PROPOSTA PARA O TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PROTÓTIPO DE UM MECANISMO EMBARCADO DE AUXÍLIO A PILOTAGEM DE AEROMODELOS

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1 TURNO: NOTURNO VERSÃO: 1 N o UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS DEPARTAMENTO DE SISTEMAS E COMPUTAÇÃO CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO BACHARELADO COORDENAÇÃO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PROPOSTA PARA O TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO TÍTULO: PROTÓTIPO DE UM MECANISMO EMBARCADO DE AUXÍLIO A PILOTAGEM DE AEROMODELOS ÁREA: Software Embarcado. Palavras-chave: Micro controlador. Software embarcado. Estabilizador aeronáutico. 1 IDENTIFICAÇÃO 1.1 ALUNO Nome: Alexandre Zendron Código/matrícula: Endereço residencial: Rua: João Bauer n : 320 Complemento: Apto 401 Bairro: Centro CEP: Cidade: Brusque UF: SC Telefone fixo: (47) Celular: (47) Endereço comercial: Empresa: Supermercados Archer Rua: Av. Getúlio Vargas n : 381 Bairro: Centro CEP: Cidade: Brusque UF: SC Telefone: (47) FURB: xandez@inf.furb.br alternativo: xandezendron@gmail.com 1.2 ORIENTADOR Nome: Miguel Alexandre Wisintainer FURB: maw@furb.br alternativo:

2 2 DECLARAÇÕES 2.1 DECLARAÇÃO DO ALUNO Declaro que estou ciente do Regulamento do Trabalho de Conclusão de Curso de Ciências da Computação e que a proposta em anexo, a qual concordo, foi por mim rubricada em todas as páginas. Ainda me comprometo pela obtenção de quaisquer recursos necessários para o desenvolvimento do trabalho, caso esses recursos não sejam disponibilizados pela Universidade Regional de Blumenau (FURB). Assinatura: Local/data: 2.2 DECLARAÇÃO DO ORIENTADOR Declaro que estou ciente do Regulamento do Trabalho de Conclusão do Curso de Ciências da Computação e que a proposta em anexo, a qual concordo, foi por mim rubricada em todas as páginas. Ainda me comprometo a orientar o aluno da melhor forma possível de acordo com o plano de trabalho explícito nessa proposta. Assinatura: Local/data:

3 3 AVALIAÇÃO DA PROPOSTA 3.1 AVALIAÇÃO DO(A) ORIENTADOR(A) Acadêmico(a): Orientador(a): Alexandre Zendron Miguel Alexandre Wisintainer ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

4 CONSIDERAÇÕES DO(A) ORIENTADOR(A): Caso o(a) orientador(a) tenha assinalado em sua avaliação algum item como atende parcialmente, devem ser relatos os problemas/melhorias a serem efetuadas. Na segunda versão, caso as alterações sugeridas pelos avaliadores não sejam efetuadas, deve-se incluir uma justificativa. É chamada a atenção para a palavra atitude, confundida anteriormente com altitude. Atitude significa as ações tomadas pelo mecanismo para a correção da trajetória. Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

5 3.2 AVALIAÇÃO DO(A) COORDENADOR DE TCC Acadêmico(a): Avaliador(a): Alexandre Zendron José Roque Voltolini da Silva ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

6 3.3 AVALIAÇÃO DO(A) PROFESSOR(A) DA DISCIPLINA DE TCCI Acadêmico(a): Avaliador(a): Alexandre Zendron ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? PONTUALIDADE NA ENTREGA atende atende parcialmente não atende atraso de dias A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

7 3.4 AVALIAÇÃO DO(A) PROFESSOR(A) ESPECIALISTA NA ÁREA Acadêmico(a): Avaliador(a): Alexandre Zendron ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

8 UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO BACHARELADO PROTÓTIPO DE UM MECANISMO EMBARCADO DE AUXÍLIO À PILOTAGEM DE AEROMODELOS ALEXANDRE ZENDRON BLUMENAU 2012

