 50Hz e com largura de pulso de 1 a 2 ms Fonte energ tica com autonomia de ao me nos 30 minutos Bateria de 7 2V e 2000mA Capacidade de monitorar a posi o veloci dade e orienta o do rob Capacidade de intera o com um encoder de quadratura um aceler metro e um gi rosc pio e com sensores infravemelho Capacidade de tratar os dados da c mera de linha Presen a de um ADC com resolu o m nima de 8 bits Disponibilidade de componentes em ter rit rio nacional Os sensores o microcontrolador e o m dulo de comunica o sem fio ser
48. campo indicando o valor do PWM no modo autom tico Deslizando o slider de movimenta o manual ati vada a fun o manualPWMSliderStateChanged para identificar o deslizamento e a fun o manualPWM Text Box set Text para alterar o texto do campo indicando o valor do PWM no modo manual Para a movimenta o do rob no modo manual s o acionadas as fun es do software referentes a cada bot o As fun es de actionPerformed frontButton ActionPerformed right ButtonActionPerformed leftButton ActionPerformed e backButtonActionPerformed geram o evento para movimentar o rob para frente direita esquerda e tr s respectivamente Ap s o evento ser gerado fun o manualCommand envia a classe Messenger todas as configura es referentes a a o do rob como ngulo valor do PWM entre outros e a fun o sendMessage envia via serial a mensagem formada mensagem esta que ser enviada diretamente ao rob Quando o usu rio clica no bot o de habilitar movimenta o autom tica o software ativa a fun o EnableManualMovement para desabilitar o modo manual passando como par metro um valor falso para a fun o assim desabilitando ela e atrav s da fun o au tomaticMode que passa como par metro um valor verdadeiro j que desejado ativar o modo autom tico passa para a classe Messenger a informa o de habilitar movimenta o autom tica seguindo o mesmo caminho dos comandos manuais explicados acima Na classe Messenger
49. custo previsto em componentes No decorrer do projeto foi necess rio adicionar mais um item a lista o sensor de efeito hall devido a mudan a do encoder utilizado Isso fez com que o custo se elevasse levemente Por m n o ficou longe do programado como visto na tabela 21 A quantidade de horas trabalhadas e o custo total tabela 2 n o se alteraram Tabela 21 Tabela de custos dos componentes atualizada do projeto Quantidade Componente Custo Estimado 1 Kit de desenvolvimento Freescale R 292 00 Placa de desenvolvimento MPC5604B Chassi do carro Servomotor Futaba S 3010 Ponte H dupla com m x 5A C mera de linha TAOS 1401 2 Encoder R 40 50 1 Aceler metro e girosc pio MPU 6050 R 50 00 1 Bateria VEX 7 2V 2000mA R 89 00 2 M dulo RF nRF24L01 R 20 00 1 Placa de suporte de acr lico R 30 00 1 Fabrica o da PCB de interfaceamento R 100 00 1 Placa de LEDs R 60 00 2 Sensor de efeito hall R 30 00 Custo Total R 711 50 4 9 Conclus es 9 1 An lise do desenvolvimento Ao longo do desenvolvimento do projeto a equipe encontrou algumas dificuldades no aspecto gerencial na escassez de tempo para conclus o das tarefas e no desenvolvimento t cnico a seguir relatadas A aus ncia de uma comunidade de suporte e de solidez bem como de informa o sobre a plataforma de desenvolvimento adotada Freescale Freedom Board KL25Z que uma novidade no mercado dificultou a
50. de para efetuar o trajeto da pista 10 e O rob dever conter os seguintes sensores instalados um aceler metro um girosc pio encoders nas rodas uma c mera de linha e O rob dever ser capaz de transmitir as informa es adquiridas pelos sensores para uma esta o base localizada a menos de 30m de sua posi o utilizando um m dulo de transmiss o Wireless e O rob dever ser capaz de receber e interpretar comandos que alterem sua orienta o e sua velocidade 1 3 2 Objetivos do Software da Esta o Base e O software dever plotar para o usu rio a trajet ria estimada percorrida pelo rob utilizando para isto informa es dos sensores que o carro possui O software dever fornecer ao usu rio a op o de enviar comandos que alterem a dire o e a velocidade do carrinho possibilitando o controle remoto do rob pelo usu rio O software dever indicar para o usu rio a velocidade do carro e a estimativa de sua orienta o O software dever mostrar para o usu rio o status da conex o com o rob e alertar em caso de falha na conex o O software dever alterar o modo de funcionamento do carro possibilitando a troca entre modo aut nomo e modo controlado por usu rio 11 2 Planejamento 2 1 Premissas e Restri es 2 1 1 Premissas Ser o especificadas nesta se o as premissas adotadas pela equipe para o desenvol vimento do projeto e Todos os componentes necess rios kit de desenvolviment
51. dica todas as a es feitas pelo usu rio e pelo rob e a sequ ncia de cada uma das fun es e em qual ordem elas s o acionadas dentro do software Primeiramente permitido ao usu rio atualizar uma porta serial ou conectar em uma porta serial Quando o usu rio clica no bot o de atualizar as portas seriais o software da esta o base ativar a fun o serialSerachButton ActionPerformed para identificar que o bot o foi acionado a fun o findPorts para procurar no computador portas seriais dispon veis e a fun o serialComboBox add para listar as portas seriais dispon veis Quando o usu rio clica no Bot o do conectar com a porta serial o software de esta o base ativar a fun o connect para iniciar a conex o com a porta serial selecionada Tendo conex o com a porta serial realizada os bot es de controle sobre o rob s o habilitados pela fun o enableAll Com a porta serial estabelecida o software adiciona a classe SerialPort a classe Parser que respons vel por receber informa es via serial e tamb m inicializa a classe Messenger que tem como objetivo enviar informa es via serial O software ter um slider para controlar o PWM do rob sendo um slider para a movimenta o autom tica e outro para o modo manual Ao deslizar o slider de movi menta o autom tica ativada a fun o autoP WMSliderStateChanged para identificar o deslizamento e a fun o autoPWM TextBox set Text para alterar o texto do
52. do Arduino do Sistema Embarcado Inicio Inicializa o m dulo RF e todos os sensores acoplados no arduino Espera Sincro niza o Espera receber um pacote de sincroniza o Envia Dados Dos Sensores Ap s receber um pacote de sincroniza o passa a enviar os dados de todos os sensores a cada 50ms 52 Iniciar do inicializaRF do numeroRetrans O Confere Instru o Software Confere Fila Mensagem E ES Erro do Tx Mode RX DR 1 Recebe Dados Sensores do RX DR 0 numeroRetrans 15 ACK 0 Ts Espera ACK Figura 27 Diagrama de comunica o da esta o base Espera ACK Ap s enviar o pacote espera o recebimento de um ACK Retransmite Dados Sensores Caso n o tenha recebido nenhum ACK retransmite o pacote via RF Espera 50ms Espera durante 50 milisegundos antes de enviar outro pacote via RF Como acoplar o arduino no carro foi uma solu o repentina seu protocolo de comunica o n o foi completado enviando somente a cada 50ms o valor dos sensores Caso ocorra algum problema durante o envio o arduino deve ser resetado 6 4 Mudan a no Sistema Embarcado A equipe teve s rios problemas no desenvolvimento da comunica o O maior pro blema foi em rela o comunica o do Sistema Embarcado o carro com a Esta o Base Quando o computador envia um pacote para o carro este recebe e interpreta a mensagem e interpreta corretamente m
53. do clock a tens o de sa da varia de acordo com o proximo pixel a ser enviado Quanto menor a tens o mais escuro foi o resultado Ao fim dos 128 pixels a sa da volta para zero Para entermos melhor podemos analisar a Figura 39 retirada do datasheet que mosta as ondas em rela o ao tempo H algumas coisas importantes a serem observadas Enquanto SI estiver em alta necess rio que um pulso de clock v para alto Como usa um detector de borda de subida SI ser detectado como alto durante a mudan a e assim se dara inicio a medi o e necess rio que SI esteja em baixa antes da leitura come ar O tempo total de leitura s o 129 ciclos do clock Um para a detec o do SI e um para cada pixel Ap s 18 ciclos de clock come a a integra o e s termina quando Si ativado nova mente 7 2 2 Integra o A integra o um conceito muito importante Durante o tempo de integra o a luz amostrada e a energia acumulada em cada capacitor cada pixel tem um capacitor A integra o ocorre depois de 18 clocks e vai at um novo sinal de SI Um n mero de 129 clocks 61 TYPICAL CHARACTERISTICS e UUUUUUUUUUUUUUUULUUUUUUUUUUU si tat 18 Clock Cycles gt lt tim gt Hi Z Hi Z J ne oe E A FA 25V ov tsu Si lt gt ris 5 5 50 4 gt e hM Figura 39 Ondas em rela o ao tempo d
