Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em um cartão SD baseado em microcontroladores PIC. O sistema adquire dados de um acelerômetro de 3 eixos, um girômetro de 3 eixos e um receptor GPS e armazena estas informações no cartão SD para análise posterior, visando caracterizar a dinâmica de um veículo elétrico.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO FINAL DE CURSO
IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE
AQUISIÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS
DE SENSORES EM CARTÃO SD BASEADO A
PIC
ALUNO: Caio Eduardo Silva
ORIENTADOR: Leonardo Adolpho Rodrigues da Silva
Dezembro
2012

2. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO FINAL DE CURSO
IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE
AQUISIÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS
DE SENSORES EM CARTÃO SD BASEADO A
PIC
Trabalho Final de Curso submetido ao
Departamento do Curso de Engenharia
Elétrica, da Universidade Federal de São João
del-Rei, como requisito parcial para obtenção
do título de Engenheiro Eletricista.
Dezembro
2012
2

3. AGRADECIMENTOS
Começo agradecendo a Deus, pois sem ele tudo seria mais difícil, senão impossível.
Nele sempre tive o suporte quando mais precisei e por sempre ter iluminado e abençoado meu
caminho.
Agradeço aos meus pais Gilmar José da Silva e Tânia Aparecida de Miranda Silva
pelo apoio constante durante toda minha vida; vocês são meus heróis e sem vocês nada disso
seria possível e nem faria sentido. Agradeço também ao meu irmão Leonardo Henrique Silva
pelo apoio de sempre.
Meus mais sinceros agradecimentos a todos meus professores do Departamento de
Engenharia Elétrica, principalmente àqueles que mesmo diante de todos os tipos de
dificuldades enfrentadas durante nosso curso, fizeram de tudo para nos tornar os melhores
engenheiros e pessoas que podiam. Agradeço em especial ao meu orientador, Leonardo
Adolpho Rodrigues da Silva, pelas conversas, por estar sempre disposto a me ensinar e pelos
conselhos.
Por fim, mas não menos importantes, agradeço aos meus amigos Deyson Sidney,
Fernando Aparecido, Júlio César, Marcelo Junio, Philipe José, Ricardo Eurico, Tatiane Alice,
Wesley Josias e a todos integrantes da turma 07090 e agregados, pelo apoio nos momentos
mais difíceis e pelo conhecimento partilhado. Vocês jamais serão esquecidos.
3

4. SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. 3
RESUMO .................................................................................................................................. 6
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. 7
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 8
1.1 RELEVÂNCIA DO TEMA......................................................................................... 8
1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 9
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ........................................................................ 10
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 11
2.1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS (DATA LOGGER) ................................. 11
3. DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 14
3.1 CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE UM VEÍCULO TERRESTRE.................. 14
3.1.1 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO AO VEÍCULO ............ 14
3.1.2 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO A TERRA .................... 15
3.2 CONVERSÃO DIGITAL - ANALÓGICO (D/A) .................................................... 16
3.3 ACELERÔMETRO ................................................................................................... 16
3.4 GIRÔMETRO ........................................................................................................... 17
3.5 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS) ........................................... 18
3.5.1 PROTOCOLO NMEA 0183 .............................................................................. 18
3.5.2 RECEPTOR GPS FASTRAX UP501 ................................................................ 19
3.6 COMUNICAÇÃO SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS)....................... 19
3.7 CARTÕES DE MEMÓRIA ...................................................................................... 20
3.7.1 CARTÃO SD (Secure Digital Card) .................................................................. 20
3.7.2 ESTRUTURA DETALHADA ........................................................................... 21
3.8 SISTEMA DE ARQUIVOS ...................................................................................... 21
3.9 MICROCONTROLADOR ........................................................................................ 22
4

5. 3.10 GRAVADOR DE PIC ............................................................................................... 22
3.11 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA ................................................................... 23
3.11.1 SOFTWARE ...................................................................................................... 23
3.11.2 SIMULAÇÃO ........................................................................................................ 25
3.11.3 HARDWARE ..................................................................................................... 27
4. RESULTADOS ............................................................................................................... 30
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 36
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 37
ANEXO I ................................................................................................................................. 40
ANEXO II ............................................................................................................................... 45
ANEXO III .............................................................................................................................. 46
ANEXO IV .............................................................................................................................. 47
5