9 ALEXANDRE ZENDRON PROTÓTIPO DE UM MECANISMO EMBARCADO DE AUXÍLIO À PILOTAGEM DE AEROMODELOS Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso submetida à Universidade Regional de Blumenau para a obtenção dos créditos na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso I do curso de Ciências da Computação Bacharelado. Prof. Miguel Alexandre Wisintainer BLUMENAU 2012

10 2 1 INTRODUÇÃO Desde a década de 40, os sistemas de navegação, em especial os Sistemas de Navegação Inercial (SNI) tornaram-se importantes componentes em aplicações científicas e militares (ROCHA, 2006). Com a miniaturização dos componentes eletrônicos e o incremento do poder de processamento dos computadores, tornou-se possível o desenvolvimento de componentes inerciais de baixo custo, possibilitando seu uso em aeronaves não tripuladas, desempenhando um papel muito importante em muitas outras aplicações não militares (SAMPAIO, 2006, p. 19). Beneficiando-se das inovações constantes da mecatrônica, universidades e empresas que atuam na área aeronáutica criam e aprimoram produtos com aplicações nas mais diversas áreas. A aeronáutica foi uma grande beneficiada com o avanço destas tecnologias, tendo em vista que o emprego de tecnologias é limitado devido a restrições de peso, dimensões e custo. Sistemas de navegação inercial são responsáveis por fornecer informações precisas e confiáveis de localização em três Dimensões (3D), em especial quando aplicados em aeronaves que normalmente apresentam considerável instabilidade de equilíbrio quando comparadas a veículos terrestres ou aquáticos (LANARI; BORGES, 2007, p. 1). Em consequência deste fato, é grande o interesse de desenvolvimento de sistemas capazes de fornecer informações de posição em tempo real a partir de componentes de baixo custo. O fato de ser possível identificar em tempo real a posição em que a aeronave se encontra no espaço, permite o desenvolvimento de um sistema capaz de agir sobre as superfícies de controle de uma aeronave a cada instante. Levando em consideração as informações descritas acima, opta-se por utilizar um aeromodelo para aplicação de um sistema capaz de interromper a queda de uma aeronave, pois este dispõe das mesmas características de uma aeronave, porém em escala reduzida. O projeto irá dispor de sensores inerciais como girômetros e acelerômetros fixados no centro de gravidade do aeromodelo, bem como um dispositivo responsável por interpretar as informações fornecidas pelos sensores, identificando assim o erro em relação à posição de equilíbrio do aeromodelo, atuando a cada instante nas superfícies de controle do mesmo até que a estabilidade seja atingida, trabalhando de forma semelhante a um piloto automático. O acionamento deste dispositivo será feito pelo piloto através do acionamento de uma chave contida no rádio controle, este responsável por controlar o aeromodelo.

11 3 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema que seja capaz de interromper a queda do aeromodelo a partir do acionamento do mecanismo pelo piloto, estabilizando o mesmo e tendo como referências de posicionamento leituras providas por sensores fixados no mesmo. Os objetivos específicos do trabalho são: a) capturar o posicionamento angular do aeromodelo; b) interpretar o posicionamento do aeromodelo para proceder com a tomada de decisão para a correção do nivelamento; c) acionar os servos para proceder com a correção de nível do aeromodelo; d) gravar o histórico das ações tomadas pelo software, a fim de estudá-las para verificar o desempenho das correções de posicionamento tomadas. 1.2 RELEVÂNCIA DO TRABALHO Os sistemas computacionais estão presentes nas mais diversas áreas do cotidiano. Neste conjunto de sistemas destacam-se um grupo de sistemas chamado de sistemas de controle em tempo real. Estes sistemas são responsáveis por realizar tarefas de nível crítico limitadas pelo tempo. O desafio deste tipo de sistema está em enviar ao ambiente respostas em tempo hábil ou o sistema pode entrar em um estado inconsistente de funcionamento. As tarefas de controle deste tipo de sistema são extremamente complexas e exigem máxima confiabilidade e suas ações realizadas devem ocorrer no tempo exato, caso contrário uma ação desatualizada irá interferir negativamente na harmonia do sistema. A utilização destes sistemas embarcados em microcontroladores é de grande vantagem para as áreas de sistemas de navegação de veículos e aeronaves, tendo em vista seu tamanho reduzido quando comparado com computadores, e sua interação direta com os sensores, no que diz respeito à captação de dados para a tomada de decisões. Para o desenvolvimento deste protótipo serão utilizados conceitos como programação em tempo real, entrada e saída de dados além de controlar o acionamento de mecanismos físicos envolvendo técnicas de computação.