54. do por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 24 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Problemas referentes a implementa o do N Identifica o protocolo de rede sem fio 1 Descri o do risco Podem ocorrer problemas t cnicos na utiliza o dos m dulos de 00 munica o sem fio usados para prover a intera o entre o rob e a esta o base 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto e 4 m dio alto o3 m dio o 2 m dio baixo ol baixo Problemas t cnicos na comunica o podem atrasar o andamento das tarefas e caso n o sejam solucionados at a data de entrega inviabilizam o projeto Probabilidade o 5 alto e 4 m dio alto o 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A equipe n o possui conhecimento pr vio sobre m dulos de comunica o nem sobre formas de implementa o da comunica o 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Escolher um m dulo de comunica o que seja f cil de trabalhar e que seja bem documentado Impacto reavaliado 3 m dio Probabilidade reavaliada 3 m dio Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Crono
55. e Antena 2 do m dulo Pino 16 IREF Refer ncia para corrente conecta um resistor de 22k para no terra A placa com o chip soldado possui 8 pinos dispon veis sendo esses pinos j descritos acima e pode ser visualizada na figura 45 Os pinos CSN SCK MOSI e MISO s o os pinos referentes a comunica o SPI do m dulo IRQ o pino de interrup o CE o chip select e VCC e GND s o os pinos de alimenta o e terra respectivamente Figura 45 M dulo nRF24L01 Funcionamento O m dulo possui quatro estados b sicos de opera o o modo Power Down Standby modo TX e modo RX O modo Power Down inicializado quando uma tens o igual ou maior que 1 9 Volts alimenta o circuito Nesse modo o m dulo estar desativado consumindo o m nimo de corrente mas mantendo a comunica o com os registradores via SPI ativada O Power Down ativado quando um bit chamado PWR UP configurado como zero O modo Standby tamb m consume pouca corrente mas mant m parte do cristal oscilador ativo Ap s o m dulo enviar ou receber algum dado ele retorna para o modo Standby esperando outra ativa o O modo standby ativado quando o bit PWR_UP configurado como 1 e o bit CE configurado como zero O modo RX ativo quando o m dulo configurado para receber um dado Nesse modo o transceiver demodula o sinal do canal RF procurando por um pacote que seja v lido Se o pacote v lido passando por um protocolo de identifica o do pacote o
56. ecas 30 Objective C C Visual Basic e Delphi foram descartadas por n o serem voltadas para o desenvolvimento multi plataforma Tabela 7 Bibliotecas escolhidas para compara o Foi dada prefer ncia a bibliotecas independentes de plataforma e indicado caso contr rio Linguagem Comunica o Serial GUI Desenho 3D C Boost Asio FLTK OpenSceneGraph C utilizando Qt Suporte nativo Suporte nativo Qt3D Java RXTX Suporte nativo Java3D Python pySerial Tkinter Pivy Todas as linguagens comparadas possuem bibliotecas para todas as tarefas e todas as plataformas de desenvolvimento sendo portanto segundo esses crit rios igualmente ade quadas as necessidades do projeto Com a venda do Qt da Nokia para a Digia 0 formato de licenciamento do SDK foi alterado e embora as vers es antigas sejam disponibilizadas pela GPL e LGPL as vers es mais recentes est o sendo disponibilizadas apenas com uma licensa comercial o que se mostra uma grande desvantagem em rela o s demais por que o suporte futuro da linguagem incerto Devido a estes fatores como a equipe tem uma experi ncia maior com a linguagem e as bibliotecas do Java esta linguagem foi escolhida trabalhar para desenvolver o Software de alto n vel na esta o base de forma a acelerar o processo de desenvolvimento 3 3 2 Sistema Operacional Como a linguagem de programa o escolhida foi Java o processo de trabalho se torna independente do sis
57. etade do semestre mais especificamente na entrega do terceiro entreg vel Outro gerente foi escolhido sendo este o gerente atual da equipe Esta troca atrapalhou muito a equipe na parte de organiza o do cronograma visto que o gerente anterior n o atualizava o mesmo Apesar de todos os problemas enfrentados pela equipe chegou se a um rob funci onal capaz de ser controlado manualmente e capaz de percorrer a pista de forma aut noma utilizando a c mera A comunica o bidirecional foi estabelecida utilizando um microcontro lador e m dulo RF adicionais e os encoders foram substitu dos por um sensor de efeito hall o que solucionou os dois principais desafios da equipe O mapeamento tamb m foi realizado utilizando dados do girosc pio e do sensor de efeito hall A equipe n o teve nenhum outro problema referente ao planejamento de riscos sendo a c mera o aceler metro girosc pio e outras tarefas realizadas dentro do prazo 75 9 2 Trabalhos futuros Apesar de a equipe julgar a execu o do projeto satisfat ria existem muitos pontos que poderiam ser abordado por equipes futuras na disciplina para a melhoria deste projeto Podemos destacar entre eles a implementa o de uma comunica o bidirecional utilizando somente dois m dulos RF que era o plano inicial do projeto mas que n o foi executado devido a problemas t cnicos Outro campo com grande potencial de melhora o controle autom tico do rob Neste projeto implemen
58. evem ocorrer antes de um novo ciclo de leituras Mas n o necess rio que logo ap s os 129 clocks ocorra um novo ciclo Pode se esperar at 100 ms at uma nova leitura Esse tempo muito importante pois quanto mais tempo deixado maior a sa da no proximo ciclo Isso pode ser usado em ambientes com baixa luminosidade O tempo de integra o pode ser obtido com a seguinte f rmula T 1 freq n 18 20 Sendo n o n mero de pixels e freq a frequencia do clock Para o caso da nossa equipe temos como frequ ncia 5952 HZ e 128 pixels Substi tuindo na equa o temos T 1 5952 128 18 20 T 18500us 18 5ms 7 2 3 Testes Utilizando um oscilosc pio e uma folha com uma faixa preta foram feitos testes com a c mera de linha As Figuras 40 41 e 42 mostram o resultado O resultado dos testes foi muito bom podemos ver claramente onde est localizada a faixa preta Para complentar esse teste foi feito um teste diretamente com a placa KL252Z Ao inv s da sa da ser colocada no osciloscopio medimos e para valores altos imprimimos o n mero um e para valores baixos imprimimos o n mero nos testes utilizamos o separador 62 Figura 40 Sa da camera com a faixa preta no centro RR Figura 41 Sa da camera com a faixa preta a direita 0 9 para claro e escuro Para tr s leituras consecutivas podemos ver o resultado na figura 63 Figura 42 Sa da camera
59. grama ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 25 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Danos ou extravio da placa de desenvolvi N Identifica o mento 12 Descri o do risco Ocorr ncia de danos placa de desenvolvimento que a inutilizem ou o extravio da mesma 2 etapa Avalia o do Risco Impacto e 5 alto o4 m dio alto o3 m dio 02 m dio baixo ol baixo A placa de desenvolvimento o n cleo controlador do rob e sem d vida o componente mais cr tico do projeto Sem ele nenhum desenvolvimento no rob poss vel tanto na parte de sensores quanto na parte de atuadores e comunica o Sem esta placa certamente ter amos um atraso no cronograma Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto o 3 m dio e 2 m dio baixo o 1 baixo A possibilidade da ocorr ncia de danos placa de desenvolvimento real e maximizada por precisarmos transportar o carrinho rotineiramente 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Emprestar ou comprar outra placa de desenvolvimento como backup Evitar o transporte do carrinho quando poss vel Mitigar Pedir a outro membro da equipe que inspecione o circuito constru do antes da alimenta o da placa Impacto reavaliado 4 m dio alto ado
60. gulo fixo de deslocamento das rodas dianteiras Configura Valores Configura o valor ou um novo valor caso tenha sido chamado posteriormente de PWM para o carro e configura quantas leituras a c mera ir fazer do inicializaRf do inicializaPWM do inicializaCamera MODO MANUAL Modo Controle Automatco Modo Controle Manual CONFIGURACAO COMANDO MANUAL Configura Valores do configuraPWM do configuraLeiturasCamera MODO AUTOM TICO Executa Comando Manual do configuraPWM Figura 26 Diagrama de comunica o do Carro A figura 27 representa os poss veis estados que a esta o base pode assumir Iniciar Primeiro iniciado o m dulo RF que servir para enviar e receber Confere Instru o Software Confere se chegou alguma instru o via serial Confere Fila Mensagem Confere se chegou alguma mensagem pelo RF Envia Comando Se chegou alguma instru o pelo serial envia essa instru o por RF para o carro Espera ACK Ap s enviar um pacote espera para receber um ACK Caso n o receba um ACK reenvia o comando via RF at um limite de tentativas Erro Se n o chegar nenhum ACK dentro do n mero m ximo de retransmiss es retorna uma mensagem de erro e volta a conferir se chegou alguma instru o via Serial Recebe Dados Sensores caso tenha chego algum pacote via RF recebe esse pacote e envia por serial para o software A figura 28 representa o diagrama de estados