6. RESUMO
Atualmente tem havido uma enorme busca por veículos elétricos cada vez mais
eficientes. Com o intuito de auxiliar um melhor dimensionamento dos atuadores de potência
destes, foi implementado um sistema baseado em microcontroladores PIC capaz de realizar a
aquisição de sinais de diversos sensores, tratá-los e os armazenar estes dados em cartão SD
para posterior análise. O mesmo disponibiliza, também, por meio de um conversor digital
analógico um sinal correspondente à velocidade desenvolvida pelo veículo no qual o sistema
estiver embarcado. A análise dos dados armazenados poderá contribuir para o
desenvolvimento de veículos elétricos, tema tão discutido atualmente e que se mostra um
grande campo de estudo, o que motivou o desenvolvimento de tal trabalho. O sistema é
composto por microcontroladores PIC, um acelerômetro de 3 eixos, um girômetro de 3 eixos
e um receptor GPS que fornece o trajeto do veículo e a velocidade desenvolvida pelo mesmo,
e por fim, um cartão SD onde os dados serão armazenados.
Palavras chave: microcontrolado, PIC, acelerômetro, girômetro, GPS, cartão SD.
6

7. LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Composição Setorial do Consumo de Derivados de Petróleo .................................. 8
Figura 2 – Sistema de Coordenadas SAE................................................................................. 14
Figura 3 – Veículo num Sistema de Coordenadas Referenciado a Terra ................................. 15
Figura 4: Rede R/2R ................................................................................................................. 16
Figura 5: Acelerômetro MMA7361 ......................................................................................... 17
Figura 6: Girômetros LPY550AL e LPR550AL ...................................................................... 17
Figura 7: Barramento SPI Típico (1 Mestre e 3 Escravos Independentes) .............................. 19
Figura 8: Cartões SD ................................................................................................................ 20
Figura 9: Gravador Multi PIC Programmer 5 Versão 2 ........................................................... 23
Figura 10: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de aquisição de dados ............ 24
Figura 11: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de gravação de dados ............. 25
Figura 12: Simulação do sistema ............................................................................................. 26
Figura 13: PCI da fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados ........ 27
Figura 14: PCI do sistema de aquisição de dados .................................................................... 27
Figura 15: PCI do sistema de gravação de dados ..................................................................... 28
Figura 16: Fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados ................... 28
Figura 17: Sistema de aquisição de dados ................................................................................ 28
Figura 18: Sistema de gravação de dados ................................................................................ 29
Figura 19: Trajeto percorrido traçado no Google Earth ........................................................... 30
Figura 20: Velocidade desenvolvida pelo veículo ................................................................... 31
Figura 21: Velocidade de giro - Eixo Roll .............................................................................. 31
Figura 22: Velocidade de giro - Eixo Pitch ............................................................................. 31
Figura 23: Velocidade de giro - Eixo Yaw ............................................................................. 32
Figura 24: Aceleração – Eixo X ............................................................................................... 33
Figura 25 Aceleração – Eixo Y ................................................................................................ 33
Figura 26 Aceleração – Eixo Z ................................................................................................ 33
Figura 27: Perfil de elevação do trajeto percorrido .................................................................. 35
7

8. 1. INTRODUÇÃO
1.1 RELEVÂNCIA DO TEMA
Atualmente muito tem se discutido a respeito do desenvolvimento de formas para que
se diminua o consumo de combustíveis fósseis, já que a queima destes produzem grandes
quantidades de gases estufa e consequentemente contribuem de forma muito significativa para
poluição atmosférica e o aquecimento global.
Como apresentado em Queiroz (2006), no Brasil, o transporte rodoviário é o principal
meio de transporte de passageiros. As crescentes taxas de população urbana, a deficiência de
políticas públicas de transporte em massa e a retomada do crescimento econômico têm
implicado num aumento espantoso da motorização individual. Segundo dados da CETESB
citados por Queiroz (2006) a frota nacional de automóveis e veículos comerciais leves
aumentou de 10,325 milhões em 1990 para mais de 27 milhões em 2005, o que implica num
grande aumento dos poluentes emitidos na atmosfera.
Segundo dados do Ministério de Minas e Energia (2011), o setor de transportes em
2010 foi responsável pela maior parte do consumo de derivados do petróleo, como mostrado
na Figura 1 a seguir, e assim a utilização de outra forma de energia em veículos automotores
levaria a uma redução muito grande do consumo dos combustíveis fósseis.
Figura 1 – Composição Setorial do Consumo de Derivados de Petróleo
Fonte: Ministério de Minas e Energia (2011).
8