12 4 1.3 METODOLOGIA O trabalho será desenvolvido observando as seguintes etapas: a) levantamento bibliográfico: realizar um levantamento da bibliografia sobre aeromodelo, mecanismos de navegação, sensores, mecanismo atuador, microcontrolador e a plataforma de desenvolvimento Arduino (ARDUINO, 2009); b) elicitação de requisitos: detalhar e reavaliar os requisitos observando as necessidades levantadas durante a revisão bibliográfica; c) especificação do software: especificar o software utilizando o conceito de orientação a objetos utilizando a Unified Modeling Language (UML). Será usada a ferramenta Enterprise Architect (EA) para a geração dos casos de uso, diagrama de classes e diagrama de sequência; d) implementação do mecanismo de controle: implementar o mecanismo de controle utilizando a linguagem C, o qual será responsável por interpretar as informações transmitidas pelos sensores, utilizando o ambiente de programação Arduino (ARDUINO, 2009); e) calibração: determinar o posicionamento adequado dos sensores para a correta interpretação do posicionamento; f) testes do mecanismo de controle: realizar o cruzamento das informações lidas dos sensores com a ação tomada pelo mecanismo na ativação dos servos mecanismos. As etapas serão realizadas nos períodos relacionados no Quadro fev. mar. abr. maio jun. etapas / quinzenas levantamento bibliográfico elicitação de requisitos especificação do software implementação do mecanismo de controle calibraçao testes do mecanismo de controle Quadro 1 - Cronograma

13 5 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Na seção 2.1 será abordado o conceito de Aeromodelo. Na seção 2.2 fica definido o conceito de navegação. Na seção 2.3 são identificados os itens de hardware a serem utilizados no protótipo. Na seção 2.4 comenta-se o funcionamento de um sistema de controle. Finalmente na seção 2.5 é feita a abordagem de alguns trabalhos correlatos ao tema proposto. 2.1 AEROMODELO O modelo de um aeroplano é uma versão reduzida de um aeroplano em seu tamanho normal. Os modelos e os objetos em seu tamanho normal têm os mesmos tipos de relação em os comprimentos de suas diferentes partes. [...] Um modelo é apenas um meio de transferir alguma relação de sua forma real para outra forma (BOLTON, 1993, p. 4). Quando se fala em aeromodelos pode-se pensar apenas em um hobby, porém seu uso pode e é abrangido em outras áreas. Um exemplo do uso do aeromodelo é sua utilização como forma de estudo de aerodinâmica e há pouco tempo está servindo como instrumento de patrulha aérea. O aeromodelo atua também na área de testes de novas tecnologias, servindo como protótipo de desenvolvimento e testes Eixos do aeromodelo Conforme apresentado por Breires (1964, p. 22), o avião pode se movimentar no espaço em todas as direções. Para entender estes movimentos é necessário traçar três eixos pelo seu centro de gravidade, formando assim um triedro (Figura 1). Tem-se então: a) picar ou cabrar: este movimento traduz-se pelo ângulo de descida ou de subida respectivamente. Ocorre quando o mesmo gira em torno do eixo transversal; b) bancar ou rolar: manifesta-se pelo soerguimento de uma ou outra asa. Corresponde á inclinação em torno do eixo longitudinal; c) guinar: movimento em que é efetuada uma rotação em torno do eixo vertical.