61. gurada em 2g 4g 8g ou 16g 6 O m dulo possui registradores para auto teste al m de registradores espec ficos para interrup o Alguns pinos ou interfaces n o foram utilizadas no projeto e portanto n o ser o detalhadas nesse documento 57 8 406 Slave 12C and 2 ADO SDO interrupt Status Register SCL SCLK SDA SDI Reg Registers Ea Pes 14 esync CPOUT vod GND REGOUT VLOGIC Figura 33 Diagrama de blocos 6 Escrita de Bytes Na escrita primeiramente o Master envia um bit para inicializar a comunica o bit de start condition seguido do endere o 7 bits do m dulo com quem se deseja comunicar 0x68 O oitavo bit desse endere o deve ser um bit de escrita bit 0 representando que o Master deseja escrever no m dulo Ap s o retorno do ACK do dispositivo Slave o Mestre envia o endere o do registrador a qual deseja escrever e passa a enviar o valor que se deseja escrever naquele registrador A figura 34 ilustra o protocolo de escrita da interface PC no m dulo Pd ad E Mp Figura 34 Protocolo de escrita de bytes no m dulo MPU 6050 Leitura de Bytes Para leitura o mestre deve inicialmente seguir os mesmos procedimentos da escrita O mestre envia um bit de start condition seguido do endere o 7 bits 0x68 do m dulo sendo o oitavo bit representado por um bit de escrita 0 informando que o mestre deseja escrever no m d
62. igurado pelo registrador 1C 28 onde os bits 3 e 4 s o configurados como zero para selecionar a escala de duas gravidades O m dulo ainda precisa ser configurado para utilizar um clock externo ou interno Como padr o o sensor vem configurado para utilizar um clock interno de 8MHZ que utiliza menos consumo O datasheet do m dulo MPU 6050 aconselha utilizar o clock interno referente a um eixo do girosc pio clock que referencia ao eixo X Y ou Z ou um clock externo ao sistema para aumentar a estabilidade Para isso preciso configurar os tr s primeiros bits do registrador Power Management 1 registrador 6B como 1 utilizando o eixo X do girosc pio como refer ncia Esse mesmo registrador utilizado para retirar o m dulo da configura o de sleep durmindo selecionando o bit 6 do registrador como zero A ultima configura o feita no sensor foi a sincroniza o da sa da do aceler metro e do girosc pio O aceler metro possui uma velocidade de sa da de 1kHz enquanto o girosc pio pode variar dependendo da configura o utilizada A sa da do girosc pio permanece em 1kHz quando o DLPF Digital Low Pass Filter n o est configurado em zero ou seja quando ele est ativo Entretanto quando o DLPF est ativo ocorre um delay atraso na sa da dos dados por conta da filtragem ocorrida A figura 30 ilustra a varia o ocorrida com o DLPF Ao desabilitar o DLPF com o objetivo de contornar esse delay a sa da dos dados do giro
63. ilidade o 5 alto o 4 m dio alto e 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A aus ncia de comunica o o padr o caso n o haja medidas que impe am que isso ocorra Consideramos ent o razo vel a chance de termos um problema de comunica o na equipe 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Dividir o grupo em subgrupos de mais de um integrante para que haja uma cobran a entre o pr prio subgrupo descentralizando o papel do gerente como controlador exclusivo do desenho das tarefas e gerando uma maior comunica o entre o grupo Mitigar Realizar reuni es semanais que obriguem a cada integrante a fornecer um panorama geral das atividades executadas na semana anterior e das dificuldades encontradas Obrigar os integrantes a manterem um hist rico di rio das atividades desenvolvidas Impacto reavaliado 2 m dio baixo ER Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 17 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco N o cumprimento do prazo para a entrega N Identifica o da tarefa 4 Descri o do risco O prazo determinado pelo gerente para entrega de determinada tarefa excedido 2 etapa Avalia
64. ino para KL25Z funcionou perfeitamente A comunica o Serial de volta carro para arduino n o funcionou e a equipe chegou a outro impasse Para continuar o desenvolvimento do projeto pois a equipe perdeu mais tempo com esse problema os professores sugeriram passar os sensores MPU 6050 e o Sensor de Efeito Hall para o arduino e este serviria somente para enviar o valor dos sensores para a Esta o Base Assim o Arduino Uno foi acoplado ao carro com outro m dulo RF totalizando tr s m dulos de comunica o um m dulo da Esta o Base um m dulo na placa KL25Z para receber os comandos do carro e um m dulo no Arduino Uno para enviar os dados dos sensores para o computador O diagrama de blocos em alto n vel do projeto foi alterado ao adicionar o arduino Podemos visualizar a nova estrutura do sistema de comunica o na figura 29 Esta o Base Rob M dulo RF Arduino Uno Arduno Mega M dulo RF M dulo RF Figura 29 Diagrama simplificado do sistema de comunica o do projeto Ack n o recebido Ts ms 54 T Sistema embarcado Na figura 30 temos uma foto do carro montado com todos os sensores e componen tes que ser o explicados a seguir acoplados Figura 30 Carro montado 7 1 MPU 6050 7 1 1 M dulo MPU 6050 O m dulo MPU 6050 cont m um aceler metro digital de 3 eixos e um girosc pio de 3 eixos al m de conter um sensor de temperatura integrado ao dispositivo O
65. l exibindo a aba de visualiza o da imagem da c mera de linha Figura 24 Painel de visualiza o de informa es do trajeto atual exibindo a aba de visualiza o do log 48 6 Sistema de comunica o Foi projetado um protocolo de comunica o entre os m dulos nRF24L01 utilizando um payload est tico de 32 bytes Foram tomadas medidas para garantir caso n o haja falhas de comunica o o recebimento do payload utilizando um protocolo para a recupera o de erros Tamb m foi projetado o formato das mensagens 6 1 Troca de Mensagens Tomando como base o protocolo Enhanced ShockBurst do m dulo nRF24L01 foi projetado um protocolo de troca de mensagens onde a princ pio a esta o base faria o controle total da comunica o Para isso a esta o base sempre inicia a comunica o enviando um comando ou enviando uma requisi o caso deseje receber dados do Sistema Embarcado Assim o carro iria permanecer no estado de recebimento de pacotes e caso recebesse um comando para enviar dados dos sensores para a Esta o Base comando este enviado pela Esta o Base ele passaria para o estado de envio Por m o grupo teve dificuldades no desenvolvimento da comunica o Sendo que foi necess rio adionar outro microcontrolador para enviar os dados dos sensores para a Esta o Base t pico este que ser discutido adiante O protocolo foi alterado para incluir outro microcontrolador Arduino que foi acoplado ao carro junto
66. ld decidimos por uma op o mais compacta um nico chip L298N que cont m duas ponte H integradas capazes de suprir a pot ncia necess ria para o funcionamento em capacidade m xima dos motores Como os motores DC s o cargas indutivas eles armazenam energia e resistem varia o de corrente Caso haja uma varia o brusca de corrente como no caso de um desligamento da ponte H previamente ativa os motores ir o gerar um pico de tens o que pode danificar o driver causada pela corrente de flyback Para evitar danos utilizamos diodos de prote o 1N4007 entre os motores e a fonte de pot ncia que ficam ativos em casos de sobretens o fazendo com que a fonte absorva todo ru do gerado e proteja o driver dos motores O esquem tico do circuito projetado pode ser visualizado na figura 50 e o projeto em circuito impresso do circuito pode ser visualizado na figura 49 Er am RES Da WF UUs E 2 Haug ila uu naem Fonte Autoria pr pria Figura 49 Circuito Impresso do Driver dos Motores 69 Ras Fonte Autoria pr pria Figura 50 Esquem tico do Driver dos Motores 7 5 Sensor de efeito Hall Devido a impossibiliddade de utiliza o o encoder no carro utilizamos o sensor de efeito hall A perda de precis o relativamente grande Ao inv s de 100 pulsos por v