9. Como citado anteriormente, a queima de combustíveis fósseis contribui de forma
muito significativa para poluição atmosférica, e como dito por Queiroz (2006) a Organização
Mundial da Saúde (OMS) estima que a poluição atmosférica é responsável por cerca de 20%
a 30% das doenças respiratórias e entre 4% e 8% das mortes prematuras, o que é bastante
preocupante.
Segundo Baran e Legey (2010) a história dos veículos elétricos começa em meados do
século XIX, mas devido a diversos fatores a partir de 1930 passaram a ser produzidos numa
escala cada vez menor. Ainda segundo Baran e Legey (2010) somente após a década de 60 ,
quando a opinião pública começou a se voltar para os problemas ambientais, os automóveis
elétricos voltaram a atrair a atenção das grandes montadoras.
Começa então uma corrida para o desenvolvimento de veículos elétricos cada vez mais
eficientes. Nesse sentido, surge a ideia da construção de um sistema de aquisição de sinais de
diversos sensores embarcados em um veículo. Sensores como receptores GPS, acelerômetros,
girômetros, de forma a possibilitar a caracterização dinâmica de um veículo e então contribuir
para um melhor dimensionamento dos atuadores de potência do mesmo entre outros.
1.2 OBJETIVOS
Por meio de um estudo adequado, busca-se desenvolver um sistema de aquisição de
dados, capaz de realizar a aquisição de sinais de diversos sensores e armazenamento destes
dados para posterior análise, com vistas à caracterização dinâmica de um veículo elétrico.
Pretende-se desenvolver um sistema de aquisição que faça a aquisição dos sinais dos
dispositivos a seguir:
 1 receptor GPS com taxa de atualização padrão de 1 Hz;
 1 acelerômetro de três eixos (ax,ay,az);
 1 girômetro de três eixos (Roll, Pitch, Yaw);
E que possua as seguintes especificações:
 6 entradas analógicas de 3,3V, resolução de 10 bits e taxa de aquisição de 1 Hz;
 1 canal serial com uma taxa de recepção/transmissão de 9600bps;
 1 saída analógica de velocidade, resolução de 10 bits, taxa de atualização de 1Hz e
faixa de 0 a 3,3V (0 a 200 Km/h);
 Memória Flash, cartão SD de até 2 Gb (Limitação do sistema de arquivos FAT16).
9

10. 1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O presente trabalho é constituído de cinco seções, incluindo este texto introdutório.
A seção 2 apresenta uma revisão bibliográfica sucinta sobre sistemas de aquisição de
dados, Data Loggers, em diversas aplicações e suas aplicações no desenvolvimento de
veículos elétricos.
Na seção 3 são apresentados conceitos teóricos importantes para a caracterização
dinâmica de um veículo elétrico, as características dos dispositivos e tecnologias utilizadas no
desenvolvimento deste trabalho. Além da apresentação do desenvolvimento do sistema, sendo
este desenvolvimento dividido em: desenvolvimento do software, simulação e confecção do
hardware.
Na seção 4 são apresentados os resultados obtidos com o desenvolvimento deste
sistema.
Na seção 5 tem-se a conclusão do trabalho, onde são discutidos os ganhos obtidos com
o desenvolvimento do mesmo e são feitas propostas de trabalhos futuros e melhorias no atual
sistema para torná-lo mais eficiente.
10

11. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS (DATA LOGGER)
Segundo Hackbart (2008) o Data Logger é um circuito eletrônico constituído de
hardware e software, cuja função consiste em um sistema de coleta e armazenamento
cronológico de dados sem a interferência humana. Esse circuito permite salvar os dados junto
aos sensores sem a necessidade de transmissão sem fio dos dados coletados.
Os Data Loggers vem sendo utilizados em diversos campos, para monitorar diversos
processos e então, obter mais informações sobre os mesmos. Iscold et. al. (2005) utilizam os
Data Loggers com o intuito de apresentar uma solução viável para ensaios de aeronaves
leves. Desenvolvem então, no Centro de Estudos Aeronáuticos da UFMG um sistema de
aquisição de dados, que combina a tecnologia dos microcontroladores PIC e palmtops (PDA)
para realizar a leitura e gravação dos dados de acelerômetros, receptor GPS (Garmin 16A)
com taxa de atualização de 5 Hz e muitos outros.
Coopmans e Chen (2008) desenvolvem um Data Logger espaço temporal (SEAL) que
utiliza um microcontrolador Atmel AT90USB1287, possui um GPS de com taxa de
atualização de 2Hz, bateria de polímero de íons de lítio, memória flash de alta densidade e
interface USB. Segundo Coopmans e Chen (2008) seu SAD (Sistema de Aquisição de Dados)
é adequado para a utilização em VANT´s (Veículos Aéreos não Tripulados) por ser,
compacto, autossuficiente e leve. A interface de sensores de CO2 e NH3 é realizada e o
sistema é colocado em um carro para mapear a presença destas substâncias numa determinada
região e segundo estes, posteriormente com o auxílio de aplicativos de mapeamento como o
Google Earth e/ou NASA WorldWind pode-se realizar a visualização dos dados gravados.
Iniciando o uso de Data Loggers a veículos automotivos Sallehuddin (2008)
desenvolve um sistema que tem não só a capacidade de registrar os dados de um veículo, mas
também processar as informações recebidas pelo receptor GPS, de forma a obter alguns dados
específicos, gravá-los em cartões multimídia (MMC) e tornar o sistema mais agradável ao
usuário utilizando o sistema de comunicação global (GSM).
Fertitta et. al. (2009) desenvolve também outro estudo envolvendo veículos
automotivos, neste estudo é desenvolvido um Data Logger muito compacto e de alta
performance para testes em veículos. Utiliza interface CAN (Controller Area Network) que
11