14 6 Fonte: NASA (2005). Figura 1 Movimentos do aeromodelo 2.2 NAVEGAÇÃO Ao processo de determinação da posição e da velocidade ao longo do tempo de um dado veículo em relação a um sistema de coordenadas previamente fixado, dá-se o nome de navegação (OLIVEIRA, 2000, p. 31). Ainda, Oliveira (2000, p. 31) coloca que uma das tarefas do sistema de navegação é a determinação da orientação de um triedro fixo ao corpo em relação a um triedro externo ao corpo (normalmente considerado como inercial) Navegação Inercial Sakajiri (2008, p. 19) define os sistemas de navegação inercial como os únicos meio de navegação que não necessitam de informações externas para esta tarefa. Um sistema de navegação inercial possui sensores inerciais, girômetros e acelerômetros, que medem as velocidades angulares e acelerações lineares e por meio de algoritmos que calculam a posição atual da plataforma e atuam de maneira a mudar seu posicionamento para a posição desejada.

15 7 2.3 HARDWARE A seguir serão abordados os itens de hardware como: sensores, mecanismo atuador e microcontrolador Sensores Um sensor é definido como um dispositivo que recebe e responde a um estímulo ou sinal. Sensores são largamente usados na indústria e robótica. Entre eles, cita-se: a) acelerômetro: é um dispositivo eletromecânico com tamanho e custos reduzidos. Composto basicamente por duas superfícies de cerâmica polarizadas que quando submetidas a pressão mecânica geram uma carga elétrica, a qual é proporcional á força aplicada, sendo esta precisamente calculada utilizando a segunda lei de Newton, que diz que força é igual a massa vezes a aceleração (COELHO, 2007); b) girômetro: conforme descrito por Oliveira (2000, p. 91) em Estudo Estatístico dos Processos Envolvidos em uma Plataforma de Atitude Solidária, funciona como um rotor animado de uma alta velocidade de rotação, apoiado em uma montagem que permite o eixo de rotação inclinar-se livremente em relação à base na qual está montado. Esta propriedade permite descobrir qual a variação angular em relação à posição anterior Mecanismo Atuador O mecanismo atuador é definido por Bolton (1993, p. 11) como sendo o elemento no sistema de controle em malha fechada utilizado para provocar mudanças no processo de forma a corrigir o erro. Um exemplo de mecanismo é o servo, um dispositivo mecânico controlado eletrônicamente que faz a associação entre as partes eletrônica e mecânica.

16 Microcontrolador Em geral os microcontroladores são processadores de pequeno porte e baixo custo, possuindo em um único chip o processador, os registradores, a memória, as interfaces e os barramentos necessários para o seu funcionamento. Na história dos semicondutores, os microprocessadores foram os que mais rápido se difundiram, devido as suas caracteristicas como design simples, alta velocidade, grande diversidade de modelos e fabircantes, entre outras (PEREIRA, 2007, p. 17). Microcontroladores funcionam de maneira dedicada e são utilizados para controlar funções específicas. São encontrados geralmente dentro de outros dispositivos como: celulares, computadores de mão, MP3 players, entre outros. Possuem uma memória Read Only Memory (ROM) onde é armazenado o software, uma memória Random Access Memory (RAM) dedicada para o armazenamento de informações temporárias e uma Central Processing Unit (CPU) responsável por processar os dados do sistema. Os microcontroladores são dotados também de conexões paralelas, permitindo a interação com outros dispositivos (BRAIN, 2009, p. 2). 2.4 SISTEMA DE CONTROLE Um Sistema de Controle de Vôo (SCV) é um conjunto de sistemas computacionais embarcados ou não na aeronave, que permite controlar subidas, descidas, nivelamentos, entre outros. O principal objetivo de um SCV de uma aeronave é determinar e controlar a atitude e posição durante o vôo. A atitude é a orientação de uma aeronave no espaço de acordo com um sistema de referência fixo na própria aeronave (SAMPAIO, 2006, p. 72). O modelo de sistema de controle ideal para o desenvolvimento do protótipo consiste em um sistema de controle de malha fechada, descrito por Bolton (1993) como um sistema que é realimentado da saída para a entrada e usado para modificar a entrada, de tal maneira que a saída seja mantida constante mesmo com modificações nas condições de operação. Um sistema de malha fechada é constituído por subsistemas básicos, sendo eles: a) elemento de comparação: compara o valor desejado, ou de referência, da variável controlada com o valor medido e determina o sinal de erro que indica quanto o