67. le dos dados O m dulo pode enviar de 1 at 2 Mbps mega bits por segundo e possui modos de baixa corrente e baixo consumo O m dulo funcionado com uma tens o de entrada de 1 9 at 3 6 Volts possui pinos de RX e TX sendo m dulo duplex possui um cristal de 16 MHz pode enviar at 32 bytes por pacote e pode funcionar como modo multiceiver recebe dados de v rios m dulos 7 Estrutura A estrutura do m dulo funciona baseado no protocolo SPI e as fun es de cada pino do chip podem ser visualizadas na figura 44 onde mostra cada pino separadamente Os pinos descritos como VSS s o a refer ncia para o terra do m dulo e os pinos descritos como VDD s o as tens es de alimenta o do m dulo que podem variar de 1 9V at 3 6V em n vel DC CE nRF24L01 SCK QFN20 4X4 MOSI IRQ VDD vss XC2 XC1 Fonte Adaptado de NORDIC 2008 Figura 44 Estrutura do m dulo nRF24L01 05 Pino 1 CE Pino que seleciona se o m dulo estar no estado TX enviando ou RX recebendo Pino 2 3 4 e 5 CSN SCK MOSI e MISO Pinos para utilizar o protocolo de comunica o SPI onde CSN o chip select SCK o clock MOSI e MISO s o os barramentos de dados Pino 6 IRQ Pino de interrup o do m dulo Pino 9 e 10 XC2 e XC1 Pinos de entrada do cristal oscilador de 16 MHz Pino 11 VDD PA Tens o 1 8V interna do m dulo direcionada para um amplificador devendo ser ligada aos pinos ANTI e ANT2 Pino 12 e 13 ANTI e ANT2 Antena 1
68. leitura RX FIFO 3 O m dulo passa para o modo TX e envia um ACK 4 Caso o bit CE seja desativado o m dulo passar para o estado standby e espera outras instru es Formato do Pacote O formato do pacote enviado pode ser visualizado na figura 47 Preamble 1 byte Address 3 5 byte Packet Control Field 9 bit Payload 0 32 byte Fonte Adaptado de 7 Figura 47 Formato de pacote no protocole Enhanced ShockBurst O preamble serve para detectar os n veis de 1 s e 0 s no receptor assim tendo como obejtivo estabiliza o e servindo para garantir que existam transi es suficiente Ele pode ser configurado com 1 byte possuindo dois valores somente 10101010 ou 01010101 O Address o endere o do m dulo e serve para garantir a chegada do pacote no m dulo apropriado Pode ser configurado como 3 4 ou 5 bytes Logo o endere o uma continua o do Preamble e completa o mesmo Quando um pacote enviado enviado com o primeiro valor do preamble e o endere o O pr ximo pacote ser enviado com o segundo valor de preamble e o mesmo endere o e assim sucessivamente O Packet Control Field possui 9 bits onde os seis primeiros bits configuram o tamanho do dado ou payload que ser enviado Esse tamanho pode variar entre O bytes at 32 bytes Os pr ximos dois bits referenciam o ID do pacote ou identifica o do pacote Eles servem para detectar se o pacote recebido novo ou retransmitido assim prevenindo que ocorram dados
69. m dulo coloca esse pacote em uma fila denominada FIFO e l os dados desse pacote Caso a fila esteja cheia o pacote descartado O modo RX ativado quando o bit PRIM RX configurado como 1 e CE est ativado O modo TX ativo quando o transceiver configurado para enviar um dado O m dulo permanece nesse estado at terminar de enviar o pacote O m dulo pode voltar para o estado standby e espera outra ativa o ou passar para o estado standby 2 descrito a seguir O modo TX ativado quando o bit PRIM RX configurado como zero CE est ativado Existe um quinto estado do m dulo denominado standby 2 O m dulo passa para este estado quando a fila de envios TX FIFO est vazia e CE est ativado Isso representa que o m dulo est esperando um pacote ser formado para enviar Logo quando um pacote est pronto para envio o m dulo passar do estado standby 66 2 para o modo TX e caso o bit CE continue ativado e fila volte a ficar vazia o m dulo retorna para o estado de standby 2 A figura 46 demonstra todos os estados do m dulo e o tempo de espera para a transi o de cada estado Possible path between operating modes Pin signal condition rem mer Bit state condition TXAWOemety System information 0 TX FIFO empty TX FIFO not empty CE 1 TX FIFO empty Fonte Adaptado de 7 Figura 46 Transi o de estados do m dulo 7 3 3 Protocolo Enhanced ShockBurst um protocolo de comunic
70. ma de 2hrs Ter 10 09 13 Ter 10 09 13 111 casos de uso 60 az Criar m quina de 8hrs Qua 11 09 13 Qui 12 09 13 59 estados 61 ag Criar diagrama de 2hrs Sex 13 09 13 Sex 13 09 13 60 fluxo de dados 62 ag Implementar o 8hrs Sex 13 09 13 Qua 18 09 13 59 60 61 software embarcado 63 Ea Sistema de comunica o 44 hrs Qua 07 08 13 Qua 28 08 131 64 AS RF 25 hrs Qua 07 08 13Sex 16 08 13 65 3 Estudar m dulo RF 4 hrs Qua 07 08 13 Qui 08 08 13 108 66 VB Estudar protocolo RF 8hrs Qui 08 08 13 Ter 13 08 13 65 67 az Implementar 8hrs Ter 13 08 13 Qui 15 08 13 65 66 comunica o RF no carro 68 fa 3 Implementar 4 hrs Qui 15 08 13 Sex 16 08 13 65 66 67 comunica o RF na esta o base 69 fa Testar a comunica o 1hr Sex 16 08 13 Sex 16 08 13 67 68 entre os RF 70 VB Definir protocolo de 8hrs Ter 13 08 13 Qui 15 08 13 66 comunica o 71 3 Implementar o protocolo 16 hrs Qua Qua 70 de comunica o no carro 21 08 13 28 08 13 72 ag Fazer o parser para 8hrs Qua 21 08 13 Qui 22 08 13 70 114 interpretar as mensagens recebidas 73 fa Implementar fun es 8 hrs Sex 23 08 13 Qua 28 08 13 70 72 para o envio de dados 74 ES Implementar o protocolo 13 hrs Sex 16 08 13 Qui 22 08 13 70 de comunica o na esta o base 75 ag Instalar uma biblioteca 1 hr Sex 16 08 13 Sex 16 08 13 87 para a comunica o serial 76 ag Fazer um parser para 4hrs Sex 16 08 13 Ter 20 08 13 70 75 interpretar os dados recebidos 77 ES Criar m todos para 4 hrs Qua 21 08 13 Qua 21
71. o 1 para claro e O para escuro o oo 63 do modulo nRF24LOI 4 sis g ee ek wee eee ee G a el 64 Modulo 28 ees eR e e a a a S 65 Transi o de estados do M dulos sc pregos paes 66 Formato de pacote no protocole Enhanced ShockBurst 67 Formato do Packet Control Field no pacote 67 Circuito Impresso do Driver dos Motores oa a 68 Esquem tico do Driver dos Motores a a 69 Sensor de efeito hall acoplado ao carro TO Pinos dispon veis na placa 26 2662 ee ee ee eR Ee 71 sas ears oe eh aces Bee ew Bete 72 Diagrama de s ess acy pea piae eiae E Ta Rd a 84 Lista de Tabelas NO WMH 10 1 12 13 14 15 16 tr 18 19 20 21 Tabela de custos dos componentes do projeto ooo a a Tabela dos custos com m o de obra do projeto ooo oa a Principais etapas do projeho s sa SEG ta u ad waaa Dorea a wa Tabela com os requisitos e especifica es da esta o base Tabela com os requisitos e especifica es do sistema de comunica o Tabela contendo os requisitos e especifica es do sistema embarcado Bibliotecas escolhidas para compara o Foi dada prefer ncia a bibliotecas independentes de plataforma e indicado caso contr rio Tabela comparativa dos modulos de comunica o osoo o a
72. o Freescale sensores e outros componentes eletr nicos e mec nicos estar o nas m os da equipe at o dia 30 de julho de 2013 e Durante o per odo no qual a equipe ainda n o tiver obtido e montado o kit ou ent o caso este seja extraviado durante o desenvolvimento do projeto teremos acesso a outro rob Freescale emprestado por uma equipe que j participou da competi o em anos anteriores e equipe possui os conhecimentos e habilidades necess rios para a realiza o do projeto ou ent o possui a capacidade de adquirir tais habilidades e conhecimentos a tempo de realizar o projeto 2 1 2 Restri es Ser o especificadas nesta se o os motivos que podem limitar as possibilidades de escolha da equipe para o projeto e O tempo dispon vel para a etapa de execu o do projeto de apenas 10 semanas do dia 31 07 2013 ao dia 09 10 2013 A data de prazo final inegoci vel O custo m ximo de componentes para o projeto de 900 reais O ambiente pelo qual o rob ir se deslocar ser uma pista nos moldes da competi o copa Freescale O comprimento das diagonais da pista n o ser maior que vinte metros e O ambiente onde a pista estar ser iluminado com uma luminosidade equivalente a ao per odo diurno de um dia O rob utilizar apenas os dados da c mera As informa es dos outros sensores ser o utilizadas apenas pela esta o base para estimar o posicionamento do carro 2 2 Custo do Projeto Nesta
73. o Master ou Slave envia pacotes de oito bits contendo a informa o desejada sempre seguido de um ACK Acknowledge bit dizendo se o Slave ou Master recebeu as informa es 6 A comunica o termina quando o Master envia um bit de parada ou stop bit Um exemplo do protocolo de comunica o I C pode ser visto na figura 6 onde SDA o barramento de dados servindo para os dois lados comunica o entre o master e o slave ou comunica o entre o slave e o m ster e SCL o clock da comunica o Figura 6 Protocolo de Comunica o IC 5 36 Encoder Para contar o n mero de rota es de cada motor ser utilizado um encoder Um encoder um dispositivo que l o movimento e transforma em informa o Existem diversos tipos de encoder entre eles o que utiliza a reflex o de sinais Para isso ocorrer um disco com partes transparentes e opacas colocado no motor ao passar pela parte transparente o sinal enviado recebido pelo outro sensor e ao passar na parte opaca e sinal bloqueado Assim poss vel saber por quantos setores o motor girou e dado que o tamanho do disco conhecido podemos saber a rota o do motor Para o nosso problema em espec fico esse um tipo de encoder se encaixa bem j que poder amos utilizar um encoder dentro da estrutura do carrinho acoplando o encoder na roda por m devido a falta de espa o no kit essa op o se tornou invi vel A outra op o seria de colocar na parte extern
