trabalo da kheti final

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Vice-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa
UNIVERSIDADE PAULISTA
Métodos de Pesquisa
Desenvolvimento de um Computador de Bordo Para um Veículo BAJA
 Autor: Erik Souza Rodrigues.
Autor: Wellington Ayres de Faria.
Prof.: Kethi Cristina Squecola.
2018
São José do Rio Preto.
Resumo
O presente trabalho sugere o desenvolvimento de um computador de bordo para o veículo tipo Baja-SAE, desde seus requisitos até sua implementação final. Para o desenvolvimento deste tipo de sistema será estudado conceitos de eletrônica embarcada (sobretudo microcontroladores e circuitos que facilitam aquisição de dados, como um protocolo de comunicação XBee) e sensoriamento, ambos estudados considerando o ambiente off-road, seu funcionamento e a compreensão de todos os componentes eletrônicos do equipamento proposto.O computador de bordo do veículo é constituído de circuitos elétricos e eletrônicos, capazes de mensurar grandezas importantes para o desempenho do veículo, tanto em movimento quanto parado.
Palavra chave: Comunicação, Telemetria, Circuitos.
SUMÁRIO
· INTRODUÇÃO
 (5)
· MÉTODO
 (13)
· DISCUSSÃO
 (18)
· REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 (18)
Introdução
A competição baja consiste de uma corrida de obstáculos, de um modo grosseiro de se expressar, mas nessa competição as pistas não são grandes, mas consistem diversos obstáculos onde é testado a sua durabilidade e se o projeto desenvolvido pela equipe é capaz de suportar dificuldades, além disso é uma pista off-road, onde o ambiente é agressivo podendo prejudicar outros componentes do veículo como o motor e a parte elétrica. (6)
.
Figura 1 - Competição Regional SAE-BAJA.
Fonte: http://bdxpert.hospedagemdesites.ws/2011/02/24/competicao-estudantil-baja-sae-vai-agitar-pistas-de-piracicaba/. (Acessado em 09 de Agosto de 2018)
Nessa competição além de existir a corrida, que é conhecida por enduro na competição, há também outras provas onde o projeto e a equipe são rigorosamente avaliados, uma das provas que vale muitos pontos é a apresentação do seu projeto, onde nela os jurados avaliam: o motor, o chassis, a suspensão, o freio, a elétrica e a eletrônica do carro, o powertrain (sistema de transmissão) e o marketing do projeto.
Nesse trabalho é abordado a parte elétrica e eletrônica do carro onde nela é desenvolvido um computador de bordo para o monitoramento do veiculo aonde ele estiver na pista.
Para o desenvolvimento do computador de bordo é utilizado alguns componentes, os quais são abordos os mais essenciais nesta introdução.
Microcontrolador
A história dos microcontroladores teve início na década de 70, com a primeira produção em massa do microprocessador 4004 da Intel. 
Empresas como a Freescale (JM60), Motorola (HC08), ATMEL (AVR), Intel (8051), Microchip (PICs), National (COP8), Zilog (Z8), entre outros, têm uma forte concorrência na inovação e na produção em dispositivos microcontrolados. Os microcontroladores cresceram ao lado dos microprocessadores e, assim, têm sido desenvolvidos em 8, 16 e até 32 bits. 
Existem no mercado de microcontroladores dois tipos de memória, voláteis, que requerem energia para manter a informação armazenada e não voláteis, que guardam todas as informações mesmo quando não estiverem recebendo alimentação. (1)
Memorias não voláteis:
 SHAPE \* MERGEFORMAT 
Fonte: Próprio Autor, 2018.
Memorias voláteis:
Fonte: Próprio Autor, 2018.
Segue abaixo exemplos de periféricos:
· Temporizadores (PWM, OUTPUT COMPARE, INPUT CAPTURE) 
· Conversor Analógico/Digital 
· Entradas/saídas de propósito geral 
· Relógio de Tempo Real 
· Sistema de proteção de fluxo de programa (WDT, COP) 
· Porta de Comunicação Assíncrona (UART, CAN) 
· Porta de Comunicação Síncrona (IIC, SPI) 
· Universal Serial Bus (USB) 
· Porta de Depuração (BDM – Background Debug Mode: ferramenta para depuração e programação da interface para Freescale, JTAG - Joint Test Access Group: interface de programação e teste de circuitos digitais). (3)
Figura 2 – Exemplo de conjunto de periféricos ligados a placa com o microcontrolador.
Fonte:< https://www.embarcados.com.br/intel-galileo/ > Acessado em 9 de Agosto de 2018.
Microcontrolador é um sistema computacional completo, no qual estão incluídos uma CPU (Central Processor Unit), memória de dados e programa, um sistema de clock, portas de Input e Output, além de outros possíveis periféricos.