17 9 valor da saída está desviado do valor desejado; b) elemento de controle: decide qual ação tomar quando recebe um sinal de erro; c) elemento atuador: é usado para provocar uma mudança no processo de forma a corrigir o erro; d) processo: o processo ou planta é o sistema no qual uma variável está sendo controlada; e) elemento de medida: gera um sinal relacionado com a condição da variável que está sendo controlada e fornece um sinal de realimentação para o elemento de comparação, para que ele determine se existe um erro. 2.5 TRABALHOS CORRELATOS Em relação aos trabalhos correlatos têm-se Co-Pilot Flight Stabilization System (FMA DIRECT, 2007) e o Sistema de Controle de Atitude Embarcado para Vôo Autônomo de Aviões em Escala (SAMPAIO, 2006). O FMA Direct (2007) é um sistema comercial que serve como um sistema de estabilização de vôo. O funcionamento deste sistema consiste em medir através de sensores infravermelho a diferença entre a terra e o dióxido de carbono na atmosfera, fornecendo em tempo real durante o dia ou durante a noite a posição em que se encontra. A sua ação pode ser visualizada como o equivalente a uma corda esticada no horizonte, entre a terra e o espaço, e o modelo se mantém sempre com esta corda posicionada em seu centro, de modo que ele somente assume outra posição se comandado pelo piloto. O sistema entra em funcionamento a partir do momento em que os controles são colocados na posição central, entendendo desta maneira que o modelo deva ser estabilizado. Porém, este sistema não funciona perfeitamente quando o tempo encontra-se nublado, devido a interferência causada pelas nuvens sobre os sensores. Sampaio (2006) desenvolveu um sistema que possui uma arquitetura embarcada dotada de sensores inerciais, tendo seu funcionamento de forma interativa com uma base de controle a qual envia informações de trajetória e o sistema embarcado, através do Global Positioning Sistem (GPS), determina as direções a serem seguidas. O projeto tem propósito para ser utilizado em sistemas de monitoramento ambiental e fins militares, objetivando fazer fotografias aéreas.

18 10 3 REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO O protótipo tem como Requisitos Funcionais (RF) e Requisitos Não Funcionais (RNF) os itens: a) o sistema deverá gravar as ações de correção tomadas para serem visualizadas após o vôo (RF); b) o protótipo deverá utilizar servo mecanismos para a interação com as superfícies de controle do aeromodelo (RF); c) o sistema deverá ser ativado e/ou desativado pelo piloto (RF); d) a comunicação entre as placas será feita de forma digital, isolando desta maneira cálculos específicos de cada placa (RNF); e) o sistema deverá interromper a queda do aeromodelo (RF); f) o sistema deverá utilizar sensores para efetuar as leituras do posicionamento do aeromodelo (RNF); g) o sistema de tomada de decisão e leitura de informações deverá ser implementado em C (RNF).