12. permite facilmente múltiplos esquemas de aquisição, e possui alta taxa de aquisição de dados,
até 100 Kbps/ch.
Segundo Fertitta et. al. (2009) atualmente os produtos comerciais disponíveis se
situam em duas categorias principais. Sistemas de aquisição de dados baseados em
computador ou Data Loggers autônomos. Sendo a primeira mais comum e flexível, mas
caracterizada por ocupar grandes volumes, alto consumo de energia, além de moderada
tolerância à vibração. Já a segunda é representada por uma unidade autônoma, capaz de
gravar os sinais dos sensores ou do barramento de dados do veículo.
No mesmo âmbito de veículos automotivos Sakhi et. al. (2009) propuseram projetar
um sistema embarcado a fim de coletar dados de movimento e determinar um modelo
comportamental de veículos.
Já na esfera de veículos elétricos, Costa (2009) propõe a implementação de um
controlador de tração num veículo elétrico, para tal utiliza um Data Logger responsável pela
obtenção de parâmetros indispensáveis para o desenvolvimento do modelo do veículo elétrico
em questão. Costa (2009) realiza um ótimo trabalho de pesquisa onde sumariza vários tipos
de sistemas Data Logger existentes no automobilismo esportivo, para traçar os requisitos do
seu sistema Data Logger. Em sua pesquisa pode-se perceber que no automobilismo esportivo
os Data Loggers utilizados possuem altas taxas de aquisição de dados, chegando a até 4 KHz.
Este faz uma comparação das principais características destes sistemas na Tabela 1 mostrada a
seguir.
Tabela 1: Comparação das Principais características dos sistemas Data Logger.
DL1 Digitek Cobra Digitek Shark RDL
8 entradas 16 entradas 16 entradas
Entradas 12 entradas
12 bit 12 bit 12 bit
Analógicas
0 – 12 V 0–5V 0–5V
4 entradas de 4 entradas de
Entradas 2 rpm
velocidade e velocidade e
Digitais 4 velocidade
rpm rpm
GPS 5 Hz e
Sensores
acelerômetros
Embutidos
de 3 eixos
256 MB de
Armazenamento Compact Flash 32 MB de
64 MB memória
de Dados 32MB – 2 GB memória interna
interna, Cartão
CAN CAN
CAN
Comunicação RS232 Ethernet ARC Net
Ethernet
RS232, RS485 Ethernet
Alimentação 12V 7 – 18 V 7 – 18 V
Fonte: Costa (2009).
12

