SISTEMA DE AUTOMAÇÃO VEICULAR COM ARDUINO E ANDROID

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO ADVENTISTA DE SÃO PAULO ENGENHEIRO COELHO WAGNER ROCHA BARROS SISTEMA DE AUTOMAÇÃO VEICULAR COM ARDUINO E ANDROID ENGENHEIRO COELHO 2012

2 WAGNER ROCHA BARROS SISTEMA DE AUTOMAÇÃO VEICULAR COM ARDUINO E ANDROID Trabalho de Conclusão de Curso do Centro Universitário Adventista de São Paulo do curso de Tecnólogo em Sistemas para Internet, sob orientação do Prof. Me.Thales de Társis Cezare. ENGENHEIRO COELHO 2012

3 Trabalho de Conclusão de Curso do Centro Universitário Adventista de São Paulo, do curso de Tecnólogo em Sistemas para Internet apresentado e aprovado em 18 de Junho de Prof. Me.Thales de Társis Cezare Prof. Me. Peterson Peixoto dos Santos Prof. Me. Mateus dos Santos

4 Dedico esse trabalho primeiramente a Deus que me deu a capacitação e a força necessária, agradeço também aos meus pais pelo incentivo e amor. Dedico também aos meus professores em especial ao professor Thales pelo apoio e dedicação. Dedico ainda aos meus amigos por me animarem e encorajarem na conclusão desse trabalho

5 AGRADECIMENTOS A Deus em primeiro lugar pelo dom da vida e por me conduzir sempre em caminhos de paz mesmo nos momentos mais difíceis, nunca me abandonou cuidando dos menores detalhes da minha existência. Aos meus pais Francisco e Maria pela educação, cuidado e dedicação de me ensinar o caminho da verdade. O enorme sacrifício pra poder me acompanha nesse momento tão importante. Ao Unasp Campus Engenheiro Coelho pela privilegio de aqui estudar, sou extremamente agradecido pelo apoio e base para construção de um sonho. A todo corpo docente pelo conhecimento passado nesses três anos de convivência que vão marcar minha vida pra sempre. Em especial quero agradecer pelo carinho, empenho e dedicação do meu orientador o professor Thales de Társis Cezare. Aos meus amigos que sempre me encorajaram durante a jornada de projeto e exclusão desse trabalho.

6 Nossa tecnologia passou a frente de nosso entendimento, e a nossa inteligência desenvolveu-se mais do que a nossa sabedoria. Roger Revelle

7 RESUMO Este trabalho descreve o projeto e implementação de uma plataforma de controle construída em módulos, possibilitando ao usuário escolher quais funções do veiculo se deseja automatizar utilizando assim hardwares Open Source onde os conceitos de automação serão aplicados. O projeto propõe o controle de um veículo de passeio utilizando um celular SmartPhone com sistema operacional Android, efetuando os controles relacionados a partida do motor, abertura de portas e capô. A novidade dessa abordagem é o uso de um servidor socket desenvolvido em linguagem de programação Java e o hardware de controle dos atuadores Open Source. O sistema de gerenciamento dos atuadores foi desenvolvido utilizando o microcontrolador Atmel 2560 e a linguagem de programação C para a programação dos códigos possibilitando assim a automação das ações desejadas no automóvel. A aplicação cliente utilizada no celular foi desenvolvida no ambiente de programação Eclipse com framework Android. Utilizando a linguagem de programação Java para codificação das classes. A comunicação entre o sistema de gerenciamento dos atuadores do veículo, intermediado pelo servidor socket, e o sistema de controle do celular SmartPhone a aplicação cliente foi utilizado a rede de acesso a internet de alta velocidade 3G e o protocolo TCP para troca de mensagens entre a aplicação cliente e o sistemas de gerenciamento dos atuadores. Esta abordagem abre uma grande variedade e possibilidades de utilização deste projeto para outras áreas da automação. Este projeto torna possível o controle das principais funções de um veículo automotor de passeio, possibilitando assim uma maior segurança e conforto ao usuário permitindo-o desligar o veículo remotamente em caso de emergência. Palavras Chave: Automação veicular; Android; Arduino.