Para que a CPU possa executar suas tarefas é necessário que se agregue outros componentes, como unidades de memória, unidades de entrada e unidades de saída. A figura a seguir apresenta um diagrama de blocos com uma possível interface entre a CPU e outros dispositivos. (4)
Figura 3 - Diagrama de blocos com uma possível interface entre a CPU e outros dispositivos.
Fonte: Apostila sobre Microcontroladores, disponível em.: <http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/eduardo_henrique/materiais/apostila_micro_do_Gustavo_Weber.pdf>. Acesso em: 09 de Agosto de 2018.
Para que o computador de bordo de um veículo BAJA-SAE seja executado foi escolhido o PIC que são uma família de microcontroladores fabricada pela Microship. Os PICs são populares, tanto industrialmente como para hobby graças ao seu baixo custo, ampla disponibilidade, grande base de usuários, extensa coleção de notas de aplicação, disponibilidade de ferramentas de desenvolvimento de baixo custo ou grátis, e capacidade de programação serial e reprogramação com memória flash.
Figura 4 - Microcontrolador PIC 18F2550 - I/SP.
Fonte: <https://www.microchip.com/PIC18F2550> Acessado em 09 de Agosto de 2018. 
Sensor hall (magnético)
Os sensores de efeito hall, ou como também é conhecido por sensores magnéticos , tem seu principio de funcionamento descoberto por Edwin Hall em 1889, em resumo, o Efeito Hall é o que ocorre quando uma corrente num condutor tem sua trajetória desviada pela ação de um campo magnético. Com um formato apropriado, este desvio faz com que a Tensão de Hall seja gerada, e esta pode ser aproveitada por um circuito externo, e é o que sensores Hall fazem. A tensão de Hall pode ser medida por um circuito externo ou ainda ser utilizada para efeitos de sensoriamento, pois ela é proporcional à intensidade do campo que cria. (9)
Figura 5 - Principio de funcionamento de sensor hall
Fonte: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_efeito_Hall> Acessado em 11 de Agosto de 2018.
Display de LCD
Um LCD, liquid Crystal display, é um componente eletrônico que tem a caractéristica de um painel fino e ele tem a serventia de vializar informações como texto, imagens e vídeo, esta tecnologia é muito utilizado em televisões, monitores, celulares, painéis de instrumentos industriais e diversos outras aplicações, que vão desde cockpit de aeronaves, displays em computadores de bordo de automóveis, a dispositivos de utilizações diárias, tais como leitores de vídeo, dispositivos de jogos, relógios, calculadores e telefones. (10)
Figura 6 – Display de LCD.
Fonte: <https://www.filipeflop.com/produto/display-lcd-16x2-backlight-azul/ > Acessado em 11 de Agosto de 2018.
Xbee
As Redes de Sensores Sem Fio é composta de uma tecnologia emergente, que vêm proporcionando um crescimento significativo para as industriais e cientistas em todo o mundo. A capacidade de monitorar e controlar o ambiente, aliada a um baixo consumo de energia, permite a aplicação da tecnologia em diversos setores da sociedade. Assim, o uso de sensores sem fio tem o objetivo de monitorar e controlar um determinado ambiente e essa tecnologia tem uma forte tendência de crescimento ainda maior para os próximos anos. (11)
Topologias de rede
Dependendo dos requisitos pretendidos para a rede, existem várias topologias com o fim de acomodarem as exigências impostas. As redes podem utilizar topologias em estrela, malha, árvore, ou mesmo uma topologia combinada.
Figura 7 – Tipos de Topologia de rede.
Fonte :< https://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede > Acessado em 11 de Agosto de 2018.
Na topologia em estrela existe um dispositivo central que controla toda a rede. Numa redeem malha todos os dispositivos podem ajudar a gerir a rede. Na topologia em arvore utiliza-se uma estratégia de encaminhamento hierárquico, comunicando o coordenador com os módulos de encaminhamento (routers) e estes com os dispositivos finais. Com a utilização dos routers que encaminham a informação é possível expandir a rede. (8)
Padrões de Redes sem fio
Norma IEEE 802
A norma IEEE 802 tem como objetivo fornecer as especificações para a camada física e de controle de acesso ao meio de uma rede sem fios. A norma é aplicada aos mais variados tipos de rede dos quais se destacam as seguintes:
· 802.3 – Ethernet.
· 802.11 – Redes Locais sem fio (WLAN).
· 802.15 – Redes de área pessoal sem fio (WPAN). (11)
Método
Para realizar a programação do PIC utilizaremos o software MikroC Pro for PIC versão 7.1.0, O software tem uma versatilidade ampla, nele tem-se opções que auxiliam ainda mais o programador como a de editar os fuse de um PIC sem precisar acrescentá-los na programação e também por causa de biblioteca help, que é bem simplificada e de fácil entendimento do programador.
Figura 8 – Interface do MikroC versão 7.1.0
Fonte: Próprio Autor, 2018.
Para Simular a programação é utilizado o software proteus versão oito.
Figura 9 – Interface Proteus 8 para simulação da programação.
