DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE OBTENÇÃO DE DADOS PARA CALIBRAÇÃO DE CENTRAIS INERCIAIS

Transcrição

1 DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE OBTENÇÃO DE DADOS PARA CALIBRAÇÃO DE CENTRAIS INERCIAIS Aluno: Pedro Schuback Chataignier Orientador: Mauro Speranza Neto Introdução O projeto, iniciado em 2013, visa desenvolver um sistema de coleta de dados para calibração de centrais inerciais. O sistema irá mover as centrais e criar registros tanto da aceleração medida por elas, quanto da sua própria. Posteriormente, os dados medidos pelos acelerômetros são comparados ao registro da aceleração do aparelho, permitindo a calibração dos sensores. A parte física do sistema já havia sido projetada, mas mudanças nas especificações das centrais inerciais obrigaram o modelo a ser revisto antes da fabricação. Possíveis falhas no desenho, observadas durante a revisão, também foram resolvidas. Além disso, foi desenvolvido o sistema inicial de coleta de dados do encoder utilizando a plataforma Arduino e um software aberto chamado Gobetwino. Figura 1 Modelo do sistema completo 1

2 Especificações A seguir são especificados a marca e modelo dos principais componentes do sistema. Do projeto existente, apenas as centrais inerciais foram modificadas. Baterias LiPo Thunder Power G8 2S 7.4V 1350MAH Antena de telemetria 3DR Radio 433Mhz "Air" module da 3DRobotics Central inercial Pixhawk. A nova central a ser calibrada pelo sistema. Por ser consideravelmente maior do que a antiga, o modelo físico teve que ser revisto. Motor elétrico CC Maxon Encoder ótico Yumo E6B2-CWZ3E com conector de eixos de 6mm E69-C06B 2

3 Alterações de Desenho A mudança de tipo das centrais inercias se deu pelo surgimento de novas tecnologias. Como a nova central seria eventualmente mais utilizada do que sua predecessora, julgou-se que seria melhor se o sistema projetado pudesse calibrar ambas as placas. Como o processo de fabricação ainda não havia começado, as mudanças puderam ser feitas facilmente. O sistema de fixação antigo utilizava uma base de MDF intermediária entre a central inercial e o calibrador o que, a princípio, permitiria a utilização do sistema por diferentes tipos de central, sendo necessário apenas construir um novo suporte. Entretanto, ao posicionarmos a nova central na furação existente, vimos que o espaço era insuficiente. Assim, as posições predeterminadas existentes tiveram que ser alteradas. Figura 2 Novo suporte A figura 1 mostra o novo suporte desenhado para a central Pixhawk. A central é fixada ao suporte com fitas de velcro passadas pelos vãos inferiores. O conjunto é então fixado ao calibrador com parafusos. Durante este processo, realizou-se também uma revisão geral do projeto a fim de detectar e reparar possíveis falhas antes da fabricação. Duas mudanças foram realizadas: uma base do sistema e uma nas conexões para dar lugar ao rolamento. A lateral da base na qual o braço de alumínio do encoder é fixada foi duplicada para dar mais segurança ao apoio. Esta alteração foi feita com a adição de mais uma peça de MDF pela parte interna da base. A lateral em questão pode ser vista na figura 3. Figura 3 Lateral a ser reforçada 3

4 A adição do rolamento levou à definição do espaço entre o topo da base e a parte inferior do módulo rotatório. Além disso, identificou-se a necessidade de alterar os conectores em cruz do eixo do sistema para permitir a colocação do rolamento. Estas mudanças foram apontadas, mas ainda não modeladas. Coleta de Dados Para se obter os dados sobre a velocidade real do calibrador era necessário processar as informações do encoder e então armazenar estes dados de algum modo para uso futuro. Um micro controlador Arduino ficou responsável por esta tarefa. O programa desenvolvido conta a quantidade de pulsos emitidos pelo sensor em um intervalo de um segundo. Este valor é então dividido pelo número de pulsos por revolução nominal do encoder para se obter a velocidade em revoluções por segundo. Multiplicando-se este valor por 60 temos a velocidade real em revoluções por minuto. Este dado é então transmitido por conexão serial para o software aberto Gobetwino. Este programa serve como interface entre o Arduino e o computador e permite que a execução de programas e tarefas no computador seja controlada pelo Arduino. No caso deste projeto, o programa apenas registra os dados enviados pelo micro controlador em um arquivo de texto para uso futuro. Cada entrada recebe também um timestamp para cálculos de tempo. O programa completo se encontra abaixo: #include<freqcounter.h> void setup() { Serial.begin(9600); // connect to the serial port Serial.println("Frequency Counter"); } long int frq; char buffer[sizeof(frq)]; void loop() { int t0 = millis(); FreqCounter::f_comp= 8; FreqCounter::start(1000); // Start counting with gate time of 1000ms while (FreqCounter::f_ready == 0) // wait until counter ready frq=freqcounter::f_freq; // read result Serial.print("#S LOGDATA ["); // Log data through Gobetwino Serial.print(itoa(frq * 60/1024.0, buffer, 10)); Serial.println("]#"); delay(20); } 4

5 É importante ressaltar que a contagem de pulsos é realizada por uma biblioteca externa disponível através da comunidade online do Arduino. Ela é feita por interrupção de hardware, o que a torna bastante precisa. Como esta é parte mais importante do processo de calibração, vários testes foram realizados para assegurar a confiabilidade dos resultados obtidos desta maneira. Uma possível melhoria do sistema seria a substituição da conexão com o computador e o uso de um programa intermediário pela utilização de um leitor de cartões de memória conectado diretamente ao Arduino. Isto diminuiria o retardo no armazenamento de dados. Entretanto, esta solução demanda tempo para compra do material, sendo preferível usar a solução aqui adotada para os testes iniciais após a primeira montagem do aparelho. Conclusões A mudança proposta de centrais inerciais atrasou positivamente a fabricação do aparelho. As alterações realizadas aumentaram a flexibilidade do sistema e anteciparam falhas que poderiam ocorrer caso o calibrador tivesse sido construído. A definição do sistema de obtenção e armazenamento de dados de velocidade real foi realizada com sucesso. Isto significa que o sistema já pode ser testado assim que for construído. A próxima etapa do projeto envolve a definição de uma fonte de energia definitiva para o sistema e a realização de testes preliminares. 5