13. Mais recentemente Norma et. al. (2011) desenvolvem um sistema de monitoramento
online de variáveis de um veículo. Tem como objetivo gravar sua velocidade, rotações e
temperatura do motor, volume de combustível e distância percorrida. Os dados são salvos na
memória do microcontrolador e posteriormente são transmitidos pelo padrão de envio de
dados seriais RS 232, para um computador onde os dados são analisados e validados por meio
de dados de um navegador GPS externo.
Os estudos apresentados que utilizam receptores GPS, citam que possuem receptores
com taxas de atualização que vão de 1 Hz até 5 Hz como Iscold et. al. (2005). No mercado,
receptores GPS com taxas de atualização acima de 10Hz são bem raros e utilizados em
aplicações muito específicas. Neste estudo pretende-se utilizar um receptor GPS com taxa de
atualização padrão de 1 Hz, podendo o mesmo ser configurado para trabalhar com uma taxa
de atualização de até 10 Hz e então obter uma maior sensibilidade com relação à velocidade
desenvolvida pelo veículo. Por considerar sua taxa de atualização padrão suficiente para o
estudo em questão a mesma será utilizada.
Com relação às formas de armazenamento dos dados, cada estudo adota uma forma
diferente, devido ao custo envolvido, tempo de desenvolvimento, materiais disponíveis entre
outros. Costa (2009) faz uma análise com relação a isto, e apesar de não considerar a memória
interna da placa utilizada a melhor alternativa do ponto de vista técnica, resolve adotá-la, pois
as outras soluções poderiam aumentar o tempo e o custo de desenvolvimento do sistema.
Uma solução muito interessante é apresentada por Coopmans e Chen (2008) que
utilizam cartões MicroSD juntamente com o sistema de arquivos FAT16 da Microsoft como
forma de armazenamento, e justificam a escolha citando que desta forma pode criar arquivos
facilmente modificáveis em qualquer sistema operacional moderno além do pequeno tamanho
destes cartões. Outra justificativa apresentada é o fato de que diversos fabricantes de
computadores portáteis já incluem leitores destes cartões.
13

14. 3. DESENVOLVIMENTO
3.1 CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE UM VEÍCULO
TERRESTRE
De acordo com Gillespie (1992) o assunto dinâmica de veículos diz respeito aos
movimentos destes na superfície das estradas, sendo os movimentos de interesse a aceleração
e frenagem, o percurso e curvas. Onde o comportamento dinâmico é determinado pelas forças
impostas ao veículo a partir dos pneus, gravidade e aerodinâmica.
Gillespie (1992) considera o veículo uma massa concentrada em seu centro de
gravidade, momentos de inércia rotacionais apropriados o que segundo o mesmo é
dinamicamente equivalente ao veículo em todos os seus movimentos onde é razoável assumir
o veículo como sendo rígido. Apresenta dois sistemas de coordenadas adotados por
convenção pela SAE, sendo o primeiro referenciado ao próprio veículo e o segundo a Terra.
Figura 2 – Sistema de Coordenadas SAE
Fonte: adaptado de Gillespie (1992).
3.1.1 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO AO VEÍCULO
Neste o centro de gravidade é a origem do sistema de coordenadas e pela convenção
SAE, as coordenadas são:
x – Para frente e no plano longitudinal de simetria.
y – Para fora da lateral direita do veículo.
z – Para baixo com relação ao veículo.
p – Velocidade de rolagem sobre o eixo x.
q – Velocidade de arfagem sobre o eixo y.
r – Velocidade de guinada sobre o eixo z.
14

15. 3.1.2 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO A TERRA
Atitude e trajetória do veículo através de um curso de manobra definido em relação ao
sistema de coordenadas ortogonal da mão direita referenciado à Terra, onde as coordenadas
são:
X – Deslocamento para frente.
Y – Deslocamento para a direita.
Z – Deslocamento vertical (Positivo para baixo).
Ψ – Ângulo de ataque (ângulo entre x e X no plano do terreno).
ν – Ângulo de curso (ângulo entre o vetor velocidade do veículo e o eixo X ).
β – Ângulo de derrapagem (ângulo entre o eixo x e o vetor velocidade do veículo).
Figura 3 – Veículo num Sistema de Coordenadas Referenciado a Terra
Fonte: adaptado de Gillespie (1992).
Segundo Caldas (2008 apud Robert, 1986, p. 26), as características dos veículos
terrestres são definidas de acordo com os termos abaixo, sendo que cada um está relacionado
a uma das dinâmicas ao longo dos eixos de referência:
 Desempenho: capacidade do veículo de acelerar e desacelerar, sendo relacionado com
a dinâmica longitudinal (eixo x);
 Dirigibilidade: é a resposta do veículo aos comandos aplicados pelo condutor no
volante e a sua estabilidade em relação às excitações externas, sendo relacionada com
a dinâmica lateral (eixo y);
 Conforto: são as respostas do veículo às vibrações provocadas pelo terreno sobre o
qual trafega, sendo relacionada com a dinâmica vertical (eixo z).
15