8 ABSTRACT This paper describes the design and implementation of a control platform built in modules, enabling the user to choose which functions of the vehicle so if you want to automate using Open Source hardware where automation concepts will be applied. The project proposes the control of a passenger vehicle using a mobile Smartphone with Android operating system, making the controls related to starting the engine, opening doors and hood. The novelty of this approach is the use of a socket server developed in Java programming language and hardware control actuators Open Source. The management system of the actuator was developed using the Atmel 2560 microcontroller and C programming language for programming codes thus enabling the automation of desired actions in the car. The client application used in the cell was developed in the programming environment Eclipse with Android framework. Using the Java programming language for encoding classes. Communication between the management system of the vehicle actuators, brokered by the socket server, and control system SmartPhone mobile client application was used to access network high-speed 3G Internet and the TCP for exchanging messages between the client application management systems and actuators. This approach opens a wide variety and possibilities to use this project to other areas of automation. This design makes it possible to control the main functions of a motor vehicle drive, allowing for greater security and comfort to the user allowing you to remotely turn off the vehicle in an emergency. Keywords: Automation vehicle; Android; Arduino.

9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Partes técnicas do microcontrolador Arduino Mega Figura 2 - Ambiente de desenvolvimento Arduino Figura 3 - Arquitetura Android Figura 4 - Plataforma de desenvolvimento Eclipse com plug-in Android Figura 5 - Arquitetura simplificada da plataforma eclipse Figura 6 - Emulador Andoid Figura 7 - Arduino Atmega Figura 8 - Diagrama de bloco do sistema proposto Figura 9 - Arquitetura conceitual do módulo de controle e automação Figura 10 - Diagrama de classe Módulo Cliente Figura 11 - Telas Emulador e Conexão com Servidor Figura 12 - Layout módulo cliente Figura 13 - Diagrama de classe modulo servidor....43

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS SiAV Sistema de Automação Veicular SWT Standard Widget Toolkit IDE Ambiente Integrado de Desenvolvimento PHP Personal Home Page linguagem interpretada livre ABS Anti Block System Sistema anti bloqueio ESP Eletronic Stability Program Programa eletrônico de estabilidade INRIA Intitut National de Recherche en Informatique et en Automatique Instituto de pesquisas em informática e automação DARPA Defense Advanced Research Projects Agency Agência da defesa em projetos de pesquisa avançada. MCU Movimento Circular Uniforme ICSP In Circuit Serial Programming VIN Vehicle Identification Number FTDI Future Technology Devices International GND Graduated Neutral Density Filter Filtro Graduado de Densidade Neutra RAM Random Access Memory Memória de acesso EPROM - Erasable Programmable Only Memory Memória programável apagável.

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Fundamentos Tecnológicos Tecnologia Aplicada a Automação Veicular Aspectos Gerais das Tecnologias Aplicadas a Sistemas de Automação Veicular Sistemas Inteligentes Veiculares Sistema de Automação Veicular Sistema de Apoio ao Motorista Sistemas Veiculares Robóticos Hardware Arduino e Seus Conceitos Aspectos do Arduino Funcionamento do Arduino Especificações técnicas do Arduino Ambiente de Desenvolvimento e seus Conceitos Plataforma de desenvolvimento Arduino Plataforma de desenvolvimento Android Estrutura geral da plataforma Arquitetura Bibliotecas Plataforma de desenvolvimento Eclipse Arquitetura Eclipse Emulador Android Caracterização do Problema Projeto SiAV Motivação deste Trabalho Justificativa OBJETIVOS Objetivos Gerais Objetivos específicos METODOLOGIA SISTEMA DE AUTOMAÇÃO VEICULAR COM ARDUINO E ANDROID - Desenvolvimento Arquitetura do Sistema...37

12 4.1.1 Arquitetura na primeira fase do projeto SiAV Arquitetura na segunda fase do projeto SiAV Aspectos Gerais Desenvolvimento do Software de Controle Módulo controlador cliente Diagrama de classe do Módulo Cliente Layout do módulo cliente Modulo controlador servidor Diagrama de classe do Modulo Servidor CONCLUSÃO Trabalhos futuros REFERÊNCIAS...45 APÊNDICES...49