19 11 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Utilizando-se do contexto acima abordado, define-se a proposta de pesquisa e desenvolvimento de um protótipo de sistema que seja capaz de interpretar as informações fornecidas por sensores. Aplicando o conceito de sistema de malha fechada, com os dados obtidos dos sensores, corrigir a trajetória de queda do aeromodelo para uma trajetória segura. O desenvolvimento do sistema tem como base a utilização de hardware adquirido da empresa Spark Fun (SPARK FUN, 2009). O hardware é dotado de sensores como: girômetros e acelerômetros. Possui ainda um microcontrolador responsável por converter as medidas dos sensores transformando a entrada analógica em saída digital. O sistema de navegação será embarcado em um hardware adquirido da empresa Spark Fun (SPARK FUN, 2009), este responsável por interagir com os servomecanismos que serão utilizados para integrar a parte eletrônica com a mecânica, atuando nos controles de superfície do aeromodelo. Observa-se que a responsabilidade da aquisição dos hardwares citados acima, imprescindíveis para o desenvolvimento do protótipo, é do autor da proposta. Para os cálculos de tomada de decisão do sistema de navegação, faz-se necessário o estudo das tecnologias dos sensores analógicos utilizados no projeto, bem como o entendimento da forma com a qual o aeromodelo se comporta em relação aos controles aplicados a ele. Com relação aos sensores que serão utilizados, para solução proposta neste trabalho, não serão abordados cálculos de velocidade aerodinâmica, assumindo assim uma velocidade padrão para determinadas posições, estas sendo inclinação de subida e descida. Não será considerada a altura em que o modelo encontra-se. Para que se possa chegar a um bom resultado de correção do nivelamento, serão necessários vários testes para que seja possível definir qual a ordem de ação das tomadas de decisões do software. Em relação aos trabalhos correlatos, a solução proposta não sofrerá influência das condições climáticas, transmitindo assim uma maior confiança para a pessoa que se beneficia do uso da tecnologia.

20 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARDUINO. [S.l], Disponível em: < Acesso em: 01 feb BEIRES, J. Sarmento de. Aviação elementar: noções práticas para uso dos alunos-pilotos nas escolas de aviação civil. São Paulo: LEP, BOLTON, William. Engenharia de controle. Tradução Valceres Vieira Rocha e Silva. São Paulo: Makron Books, BRAIN, Marshall. Como funcionam os microcontroladores. [S.l], Disponível em: < Acesso em: 05 feb COELHO, Guilherme. Acelerômetros: o truque da detecção dos movimentos na nova geração de celulares. [S.l.], Disponível em: < Acesso em: 10 feb FMA DIRECT. Co-pilot flight stabilization system. Maryland,[2007?]. Disponível em: < Acesso em: 28 feb LANARI, Antônio P.; BORGES, Geovany A. Desenvolvimento de um sistema de localização 3D para aplicação em robôs aéreos Pesquisa (Engenharia Elétrica) - Universidade de Brasília, Brasília. Disponível em: < Acesso em: 11 feb NASA. Washington, Disponível em: < Acesso em: 27 feb OLIVEIRA, Adjame A. G. Estudo estatístico dos processos envolvidos em uma plataforma de atitude solidária f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Tecnologia Espaciais / Mecânica Espacial e Controle) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. PEREIRA, Fábio. Tecnologia ARM: microcontroladores de 32 bits. São Paulo: Érica, ROCHA, Luciano V. Algoritmo de alinhamento e nivelamento de um sistema de navegação inercial do tipo solidário ( STRAPDOWN ) f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro.

21 13 SAKAJIRI, Alberto H. Processamento digital de sinais de um giroscópio a fibra óptica modulado por onda quadrada f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica) Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Disponível em: < BDIT>. Acesso em: 14 feb SAMPAIO, Ronivaldo P. Sistema de controle de atitude embarcado para vôo autônomo de aviões em escala f. Dissertação (Mestrado em Mecatrônica) Escola politécnica e Instituto de Matemática, Universidade Federal da Bahia, Salvador. Disponível em: < Acesso em: 01 mar SPARK FUN. Boulder, Disponível em: < Acesso em: 01 mar