74. o de quebra de algum componente Impacto reavaliado 4 m dio alto a Elaborado por Respostas Registros adicionais Data inclu das na Verso ou anexos WBS Cronograma ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 21 1 etapa Identifica o do Risco N Identifica o Denomina o do risco Atraso no recebimento de componentes 8 Descri o do risco Atraso no recebimento de componentes necess rios para a execu o do projeto 2 etapa Avalia o do Risco Impacto e 5 alto o4 m dio alto o3 m dio o2 m dio baixo ol baixo Pode atrasar a execu o de tarefas postergar a familiariza o dos integrantes com os com ponentes necess rios para a realiza o do projeto e atrasar o cronograma Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto e 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo O atraso na entrega de componentes pode ser causado por um atraso na alf ndega problema em correios ou falta de disponibilidade em estoque o que n o s o acontecimentos muito raros 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Obter por empr stimo os equipamentos necess rios para que o desenvolvimento do projeto n o seja totalmente impedido pela falta de componentes Mitigar Encomendar os componentes necess rios para o
75. o do sensor Pino 13 VDD Tens o de alimenta o digital do sensor Pino 18 GND Terra do circuito Pino 20 CPOUT Liga o do capacitor do sensor Pino 22 CLKOUT Sa da de clock do sistema Pino 23 SCL Pino que gera o clock para a conex o PC Pino 24 SDA Pino que transmite os dados para a conex o I C O m dulo que a equipe utilizar no projeto j vem com o sensor soldado na placa Por isso a maioria dos pinos apresentados acima n o foram utilizados no projeto como os pinos AUX DA ou AUX CL e n o ser o detalhados A placa possui oito pinos com espa amento padr o para facilitar a conex o externa com uma protoboard ou placa furada e utiliza somente os pinos mais importantes do sensor enquanto os outros s o ligados diretamente no terra A figura 32 ilustra os pinos do MPU 6050 j soldado na placa Para a liga o do m dulo com o microcontrolador FRDM KL25Z foram utilizados os pinos PTEO e PTEI para conectar os pinos de SDA e SCL do m dulo respectivamente O pinos 5V USB OUT foi usado para alimentar o m dulo enquanto os pinos de GND foi conectado ao GND da placa 56 adendo els B k k ON9 TIS WAS ENE NG zZ 13 o a 16 2 gt 3 g Figura 32 M dulo MPU 6050 7 1 2 Funcionamento do M dulo MPU 6050 Para a implementa o do software alguns registradores foram utilizados para confi gura o dos sensores enquanto outros foram lidos diretamente O funci
76. o que ser utilizado no projeto se deu ao fato de acessibili dade do mesmo O m dulo MPU 6050 figura 5 foi emprestado por um dos professores da disciplina assim diminuindo o custo do projeto Tamb m se deu ao fato de possuir um aceler metro integrado sensor que tamb m ser utilizado no projeto O m dulo possui sa da I2C e ser acoplado ao microcontrolador por meio de uma placa PCB Figura 5 Foto do Girosc pio e Aceler metro MPU 6050 Inicialmente o grupo decidiu usar uma b ssola para captar a varia o de dire o mas a b ssola elevaria mais o custo do projeto visto que estas acabam por ser mais caras que o girosc pio utilizado As b ssolas mais baratas n o atenderiam aos requisitos do projeto 34 pois possuem uma resolu o menor que a pretendida para captar a varia o de dire o do carrinho As especifica es t cnicas do girosc pio MPU 6050 est o listadas na tabela 10 e da b ssola CMPS03 na tabela 11 Tabela 10 Caracter sticas do Girosc pio Caracter sticas MPU 6050 Eixos 3 eixos Escala graus segundo 250 500 1000 2000 Tensao 3 46 V Corrente Max 3 9 mA Corrente Tipica 3 6 mA Low Power 5 pA Dimensoes 22 1 mm X 13 6 mm Prego 15 Dolares Tabela 11 Caracteristicas da Bussola Caracteristicas CMPS03 Resolu o 0 1 grau Tens o 5V Corrente 20 mA Dimens es 32mm X 35 mm Pre o 45 D lares Aceler metro Os
77. o valor dos sensores e colocado nos tr s primeiros bytes no pr ximo instante de 50ms pego outros valores dos sensores e colocado nos pr ximos tr s bytes at a mensagem se completar O ltimo byte do pacote cont m a flag que representa o tipo de mensagem Uma exemplifica o do pacote pode ser vista na figura 25 E eq 1 byte 1 byte Figura 25 Mensagem de envio de leituras 6 2 2 Passagem pela linha de chegada Esse tipo de mensagem enviada pelo sistema embarcado para avisar esta o base que ele passou pela linha de chegada Tabela 17 Mensagem de passagem pela linha de chegada 0x02 N o utilizado N o utilizado 1 byte 31 bytes 6 2 3 Comandos manuais Esse tipo de mensagem enviado da esta o base para o sistema embarcado para fazer o controle manual do carro Tabela 18 Mensagem de envio de leituras 0x04 Tipo de comando PWM ngulo N o utilizado 1 byte 1 byte bitmask 4 bytes 1 bytes 25 bytes O segundo byte indica qual tipo de movimento o carro deve fazer apenas um pode estar ativo por vez 0x01 iniciar movimento para a frente 0x02 iniciar movimento para tr s 0x04 virar rodas para a direita 0x08 virar rodas para a esquerda 0x10 parar 0x20 centralizar roda O resto da mensagem indica a intensidade do movimento e PWM N mero de 0 a 1 indicando a fra o de tempo ativo do PWM para controlar a velocidade do carro e Angulo
78. oPWMTextBox setText String s manualPWMSliderStateChanged Event evt UU UU UUU manualPWMTextBox setText String s J frontButtonActionPerformed Event evt manualCommand Char c rightButtonActionPerformed Event evt sendMessage E E e 4 manualCommand Char I H 4 sendMessage gt leftButtonactionPerformed Event evt E envia mensagem para 0 rob manualCommand Char c sendMessage gt EnableManualMovement boolean value automaticMode Char c1 char c2 envia mensagem para o rob H je sendMessage gt EnableManualMode boolean value automaticMode Char c1 Char c2 envia mensagem para 0 rob e sendMessage gt envia mensagem para o rob serialEvent Event ev sendResult String s serialPort removeEventListener _ fecha o Parser gt serialPort close fecha o Messenger D parseButfer envia leituras gt dackButtonActonPertormed Event evt manualCommand Char 6 senduessage envia mensagem para o rob Figura 54 Diagrama de Sequ ncia
79. olta completa da roda teremos 4 Os im s acoplados na rodas e o sensor pode ser visto na figura 51 Cada pulso ser correspondente a 4 cm de movimento do carro em linha reta 7 6 Modo autom tico No modo autom tico do carro foi feito um algoritmo utilizando os dados recolhidos pela c mera de linha A resposta da c mera um vetor de tamanho 128 com n meros anal gicos de 0 a 1 O algoritmo consiste dos seguintes passos TO Figura 51 Sensor de efeito hall acoplado ao carro Transformar esses numero em 0 ou 1 Onde 1 significa claro e O escuro Identificar a faixa preta na imagem concentra o de zeros Contar o n mero de 1 s a esquerda Contar o n mero de 1 s a direita Tomar decis o Para transformar os valores anal gicos em digitais preciso estabelecer um valor limite que serve de diferenciador entre claro e escuro Esse valor determinando segundo o seguinte crit rio Valor VMAX 0 8 Ou seja igual a 80 do valor m ximo da leitura mais claro da leitura As leituras maiores que esse valor s o consideradas 1 e as menores 0 Vale salientar que esse valor calculado novamente a cada leitura Ap s a convers o a faixa preta pode ser identificada na concentra o de zeros O algoritmo de controle considera dez zeros como a faixa preta Quanto mais deslocada est a faixa preta do circuito mais o servo vai virar intensidade da curva se baseia no numero de 1 s deslocados Outro fator que deve se
80. onamento do m dulo segue o seguinte modelo 1 Cada eixo dos sensores eixos X Y e Z do aceler metro e girosc pio l seu respectivo valor 2 Esse valor anal gico passa por um conversor ADC para converter em digital 3 Ap s a convers o o eixo espera um sinal para enviar esse valor para um registrador apropriado 4 O valor pode ser armazenado ou em um registrador denominado Sensor Register ou em uma fila denominada FIFO First In First Out 5 O m dulo envia esses dados via I C para o Master pela sa da SDA utilizando o clock SCL para sincronizar os dispositivos O diagrama de blocos pode ser visualizado na figura 33 onde mostra o caminho superficial dos dados no circuito O m dulo possui 3 eixos do girosc pio ligados a um conversor ADC Quando o girosc pio rotaciona em um desses eixos uma vibra o pode ser captada pelo sensor Esse sinal resultante amplificado demodulado e filtrado para produzir uma tens o proporcional varia o de ngulo ocorrida O sinal passa por um conversor ADC para cada eixo A escala do girosc pio pode ser configurada em 250 500 1000 2000 graus por segundo 6 J o aceler metro possui 3 eixos tamb m acoplados a um conversor ADC Utili zando um sensor capacitivo interno o aceler metro consegue captar a varia o de gravidade Quando o sensor est parado em uma posi o plana ir medir 0g para o eixo X 0g para o eixo Y e lg para o eixo Z A escala do aceler metro pode ser confi