13 12 1 INTRODUÇÃO Atualmente, os sistemas autônomos são utilizados em diferentes áreas da tecnologia e varias aplicações utilizam microcontrolador que cada vez mais são exigidos a atender as crescentes evoluções e necessidades de desempenho, baixo custo, tempo de ciclo e dispositivos cada vez menores. Um sistema autônomo pode ser caracterizado por sua capacidade de execução das tarefas para as quais foi projetado, sem a interferência de qualquer controle externo (Baltes J. e Lin Y. Lin, 1999). O sistema embarcado vem ganhando espaço com o aumento da tecnologia e várias aplicações vêm sendo desenvolvidas ao redor do mundo, os dispositivos móveis vem ganhando destaque pela integração com os sistemas embarcados, essa nova integração traz grandes avanços no desenvolvimento possibilitando assim a criação de sistemas integrados cada vez mais inteligentes e possibilitando ao usuário interagir com ele. Junto à evolução dos microcontrolador veio a miniaturização dos dispositivos móveis que faz parte da quinta geração dos computadores, os chamados computadores invisíveis, como exemplo, os Smartphones que são máquinas completas de propósito geral e que já contam com sistemas operacionais baseados em softwares livres. O advento dos sistemas operacionais de código livre trouxe grande flexibilidade no desenvolvimento de sistemas, possibilitando a criação de software de qualidade atendendo uma vertente importante no desenvolvimento de baixo custo, como exemplo: Linux e Android. Simultaneamente surgiu também a ideia de criação de hardwares Open Source para uma maior interação com o desenvolvimento de sistemas autômatos utilizando, por exemplo, o microprocessador Atmega 2560 montado em uma plataforma Arduino. Utilizando de técnicas cada vez mais elaboradas para o desenvolvimento de sistemas e a grande complexidade dos atuais sistemas de automação veicular envolvendo dispositivos mecânicos, eletrônicos e sistemas computacionais, estimulam a introdução de novas metodologias de projeto. Um ponto importante é que as metodologias de desenvolvimento exigem um nível de abstração alto para elaboração, verificação e validação do sistema proposto. Este trabalho descreve um sistema de controle e automação veicular baseado em técnicas de arquitetura de software e hardware Open Source. Desta maneira foi definido um fluxo de projeto que permite um alto nível de abstração para validação do sistema. O

14 13 sistema proposto é composto de um controlador (desenvolvido com hardware Open Source) e diversos atuadores, interfaces, sensores e etc. Tendo como objetivo a construção da base de controle do veículo. Para o projeto de automação veicular o sistema foi projetado e implementado utilizando técnicas e tecnologias que estão ganhando cada vez mais visibilidade internacional. A implementação do sistema de controle e automação foi desenvolvida em etapas diferentes durante sua elaboração que são descritas neste trabalho. Inicialmente, foi projetado o sistema de controle e automação, utilizando os conceitos de microcontrolador embarcado para o controle dos atuadores instalados no veículo. A segunda etapa consistiu no desenvolvimento do ambiente de interação com o usuário, utilizando-se de um celular SmartPhone com sistema operacional android. 1.1 Fundamentos Tecnológicos Inicialmente, descreve-se um breve histórico dos sistemas de automação veicular, enfatizando a evolução e a incorporação de sistemas automatizados. Também são abordadas as principais tecnologias aplicadas a veículos de passeio a evolução dos sistemas e os conceitos que revolucionaram a forma de dirigir um veículo possibilitando novos patamares de segurança, conforto e economia. As pesquisas em automação veicular abriram as portas para o surgimento de sistemas que auxiliam o motorista na execução de tarefas pré-estabelecidas e no gerenciamento de funções específicas ou gerais como: manter a velocidade do veículo, manter a distância do veículo a sua frente, controle de funções do veículo ou até mesmo o monitoramento da temperatura no interior do veículo. Com o avanço das tecnologias relacionadas aos veículos automatizados, surgiram novos paradigmas na área de sistemas veiculares robotizados. Estes sistemas ganham espaço em aplicações industriais (e.g. carga e descarga) e, em aplicações urbanas objetivando cada vez mais isentar as pessoas de executarem tarefas repetitivas e/ou desgastantes. Por outro lado, os sistemas de automação veicular objetivam o aumento de segurança, pois com o desenvolvimento desses sistemas não haveria mais excesso de velocidade, ultrapassagens perigosas, roubo de veículos poderiam ser minimizados com um