Fonte: Próprio Autor, 2018.
Para a leitura da temperatura do motor utilizaremos o sensor de temperatura LM35. 
Para conseguir verificar o nível de combustível utilizaremos um sensor de fluidos que fica na parte externa do reservatório de combustível.
Figura 10 – Sensor de nível.
Fonte: < https://www.nextiafenix.com/producto/sensor-nivel-de-agua-ws-03/> Acessado em 12 de Agosto. de 2018. 
As normas da SAE não permitem que tenha nenhum sensor dentro do tanque e nem que ele seja furado para colocar um sensor, a melhor opção encontrada foi este sensor de nível que consegui fazer a leitura do fluido através de paredes de plásticos.
Para a comunicação utilizaremos um modulo Xbee com ele será possível enviar os dados do carro para um receptor que estará conectado a um computador, abaixo uma imagem do modulo Xbee
Figura 11 – Modulo XBee.
Fonte:< http://lampatronics.com/product/xbee-module-2-4ghz2mw-with-wire-antenna/> Acessado em 12 de Agosto. de 2018.
Para a configuração do modulo se utiliza o software X-CTU, com ele é possível verificar todos os parâmetros para conseguir comunicar o transmissor com o receptor.
Figura 12 – Interface do Software XCTU versão 6.3.12.
Fonte: Próprio Autor, 2018.
Esse software serve para reconhecer e configurar a placa de acordo com a necessidade do programador, nele é possível configurar a placa com diversas topologias de rede. Nesse projeto vamos usar a topologia de rede mesh ou arvore, e nessa topologia a uma liberdade maior de comunicação, pois é possível colocar diversos dispositivos comunicando ao mesmo tempo, nessa topologia não é denominado o nome nas placas de receptor e transmissor e sim de coordenar, roteador, RFD e FFD conforme a figura abaixo:
Figura 13 – Topologia de rede mesh/arvore.
Fonte: Google imagens, 2018.
Nesse projeto a topologia é um pouco mais simples, pois só há duas placas, uma sendo o coordenador e a outra sendo o RFD.
Discussão
Este projeto tem por finalidade estudar e familiarizar a funcionalidades de um computador de bordo para veículo tipo Baja-SAE, foi estudado o uso e a aplicação de um microcontrolador PIC da família 16F. 
O sistema consiste numa solução simples, barata, robusta e didática para a medição, com grande confiabilidade através de sensores ligados a placa com o microcontrolador que mostrarão grandezas importantes no display também ligado a placa, tais como, velocidade (km/h), nível de combustível no tanque, rotação do motor (RPM) e tensão elétrica na bateria do veículo (em Volts).
Essas informações serão encaminhas por circuitos de transmissão de dados, que usam o protocolo de comunicação Zigbee, criando um ambiente de telemetria, dessa forma possibilitando medir o rendimento do veiculo e analisar o desgaste dos sistemas mecânicos (suspensão, chassis e motor), Suas aplicações e utilidades também foram estudadas neste projeto.
 Estas variáveis podem influenciar diretamente no projeto mecânico do carro, apontando possíveis melhorias para um maior desempenho, pois todas as informações recebidas pela telemetria Zigbee será utilizada em um programa de monitoramento feito pela equipe utilizando a linguagem Java. 
Referencias Bibliográficas
(1)<http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/eduardo_henrique/materiais/apostila_micro_do_Gustavo_Weber.pdf> Acessado em 10 de Ago. de 2018
(2) – Souza, David José de. Desbravando o PIC. 6° edição. São Paulo: Ética 2005 - paginas 15 a 60
(3) - A Brief History of Microprocessors. Disponível em arquivo formato PDF: <http://www.picvietnam.com/download/Basic%20Conceptions.pdf> Acessado em 10 de Ago. de 2018.
(4) <https://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC> Acessado em 12 de Ago. de 2018.
(5) <http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39632c.pdf> Acessado em 12 de Ago. de 2018.
(6) <http://portal.saebrasil.org.br/programas-estudantis/baja-sae-brasil >Acessado em 12 Ago. de 2018.
(7) Pereira, Fábio. PIC Programação em C . 4°ed. São Paulo: Ètica 2001 - paginas 277 a 279
(8) <https://maua.br/files/122014/simplificando-o-uso-de-modulos-com-tecnologia-zigbeetm.pdf > Acessado em 13 de Ago. de 2018.
(9)< https://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_efeito_Hall > Acessado em 13 de Ago. de 2018.
(10)< https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD > Acessado em 13 Ago. de 2018.
(11)< https://pt.wikipedia.org/wiki/ZigBee > Acessado em 13 Ago. de 2018.
(12) Moraes, Alexandre Fernandes de. Redes sem Fio – Instalação, Configuração e segurança, 1° ed. São Paulo: Érica 2010 - pagina 41 a 120.
ROM
PROM
EPROM
OTP
EEPROM
Flash
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