81. ores A caixa de sele o no canto inferior esquerdo seguido do texto Visu 46 50 Figura 21 Painel de Controle de movimenta o manual do rob aliza o em tempo real ativa ou desativa a visualiza o em tempo real Se a visualiza o em tempo real estiver desabilitada a pista n o ser desenhada em tempo real Plotagem da Pista _ Visualiza o em tempo real Figura 22 Painel de Plotagem da pista No canto inferior direito podemos visualizar o quadro de informa es para o trajeto atual como velocidade atual velocidade m dia orienta o do rob em rela o posi o inicial a visualiza o e a visualiza o do Log direita do texto Velocidade temos a velocidade atual do rob dada em metros por segundo direita disto temos um campo Velocidade M dia seguido da velocidade m dia atual dada em metros por segundo direita disto e como ltima informa o temos o texto Orienta o seguido de um sinal e um valor num rico o sinal indica rota o de um valor em graus no sentido hor rio e o sinal indica rota o de um valor em graus no sentido anti hor rio Neste painel podemos alternar entre a visualiza o da imagem da c mera de linha clicando na aba Visualiza o da C mera ou ver os registros das atividades realizadas na 47 porta serial na aba Ver Log Figura 23 Painel de visualiza o de informa es do trajeto atua
82. r a transfer ncia de dados O Sinal MOSI Master Out Slave In transporta os dados do Master para Slave enquanto o Sinal MISO Master In Slave Out transporta os dados do Slave para Master Cada Slave selecionado por um n vel l gico baixo 0 atrav s da linha CS Chip Select Os dados sobre este barramento pode ser transmitidos a uma raz o de quase zero bits por segundo at 1Mbits s Os dados s o transferidos em blocos 64 de 8bits no qual o bit MSB Most Significant Bit transmitido primeiro AGUIAR et al s d A transmiss o dos dados ocorre da seguinte maneira O Mestre primeiro envia um sinal SCLK para sincronizar os dispositivos O Mestre envia um bit na linha MOSI e o Slave le a mesma linha O Slave envia um bit pela linha MISO e o Mestre le essa linha Quando n o ha mais dados para serem transmitido o Master para alternando seu Clock 7 3 2 M dulo nRF24L01 O m dulo nRF24L01 um sensor transceiver envia e recebe dados que funciona por r dio frequ ncia Ele foi produzido para operar em uma faixa de frequ ncia de 2 4 GHz seguindo as normas da ISM Industrial Scientific and Medical radio bands O m dulo utiliza o protocolo SPI para comunica o utilizando v rios registradores internos para configura o e leitura dos dados NORDIC 2008 Ele utiliza um protocolo de envio e recebimento de dados denominado ShockBurst onde realiza o gerenciamento dos pacotes e respostas al m de possuir uma fila para contro
83. r levado em considera o a velocidade do carro pois quanto mais veloz o carro mais intensa deve ser a curva 71 7 7 Integra o Com todos os componentes funcionando separadamente foi preciso fazer a inte gracao Esse um momento muito importante para o projeto Apesar de parecer simples grandes complica es podem acontecer O primeiro passo foi fazer um levantamento dos pinos utilizados por cada componente E caso componentes estivessem utilizando o mesmo pino fazer uma realoca o Na Figura 52 podemos ver todos os pinos da placa utilizada em nosso projeto Nm a Figura 52 Pinos disponiveis na placa E na Figura 53 temos a lista de pinos utilizados e 0 componente No geral nao tivemos grandes problemas com a integra o O nico contra tempo foi a frequ ncia do PWM utilizada no controle dos motores que precisou ser reduzida pois o pino de sa da n o suportava a frequ ncia anterior Os sensores n o tiveram nenhuma altera o no comportamento ao serem ligados todos ao mesmo tempo Figura 53 PinosUtilizados 72 8 Cronograma e Custo Durante o projeto a equipe teve in meros problemas no desenvolvimento da tarefas e isso acabou impactando a execu o do cronograma Ap s alguns atrasos e trocas de gerente um novo cronograma foi feito levando em conta apenas o tempo que restava e as tarefas que ainda poderiam ser completadas Os cronogramas podem ser vistos no ap ndice Na tabela 1 vimos o
84. rama ormul rio sugerido por Gasnier 2000 Editora IMAN e alterado por Wille 19 1 etapa Identifica o do Risco Denomina o do risco Redu o moment nea da equipe por pro N Identifica o blemas de sa de 6 Descri o do risco Afastamento tempor rio de um integrante por problemas de sa de 2 etapa Avalia o do Risco Impacto o 5 alto o4 m dio alto o3 m dio e 2 m dio baixo o 1 baixo A redu o moment nea do grupo pela sa da de um integrante pode atrasar alguma parte do projeto dificultando o cumprimento do cronograma Como doen as raramente s o capazes de abater um indiv duo por dois ou mais dias o impacto deste risco considerado baixo Probabilidade o 5 alto o 4 m dio alto e 3 m dio o 2 m dio baixo o 1 baixo A chance de que algum membro da equipe fique doente no decorrer do semestre alta mas a chance de que a doen a adquirida seja forte o suficiente para prejudicar o desempenho do membro no projeto menor 3 etapa Desenvolvimento da Resposta ao Risco A es Respons veis e Datas de Conclus o Estrat gias e a es Prevenir Tentar desenvolver um ambiente t o livre quanto poss vel de stress e um crono grama organizado para evitar que os membros sofram restri es de sono e ou alimenta o e tenham o sistema imunol gico prejudicado Impacto reavaliado 2 m dio baixo
85. repetidos O ultimo bit pode configurar se o pacote enviado deseja receber ou n o um ACK como resposta A figura 48 ilustra 0 modelo do Packet Control Field Payload length 6bit ES NO ACK 1bit Fonte Adaptado de 7 Figura 48 Formato do Packet Control Field no pacote O Payload cont m os dados enviados por cada pacote e pode variar entre O bytes at 32 bytes Por ultimo o CRC um mecanismo de detec o de erro utilizado pelo protocolo para informar se pacote enviado n o se alterou durante o processo de envio 7 4 Driver dos Motores O controle dos motores DC das rodas traseiras do carro iria ser realizado pelo shield da Freescale que cont m dois chips de driver de motor MC33887APVW No entanto um dos chips estava apresentando um comportamento an malo impedindo o acionamento correto de um dos motores Abandonamos ent o a utiliza o do shield e decidimos projetar uma PCB para controlar os motores 68 7 4 1 Projeto do Driver Para impedir que a grande quantidade de ru do gerada pelos motores DC afete o microcontrolador resolvemos isolar o circuito de pot ncia do circuito do microcontrolador Este isolamento realizado de duas formas alimenta o por fontes DC distintas e isolamento dos pontos de comunica o entre os dois circuitos por meio de optoacopladores Para controlarmos o sentido e a dire o dos motores necessitamos de duas pontes H Ao inv s de utilizarmos dois chips 33887AP como feito no shie
86. resolu o de problemas t cnicos encontrados e ocasionou riscos prejudicando o andamento do projeto A maior dificuldade do grupo foi em rela o comunica o Isto foi verificado quando a equipe n o conseguiu realizar uma comunica o bidirecional com o m dulo de radio frequ ncia NRF24L01 utilizando esta plataforma mas conseguiu em outras Este empecilho que acreditamos ser causado exclusivamente pela placa foi o que mais consumiu tempo no projeto e precisou ser contornado Dentre os riscos ocorridos destacam se o recebimento de componentes com mau funcionamento como o driver dos motores e um m dulo RF Tamb m ocorreu a danifica o da placa controladora que n o afetou mais fortemente o cronograma porque a equipe possu a uma placa de reserva Outro risco ocorrido no projeto foi a subestima o do tempo e complexidade das tarefas Isto aconteceu no acoplamento e funcionamento dos encoders que precisaram ser substitu dos por sensores de efeito hall e na implementa o do sistema de comunica o Houve ainda alguns problemas na ger ncia A dificuldade de gerar sinergia entre os membros da equipe e de delegar tarefas fez com que o gerente inicial solicitasse a troca de fun o com outro membro com o consentimento do grupo Novo problema voltou a ocorrer algo n o planejado nos riscos com o novo gerente que n o conseguiu apresentar em tempo as tarefas que lhe cabiam ocasionando a desist ncia do pr prio gerente na m