15 14 sistema automatizado de controle do veículo, desenvolvimento de sistemas de vigilância e acionamento via satélite. Com o surgimento de novas tecnologias e o avanço das linguagens de programação tornou possível o desenvolvimento de sistemas cada vez mais seguros e confiáveis. O ambiente de programação eclipse para o desenvolvimento de códigos na linguagem de programação Java foi iniciado na IBM desenvolvendo a primeira versão do produto e fazendo a doação deste para a comunidade Open Source. Possui forte orientação ao desenvolvimento baseado em plug-ins. Possibilitando assim um amplo suporte ao desenvolvedor com centenas de plug-ins que procuram atender as diferentes necessidades dos programadores. Utilizando a IDE Eclipse com plug-ins pode-se desenvolver não só em Java, mas também em C, C++, PHP e Python. Juntamente com o desenvolvimento dos sistemas veiculares automatizados o surgimento de novas tecnologias de sistemas embarcados tem se mostrado necessário para dar suporte as necessidades cada vez mais pujantes. A quantidade de eletrônica embarcada nos veículos, atualmente, já está na casa de centenas no caso de veículos mais luxuosos. Visando este crescimento as indústrias de desenvolvimento de sistemas eletrônicos para aplicações veiculares estão investindo na pesquisa de novas metodologias para o controle dos sistemas veiculares embarcados. Nessa dinâmica a computação reconfigurável vem se mostrando uma tecnologia interessante. O projeto Arduino iniciou-se na cidade de Ivrea, Itália, em 2005, com o intuito de interagir em projetos escolares de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis naquela época. Seu sucesso foi sinalizado com o recebimento de uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Electronica, além da marca de mais de placas vendidas até outubro de Atualmente, o hardware é feito através de um microcontrolador Atmel AVR, que pode ser estendido se necessário for para implementação do projeto. A flexibilidade e reconfigurabilidade do hardware tem se mostrado competitiva em termos de custo do chip e do seu ciclo de projeto. Na seção seguinte são abordados os conceitos tecnológicos aplicados no desenvolvimento do sistema de controle e automações de um veículo de passeio Estes

16 15 conceitos estão relacionadas com a aplicação de Sistemas Reconfiguráveis para o projeto de Sistemas de Automação Veicular. 1.2 Tecnologia Aplicada a Automação Veicular Dentro dos conceitos relacionados à automação veicular são descritas as tecnologias aplicadas aos veículos de passeio seus conceitos e o estado da arte em sistemas inteligentes para o controle veicular Aspectos Gerais das Tecnologias Aplicadas a Sistemas de Automação Veicular A automação veicular, além de proporcionar ao motorista segurança em situações críticas, pode também auxiliá-lo dando-lhe informações necessárias para que possa executar manobras, ou mesmo automatizar alguma das tarefas relacionadas à dirigibilidade. A indústria automotiva tem investido nesta área visando aumentar o conforto, segurança, estabilidade e rendimento dos veículos, utilizando-se de sistemas embarcados que controlam a ação de frenagem ABS Anti-lock-Breaking-System (Kelber, 2003a), estabilidade do veículo ESP Eletronic Stability Program (Kelber, 2003a), controle da velocidade, controle da autonomia, controle do consumo médio de combustível, controle de temperatura. Com o aumento das necessidades de tornar os veículos mais inteligentes, soluções computacionais tornaram-se cada vez mais comuns. Em diversos países os motoristas podem contar com computadores que possuem os mapas das ruas da cidade e recebem informações sobre as condições de trânsito escolhendo para o motorista o melhor trajeto. As tecnologias atualmente desenvolvidas apresentam em sua maioria um grande conjunto de sensores, transdutores, atuadores, sistemas de comunicação modernos, que possibilitam a estes veículos cada vez mais executar tarefas mais complexas de forma segura. Para dotar estes veículos de comportamentos inteligentes são incorporados componentes de percepção garantindo maiores níveis de autonomia e robustez. Cada vez mais os projetos de veículos inteligentes estão incorporando tecnologias de desenvolvimento de robôs autônomos, estudos da cinemática (Dudek G. and Jenkin M., 2000), comunicação, controle e inteligência para execução de tarefas.

17 16 A concepção de um veículo com graus de autonomia é uma ideia que vem sendo explorada e estudada por todo o mundo. A automação veicular, mesmo em seus diferentes níveis, proporciona aos motoristas e ocupantes, maior segurança em condições adversas. Auxilia na condução do veículo executando tarefas de forma automatizadas, como por exemplo: manter o veículo na pista dentro da faixa correta, manter a distância dos veículos a sua frente, controlar a velocidade do veículo conforme o trânsito ou achar o caminho mais curto e seguro para se chegar ao destino (Kelber C. R, et al., 2005). Em 1997, o I.N.R.IA Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique apresentou ao público um veículo de fabricação em série, chamado de CyCab, com diversos modos de movimentação automatizados (Baille, Gérard et all., 1999). O CyCab já está sendo produzido pela empresa Robosoft, que já apresenta inclusive outros modelos, com o RoBUCAB, o RobuRIDE e o RoBUCAR (Robosoft, 2003). Em 2003, a Toyota lançou, no Japão, o Prius, um modelo de veículo com capacidade de efetuar manobras de estacionamento autonomamente (Self-parking, 2003). Em outubro de 2005, quatro veículos conseguiram completar o percurso da competição promovida pelo DARPA Defense Advanced Research Projects Agency, o DARPA Grad Chalenge Race. 132 milhas (aproximadamente 212 km) foram percorridas pelo deserto de Nevada, nos Estados Unidos da América, de maneira completamente autônoma (CNN (a), 2005) Sistemas Inteligentes Veiculares Um ponto importante é a introdução de sistemas inteligentes na indústria automobilística, neste caso, na literatura o termo Sistema Inteligente é mais aplicado na introdução de novas tecnologias (eletrônica embarcada, sistema micro processados, etc.) para viabilizar técnicas que aumentem a segurança, conforto e aspectos ambientais. Nas últimas décadas os veículos de passeio têm deixado de serem máquinas essencialmente mecânicas e incorporado cada vez mais sistemas eletrônicos de controle e acionamentos controláveis usando informações desse sistema. A princípio foi uma simples substituição do sistema de ignição com platinado pela Ignição Eletrônica. O desenvolvimento dos sistemas de ignição eletrônica ocorreu simultaneamente com os sistemas de injeção eletrônica.

18 17 Atualmente, veículos apresentados como carro conceito, dispõem de sistemas completos totalmente drive-by-wire. Exemplos destes são o Pivo, da Nissan (CNN (b), 2005) e o PM da Toyota (Toyota, 2006). Com o surgimento e a popularização cada vez maior dos conceitos de sistemas eletrônicos embarcados aplicados aos veículos de passeio, o mercado mundial responde cada vez mais de forma positiva, dando suporte para o desenvolvimento de novas técnicas e a realização de projetos e conceitos. Com o crescimento das pesquisas na área de aplicação e projetos de sistemas surgem novas necessidades tecnológicas para aumentar a segurança e o conforto do motorista e ocupante. Os projetos de sistemas inteligentes embarcados nos veículos vêm contribuindo para o desenvolvimento de vários ramos, tecnológico, acadêmicos e de mercado. Segundo (Kelber C. R, et all., 2005), um dos motivos principais do surgimento de carros inteligentes é propiciar ao motorista maior segurança e conforto em condições adversas. Os conceitos mais aplicados nos sistemas inteligentes embarcados nos veículos de passeio são: ABS Anti-lock-Breaking-System; BAS Breaking-Assistant; ESP Electronic Stability Program; TCS Traction Control System; by-wire; Cruise Control; Lane keeping Assistance; Parking Assistance. Estes sistemas foram desenvolvidos com o objetivo de proporcionar ao motorista maior segurança em condições críticas ou auxiliado na execução de tarefas relacionadas a condução do veículo. Cada dia os veículos inteligentes somam as novas tecnologias formando assim uma plataforma embarcada mais complexa. Para gerenciar todos estes sistemas estão sendo aplicados conceitos estruturais, o que tem dado aos projetistas destes sistemas novas direções para projetar sistemas modulares responsáveis por controlar ações do veículo.