87. s Quantidade de Voltas 5 Corre o do Conectar a Porta Serial Movimento 6013 iv Conectar C mera _ Placa de iR Controle do PWM modo manual 50 Visualiza o em tempo real Q Velocidade 000 00 m s Velocidade M dia 000 00 m s Orienta o 180 00 Visualiza o da C mera Figura 19 Visualiza o da tela do software da esta o base No painel localizado ao canto superior esquerdo temos o painel para configura es da movimenta o autom tica do rob e de conex o com a porta serial Dentre as configura es de movimenta o autom tica temos o PWM a quantidade de leituras por segundo e a quan tidade de voltas a serem dadas na pista Ao fazer uma altera o nas configura es o software enviar o comando de altera o somente quando o usu rio clicar no bot o Enviar confi gura es No campo de texto direita do texto Controle do PWM modo autom tico o usu rio poder visualizar o valor do PWM utilizado pelo rob para controlar a velocidade de rota o das rodas Para alterar o valor do PWM necess rio deslizar o slider encontrado logo abaixo do texto Controle do PWM modo autom tico Para configurar a quantidade de leituras feitas por segundo dos sensores o usu rio dever digitar a quantidade desejada no campo de texto localizado direita do texto Lei turas s Para alterar a quantidade de voltas a serem feitas o u
88. sc pio passa para 8kHz oito vezes maior que o aceler metro Para que isso n o ocorra o m dulo fornece um registrador denominado Sample Rate Divider 19 em hexa que permite dividir a sa da do girosc pio A equa o utilizada para divis o a seguinte Sa da Girosc pio Sa da Padr o do Girosc pio 1 Sample Rate Divider Onde a sa da Padr o do Girosc pio igual a 8 kHz e a Sample Rate Divider o numero desejado para a divis o Logo para configurar o girosc pio como 1 kHz o Sample Rate Divider foi escrito com o valor sete enquanto o DLPF configurado como zero Leitura dos Valores Para a leitura dos dados de cada eixo dos sensores foram lidos os registradores de 3B a 40 em hexadecimal para o aceler metro e de 43 a 48 para os eixos do girosc pio Os 59 Accelerometer F 1kHz ae Hz d o T 13 4 N oT Figura 36 Configura o do DLPF no m dulo MPU 6050 registradores foram lidos seguindo o protocolo I C descrito acima Os valores captados por cada eixo possuem 16 bits de tamanho e como cada registrador possui no total 8 bits de ta manho o m dulo separa dois registradores para cada eixo sendo um registrador para os bits mais significativos do valor MSB e um registrador para os bits menos significativos LSB Na figura 37 podemos observar os registradores de leitura do aceler metro A sensibilidade do aceler metro para um escala de 2g de 16384
89. se o ser apresentado os custos detalhados do projeto Tendo conclu do a realiza o da an lise tecnol gica a equipe j definiu os componentes necess rios para a implementa o do projeto e a quantidade de horas estimada O custo do projeto foi dividido em duas categorias distintas gastos com componen tes hardware software e gastos com m o de obra estimando para o ltimo caso o sal rio de R 35 00 por hora trabalhada para cada integrante da equipe As proje es de custo para as duas categorias podem ser vistas na tabela 1 e tabela 2 respectivamente A contagem de horas trabalhadas foi iniciada ap s a entrega do Project Charter onde considerado o in cio 12 do projeto Na tabela 1 n o foi levado em conta a possibilidade do abatimento dos custos pela obten o de material emprestado No desenvolvimento do projeto foram utlizados apenas softwares freeware ou que j foram adquiridos anteriormente por membros da equipe para a redu o de custos Tabela 1 Tabela de custos dos componentes do projeto Quantidade Componente Custo Estimado 1 Kit de desenvolvimento Freescale R 292 00 Placa de desenvolvimento MPC5604B Chassi do carro Servomotor Futaba S 3010 Ponte H dupla com m x 5A C mera de linha TAOS 1401 2 Encoder R 40 50 1 Aceler metro e girosc pio MPU 6050 R 50 00 1 Bateria VEX 7 2V 2000mA R 89 00 2 M dulo RF nRF24L01 R 20 00 1 Servomotor Turginy TG9 R 12
90. sensor foi produzido para possuir baixo consumo baixo custo e alto desempenho principalmente para tablets e smartphones 6 O sensor possui interface I C para comunica o externa e interna Na comunica o interna entre o sensor e seus registradores o sensor utiliza o protocolo PC com uma velocidade de transmiss o de 400kHz 6 Para convers o dos dados anal gicos captados pelo aceler metro e pelo girosc pio o m dulo possui um conversor ADC de 16 bits para digitalizar a sa da de cada sensor 59 Estrutura O esquem tico do m dulo MPU 6050 com suas devidas fun es podem ser visuali zadas na figura 31 O esquema mostra o top view do m dulo que possu 24 pinos Os pinos NC n o s o conectados e os pinos RESV s o reservados do m dulo VDD CSN vss nRF24L01 SCK ANT2 QFN20 4X4 MOSI ANT1 MISO VDD_PA Q 5 vss XC2 XC1 Figura 31 Configura o dos pinos do MPU 6050 6 Pino 1 CLKIN Op o externa de refer ncia para o clock conectado no terra caso n o seja utilizado Pino 6 AUX DA Conex o TC master SDA auxiliar utilizado para sen sores externos Pino 7 AUX CL Conex o I C master SCL auxiliar utilizado para sensores externos Pino 8 VLOGIC Tens o de alimenta o digital do circuito Pino 9 ADO En dere o LSB do slave Pino 10 REGOUT Filtro regulador do capacitor Pino 11 FSYNC Sincroniza o de frame digital ligado ao terra caso n o usado Pino 12 INT Pino de inter rup
91. su rio e outro para desabilitar a movimenta o manual Neste painel tamb m poss vel controlar o PWM do rob alterando a velocidade de rota o das rodas do rob Para habilitar a movimenta o do rob por comando do usu rio o usu rio dever an tes habilitar a movimenta o manual clicando no bot o Parar Movimenta o Autom tica clicando neste bot o os bot es de movimenta o e o bot o Iniciar Movimenta o Au tom tica ficar o habilitados e o bot o Parar Movimenta o Autom tica ficar desabili tado Clicando no bot o Iniciar Movimenta o Autom tica os bot es de movimenta o manual e o bot o Iniciar Movimenta o Autom tica ficar o desabilitados e o bot o Pa rar Movimenta o Autom tica ficar habilitado esta a o envia um comando ao rob de iniciar movimenta o autom tica O campo de texto esquerda do texto Controle do PWM modo manual mostra o valor do PWM o qual pode ser alterado pelo slider encontrado logo abaixo Para movimentar o rob para frente o usu rio dever clicar no bot o Frente W para a direita clicando no bot o Direita D para a esquerda clicando no bot o Esquerda A e para tr s clicando no bot o Tr s S No canto superior direito temos o painel de plotagem da pista A pista ser dese nhada na rea branca com uma linha vermelha baseada nos pontos calculados partir de leituras dos sens
92. su rio dever digitar o valor desejado no campo esquerda do texto Quantidade de Voltas Para configurar a forma que a corre o da movimenta o o usu rio dever selecionar as caixas de sele o correspondentes aos sensores desejados dentro do campo Corre o do 45 Movimento Para selecionar a corre o pela c mera o usu rio dever selecionar a caixa esquerda do texto C mera Para selecionar a corre o pela placa de infravermelho o usu rio dever selecionar a caixa esquerda do texto Placa de iR No subpainel Conectar a Porta Serial o usu rio dever selecionar a qual porta serial o software se comunicar para receber os dados do m dulo de RF Para atualizar a lista de portas seriais caso a porta serial desejada n o esteja aparecendo o usu rio poder clicar no bot o Atualizar Para conectar porta serial o usu rio dever selecionar a porta serial desejada na lista combo Box e clicar no bot o Conectar Controle do PWM modo autom tico 5 Leituras s 20 Quantidade de Voltas 5 Movimento COM3 7 Conectar _ Camera _ Placa de iR im Figura 20 Painel de Controle da Movimenta o Autom tica e de conex o com a Porta Serial No canto inferior esquerdo temos o quadro de movimenta o do rob tendo os bot es para direcionar a movimenta o do rob e um bot o para habilitar movimenta o manual movimenta o controlada pelo u
93. t noma utilizando como base informa es de uma c mera de linha O mapeamento baseado em informa es geradas por um girosc pio e um sensor de efeito hall que atua como um encoder Como resultado obteu se um sistema capaz de realizar as fun es descritas Palavras chave Freescale Rob Mapeador Odometria Sistema Embarcado Esta o Base Abstract This paper describes the tasks completed in the planning and execution of the project entitled Mapper Robot The goal of this project is developing a computational system capable of mapping the trajectory of a robot developed by the team The robot is controlled by two distinct ways manually controlled by the user acessing a base station or automatically controlled In the first way the robot follows commands sent by the base station while in the second one the robot follows a circuit composed of a black line in a white background autonomously using as a reference the data gathered by a line scan camera The mapping is based on a gyroscope and a hall effect sensor that acts as an encoder The result of this project is a computational system that performs the functions described Key Words Freescale Mapper Robot Odometry Embedded Systems Base Station Lista de Figuras CONDOR 5 N e RR BR RR KH SOON OTB EF 21 22 23 24 25 20 27 28 29 30 31 32 33 34 39 36 37 38 39 40 4 42 Foto do modulo 24 2