19 18 Acompanhando esta tendência, este trabalho possui uma arquitetura modular onde cada um dos módulos é responsável por ações sendo os módulos subdivididos em blocos formando uma arquitetura distribuída. Estas tecnologias têm apresentado bons resultados, no projeto Autonomies Fahren, (Becker, 1998), (Simon, 1999), (Sönitz, 1999), (Simon, 2000) e (Sönitz, 2001). 1.3 Sistema de Automação Veicular Nos últimos anos as pesquisas focadas na área de veículos inteligentes têm gerado conceitos que estão revolucionando o mundo no que se diz respeito a transporte pessoal. As linhas de pesquisas são as mais diversas possíveis, mas em comum, focam pontos como segurança, conforto, cuidados ambientais e adaptabilidade para diferentes circunstâncias (por exemplo, soluções veiculares voltadas para deficientes). Por outro lado, os novos desenvolvimentos buscam cada vez mais substituir as soluções mecânicas por soluções eletromecânicas (Kelber, 2003a). Nesta seção serão estudados os diferentes sistemas de automação veicular. Do ponto de vista dos objetivos e das técnicas aplicadas, os sistemas de automação veicular podem ser divididos em: Sistemas de Apoio ao Motorista e Sistemas Veiculares Robóticos. No primeiro caso, as técnicas têm como objetivo auxiliar o motorista na execução de tarefas determinadas melhorando o desempenho do usuário e a segurança. No segundo caso, trata-se de resolver o problema conhecido na literatura como Hands-free Vehicle Driving (Giove D, 2004). No caso do sistema envolver todos os controles parciais do veículo o termo usado na literatura é Automated Highway System (AHS) (Han_Shue, et al., 1999).

20 Sistema de Apoio ao Motorista Os sistemas de apoio ao motorista surgiram na década de 80 com o intuito de proporcionar maior conforto e segurança ao motorista e os passageiros. São classificados em dois grandes grupos: sistemas passivos e sistemas ativos (Kelber C. R, et al., 2005). No sistema passivo a eletrônica identifica os sinais das variáveis que indicam um cenário e alerta o motorista, que toma as devidas providências com a finalidade de contornar a situação. Já no caso do sistema ativo ele funciona como um copiloto eletrônico e em casos de situações perigosas ele atua diretamente sobre as variáveis para efetuar a correção necessária para auxiliar o piloto a contornar o problema. O princípio deste sistema nunca tira do motorista o controle do veículo, ou seja, mantém a responsabilidade do condutor atuando como auxiliar em situações de perigo. Os sistemas de identificação de obstáculos podem ser aplicados em veículos de pequeno e grande porte. Um sistema muito útil para a segurança dos motoristas e passageiros em condições de pouca visibilidade ou de cochilo do motorista é o Sistema de Aviso do Abandono de Pista. Fontes de estudo das causas dos acidentes apresentam um elevado número de acidentes causados por motivos relacionados a perda de controle da direção do veículo pelo abandono da pista (Kelber, 2003a). Outro sistema muito utilizado atualmente com a popularização cada vez maior dos GPS Global Positioning System são os de navegação. Baseados em mapas digitais das regiões estes sistemas funcionam como um guia instantâneo para o motorista auxiliando na definição das rotas a serem percorridas para alcançar seu destino. Atualmente, muitos destes sistemas estão ligados a sistemas mais complexos, o que possibilita ao motorista obter informações das condições de trânsito, se o combustível que está no tanque é suficiente para chegar até o destino, e oferece rotas alternativas mais rápidas e seguras (Kelber, 2003a) Sistemas Veiculares Robóticos Recentemente surgiram os robôs móveis destacando-se por sua mobilidade guiada, semiautônoma ou totalmente autônoma. A tecnologia dos robôs móveis tornou-se grande

21 20 foco de pesquisa sendo difundida em diferentes áreas e em diversas aplicações (e.g. exploração de ambiente hostil). Pesquisas também tem se intensificado na aplicação dos conceitos da robótica móvel em veículos de passeio. Dentre os projetos que tem se destacado estão os participantes do Grand DARPA Challenge 2004 Autonomous Ground Vehicles, este evento vem ocorrendo anualmente e tem como objetivo vencer uma distância de 300 quilômetros de forma completamente autônoma, a equipe vencedora recebe um prêmio de 1 milhão de dólares. O setor de carga, descarga e transporte tem se destacado nos investimentos de apoio ao motorista. Projetos de carregadeiras, empilhadeiras autônomas foram desenvolvidos pelas empresas FOX GmbH e Goetting KG. 1.4 Hardware Arduino e Seus Conceitos Nesta seção são apresentados a descrição da configuração do hardware, as ferramentas utilizadas e os conceitos aplicados para se configurar um microcontrolador embarcado em lógica reconfigurável. Também é apresentada a descrição do software desenvolvido, seu funcionamento no controle de cada um dos módulos e suas variáveis. Adicionalmente, são apresentados os resultados do desenvolvimento do hardware de controle, a ocupação dos recursos lógicos do Arduino e seu desempenho. A configuração do Hardware de controle representa uma das etapas primordiais desse trabalho e objetiva o projeto e implementação de um sistema para o controle e automação do veículo que atenda as necessidades de segurança e os objetivos definidos para o controle do veículo dentro das especificações do projeto SiAV Aspectos do Arduino O Arduino faz parte do conceito de hardware e Open Source e está aberto para uso e contribuição de toda sociedade. O conceito Arduino surgiu na Itália em 2005 com o objetivo de criar um dispositivo para o controle de projetos construídos de uma forma menos dispendiosa do que outros sistemas disponíveis no mercado. Arduino é uma plataforma de computação física (são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores, que permitem construir sistemas que percebam a realidade e

22 21 respondam com ações físicas), baseada em uma simples placa de Entrada/Saída micro controlada e desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da programação em C/C++. O Arduino pode ser usado para desenvolver artefatos interativos stand-alone ou conectados ao computador através do Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data ou SuperCollider. Um microcontrolador (também denominado MCU) é um computador em um chip, que contem processador, memória e periféricos de entrada/saída. É um microprocessador que pode ser programado para funções específicas, em contraste com outros microcontrolador de propósito geral (como os utilizados nos PCs). Eles são embarcados no interior de algum outro dispositivo, no nosso caso o Arduino, para que possam controlar suas funções ou ações (Silva l. a, 2010) Funcionamento do Arduino O Arduino Mega 2560 é uma placa de microcontrolador baseada no ATmega2560 (datasheet). Ele possui 54 pinos de entradas/saídas digitais, 16 entradas analógicas, 4 UARTs (portas seriais de hardware), um oscilador de cristal de 16 MHz, uma conexão USB, uma entrada de alimentação, uma conexão ICSP e um botão de reset. Figura 1 - Partes técnicas do microcontrolador Arduino Mega 2560.

23 Especificações técnicas do Arduino Tabela 1 - Especificações técnicas do ATmega2560. Micro controlado ATmega2560 Tensão de operação 5V Tensão de entrada (recomendada) 7-12V Tensão de entrada (limites) 6-20V Pinos de entrada e saída (I/O) digitais 54 (dos quais 14 podem ser saídas PWM) Pinos de entradas analógicas 16 Corrente DC por pino I/O 40mA Corrente DC para pino de 3,3V 50mA Memória Flash 256KB (dos quais 8KB são usados para o bootloader) SRAM 8KB EEPROM 4KB Velocidade de Clock 16MHz A Tabela 1 demostra as principais especificações do hardware embarcado Arduino. Memória flash: é capaz de preservar os dados armazenados por um longo tempo sem a presença de corrente elétrica; EEPROM: memória não volátil, pode ser programada e apagada várias vezes, eletricamente; SRAM: memória de acesso aleatório que mantém os dados armazenados desde que seja mantida sua alimentação; Shields: são placas de circuito impresso com uma função específica. A placa pode operar com alimentação externa entre 6 e 20 volts. No entanto, se menos de 7 volts forem fornecidos o pino de 5V pode fornecer menos de 5 volts e a placa pode ficar instável. Com mais de 12V o regulador de voltagem pode superaquecer e danificar a placa. A faixa recomendável é de 7 a 12 volts. Os pinos de alimentação são os seguintes:

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