94. tamos apenas o controle proporcional mas outras abordagens po deriam ser utilizadas como a implementa o de um PID controle proporcional integral e derivativo o que aumentaria a efici ncia no controle do carro A forma de detec o da pista tamb m poderia ser melhorada Na implementa o atual aplicamos o algoritmo de controle com base em uma leitura de c mera poss vel utilizar algoritmos de processamento de imagem para juntar leituras consecutivas da c mera de linha e gerar uma imagem bidimensional da pista para efetuar uma detec o da faixa mais precisa Tamb m sugerimos a altera o do modo de contagem das rota es das rodas Uti lizamos para isto 4 im s acoplados em cada roda e utilizamos um sensor de efeito hall para detectarmos os giros A resolu o entretanto poderia ser melhorada com outro m todo 76 Refer ncias Bibliogr ficas 1 Marshall Brain Como funcionam os girosc pios 2 Atmel Corporation Atmega328p summary 2013 3 SparkFun Eletronics St dualgyro py breakout v11 2010 4 Ligia Figueiredo Ana Gafaniz Gustavo Lopes and Ruben Pereira Aplica es de ace ler metro 5 Roberto Paulo Dias Filho Protoclo de comunica o i2c 6 Invensense Mpu 6050 Product specification 2012 7 Nordic Semiconductor nrf24101 Product specification 8 TAOS 128 x 1 linear sensor array with hold 2007 A Cronograma original
95. tec o de borda 20 M3 Temporizar as leituras 4 hrs Qui 08 08 13 Sex 09 08 13 19 21 Calcular a m dia das 2 hrs Sex 09 08 13 Sex 09 08 13 20 leituras 22 M3 Otimizar a altura da 4 hrs Sex 09 08 13 Ter 13 08 13 20 15 21 camera para ter uma leitura mais nitida 23 AS Motores DC 14 hrs Ter 06 08 13 Sex 09 08 13 24 VB Estudar gera o de 8 hrs Ter 06 08 13 Qui 08 08 13 7 106 pulsos PWM 25 M3 Estudar os drivers dos 2 hrs Qui 08 08 13 Qui 08 08 13 24 motores 26 aS Gerar pulsos PWM 2 hrs Qui 08 08 13 Sex 09 08 13 24 25 27 fa Testar funcionamento 2 hrs Sex 09 08 13 Sex 09 08 13 26 dos motores 28 fa Placa de LEDs 19 hrs Ter 30 07 13 Qua 07 08 13 77 Id Modo da Nome da tarefa Dura o In cio T rmino Predecessorl Jul 13 Tarefa 15 1 29 Projetar placa de LEDs 4 hrs Ter 30 07 13 Ter 30 07 13 30 VB Comprar o material 2hrs Qua 31 07 13 Qua 31 07 13 29 31 8 Montar a placa 6hrs Qua 31 07 13 Qui 01 08 13 30 32 ag Acoplar a placa no 2 hrs Sex 02 08 13 Sex 02 08 13 31 carro 33 fa Interfacear a placa com 6 hrs Sex 02 08 13 Qua 07 08 13 31 32 0 microcontrolador 34 fa Algoritmo de controle 32 hrs Sex 23 08 13 Ter 10 09 13 35 fa Estudar algoritmos de 20 hrs Sex 23 08 13 Qua 04 09 13 22 105 111 controle 36 EE Projetar algoritmo de 10 hrs Qua 04 09 13 Sex 06 09 13 35 33 21 2 controle 37 EE Implementar o 2 hrs Sex 06 09 13 Ter 10 09 13 36 algoritmo de controle 38 V
96. tema operacional e a esta o base poder ser executada em qual quer computador capaz de suportar a m quina virtual Java Para evitar problemas de incompatibilidade entre os ambientes de desenvolvimento optou se por utilizar como padr o no projeto de Software o sistema operacional Windows que a maioria dos integrantes j utiliza eliminando a necessidade de preparar um ambiente em outro sistema operacional 3 4 Sistema de Comunica o O sistema de comunica o tem como objetivo realizar as trocas de mensagens entre o Sistema Embarcado e a Esta o Base A tabela a seguir apresenta alguns sistemas de comunica o utilizados atualmente Para uso do projeto o bluetooth pode ser decartado por n o cumprir um dos requisitos do projeto j que seu alcance menor que o m nimo requirido O sistema Wi Fi acaba por ter um custo muito elevado inviabilizando a utiliza o do mesmo A tecnologia Zigbee acaba por ser mais cara que a RF o que determinou a escolha desta por possuir um custo mais baixo 3 4 1 M dulo RF O M dulo escolhido pela equipe foi o m dulo RF nRF24L01 figura 1 principal mente pelo fato de ser acess vel mais rapidamente e ter um custo muito baixo A equipe encontrou o m dulo por uma faixa de pre o de 13 reais sites de compra at 20 reais lojas de eletr nica o que permite diminuir muito o custo do projeto A escolha do transceptor 31 Tabela 8 Tabela comparativa dos modulos de comunica o
97. to da c mera de linha TSL1401CL As especifica es t cnicas principais s o as seguintes 128x1 pixels 400 DPI Amplificador de carga interno Alta linearidade e uniformidade Opera o em at 8MHz Sa da referente terra Alimenta o 3V ou 5V N o necessita de carga resistiva externa Interface externa com apenas 3 pinos A principal vantagem desta c mera sobre outras s o fato de ela realizar a amos tragem de apenas uma linha diminuindo grandemente a quantidade de processamento que o microcontrolador dever efetuar um fator cr tico para o projeto Outra vantagem a escala com refer ncia a terra o que facilita a interface com o ADC do microcontrolador e a quantidade de pinos utilizada para realizar a interface apenas 2 GPIO e um ADC A interface com o microcontrolador ocorre por meio de 3 pinos presentes na c mera cujo encapsulamento pode ser visualizado na figura 3 Os pinos s o CLK clock SI serial input e AO analog output O clock determina a taxa de envio da leitura dos pixels para o microcontrolador e limitado em 8MHz al m de realizar um latch do sinal SI O SI serial input determina o momento em que a c mera iniciar a exposi o dos pixels luz e por fim 0 AO transmite a tens o anal gica 0 a Va de cada fotodiodo presente na c mera Para a realiza o do interfaceamento com a c mera com o microcontrolador s necessitamos de 2 GPIO e um ADC Conectado a cada fotodiodo presente n
98. ulo Ap s o ACK o Master envia o endere o do registrador a qual se deseja ler e escreve esse endere o no m dulo por isso a primeira conex o com o m dulo possui um bit de escrita O mestre inicia uma nova conex o com o m dulo e envia novamente o endere o 7 bits do m dulo mas dessa vez o oitavo bit representado por um bit de leitura 1 indicando que o mestre deseja ler Ap s o ACK o m dulo passa a receber o valor lendo o registrado desejado A figura 35 ilustra o protocolo de leitura do modulo MPU 6050 58 AT TAT TSR TTP eR e Figura 35 Protocolo de leitura de bytes no m dulo MPU 6050 Inicializa o Para inicializar o m dulo preciso escrever em alguns registradores de configura o do sensor Primeiramente preciso configurar o girosc pio e o aceler metro para as escalas ideais utilizadas no projeto O girosc pio ir funcionar com uma escala de 250 graus por segundo suficiente para os requisitos do projeto O aceler metro tamb m n o ir precisar de uma escala muito grande sendo que 2g j atender as especifica es do projeto A escala pequena se deve ao fato de que o carro ir desprezar varia es muito pequenas considerando varia es um pouco maiores O girosc pio pode ser configurado pelo registrador 1B ou 27 em decimal onde configurando os bits 3 e 4 do registrador como zero podem selecionar a escala de 250 graus por segundo Semelhante ao girosc pio o aceler metro pode ser conf
99. voltas a serem realizadas O campo N mero de voltas indica quantas voltas ainda dever o ser realizadas pelo carro antes de parar e n o v lido se o comando for o de encerrar o mapeamento Caso seja passado o valor 0 o carrinho n o ir parar a n o ser que receba o comando de encerrar o mapeamento 6 3 Diagramas de Comunica o A figura 26 apresenta os poss veis estados que o carro pode assumir durante a sua execu o Primeiramente todos os pinos de entrada e sa da PWM m dulo RF e a c mera s o inicializados O carro passa para o modo manual e aguarda uma instru o vinda da Esta o Base Utilizando o primeiro byte da mensagem o carro decodifica a instru o recebida e executa essa instru o Modo Controle Autom tico O carro passa para o modo autom tico onde passa a se mover de forma aut noma Modo Controle Manual O carro inicia nesse modo O carro passa para o modo manual onde aguarda uma instru o para executar 51 Executa Comando Manual O carro executa um comando manual sendo esses co mandos como Frente move o carro para frente tr s move o carro para tr s esquerda gira as rodas dianteiras para a esquerda direita gira as rodas dianteiras para a direita parar para os motores e centro retorna as rodas dianteiras para a posi o inicial centro Os comandos para frente e para tr s s o configurados com o valor de PWM vinda do software enquanto os comandos de direita e esquerda possuem um n

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