16. 3.2 CONVERSÃO DIGITAL - ANALÓGICO (D/A)
Diversas são as formas de se converter um sinal digital em analógico e segundo
ehobbycorner (n.d.) a rede R/2R é a mais simples e popular delas. Desta forma esta será
utilizada neste estudo, a mesma terá uma resolução de 10 bits, taxa de atualização de 1 Hz e
faixa de 0 a 3,3V (0 a 200 Km/h). Na Figura 4 a seguir é mostrada uma rede R/2R de 10 bits.
Figura 4: Rede R/2R
Fonte: adaptado de ehobbycorner (n.d.).
O funcionamento destas redes é bem simples, cada entrada digital “enxerga” a rede
como um divisor de tensão, entregando seu peso binário à saída. Se o dígito mais significativo
(MSB) está em nível alto, metade da tensão aplicada a esta entrada pode ser medida na saída.
O próximo dígito irá colocar na saída um quarto de sua tensão e assim sucessivamente. E a
Equação (1) a seguir apresenta como é determinada a tensão da saída analógica.
( ) (1)
Sendo Dx o dado binário (0 ou 1) do pino x e VLOGIC é a tensão lógica de nível alto
aplicada às entrada. Para este trabalho a tensão lógica de nível alto será de 3,3V.
3.3 ACELERÔMETRO
Acelerômetros são dispositivos que medem aceleração. Neste trabalho são medidas as
acelerações longitudinal, lateral e vertical do veículo por meio do acelerômetro MMA7361L.
16

17. Figura 5: Acelerômetro MMA7361
Fonte: Sparkfun (n.d.).
O MMA7361L é um acelerômetro de 3 eixos de baixo consumo, opera com uma
tensão de alimentação de 3,3V, possui sistema de condicionamento de sinal utilizando filtros
passa baixas, sistema para seleção de faixa (±1,5G ou ±6G) e é usualmente utilizado para
detecção de queda livre e como sensor de movimento. Para este trabalho será utilizado a faixa
de ±1.5G e a sensibilidade de 800 mV/G.
3.4 GIRÔMETRO
O girômetro é um dispositivo que mede velocidades angulares e permite determinar a
atitude do veículo em relação a sua trajetória. Neste trabalho são medidas as velocidades
angulares nos eixos de guinada, rolagem e arfagem do veículo por meio de dois girômetros de
dois eixos, LPY550AL e LPR550AL, os quais operam com uma tensão de alimentação de
3,3V.
Figura 6: Girômetros LPY550AL e LPR550AL
Fonte: Pololu (n.d.).
Os girômetros utilizados possuem uma faixa de medição configurável (±500°/s e
±2000°/s), sendo utilizados neste trabalho a faixa de ±500°/s e a sensibilidade de 2mV/°/s.
17

18. 3.5 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS)
O Global Positioning System (GPS), ou em português Sistema de Posicionamento
Global é um sistema de navegação por satélite formado por uma “constelação” de 24 satélites
bem espaçados que orbitam a Terra e permitem que um receptor móvel localize com precisão
sua localização geográfica desde que se encontre no campo de visão de no mínimo quatro
satélites (searchmobilecomputing, n.d.).
O desenvolvimento do sistema americano foi iniciado em 1973 pelo
Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América para que pudesse superar as
limitações dos sistemas de navegação existentes (Bernardi & Landim, 2002).
3.5.1 PROTOCOLO NMEA 0183
Os aparelhos e chips GPS no mercado utilizam o protocolo NMEA 0183, que é um
conjunto de especificações de dados e elétricas para comunicação de dispositivos eletrônicos
de navegação. Os dados são enviados pela porta serial na forma de caracteres ASCII, as
sentenças se iniciam pelo caractere “$” e terminam com <CR><LF> (NMEA, 2001).
Neste trabalho a sentença a ser utilizada será a identificada por RMC (Recommended
Minimum Navigation Information, ou em português Informação Mínima Recomendada para
Navegação), que segue o seguinte formato.
Tabela 2: Formato da Sentença Utilizada
Velocidade acima do solo em milhas
1 Hora (UTC) 7
náuticas
Status - “A” = informação válida e “V” =
2 8 Heading (Direção)
informação inválida
3 Latitude 9 Data – DDMMAAA
4 N ou S, para Norte ou Sul 10 Variação magnética em graus
Letra que denota a direção da variação
5 Longitude 11
magnética, E ou W, para Leste ou Oeste
6 E ou W, para Leste ou Oeste 12 Checksum (Verificação)
Fonte: The NMEA 0183 Protocol (2001).
18

19. 3.5.2 RECEPTOR GPS FASTRAX UP501
O receptor GPS UP501 da Fastrax possui uma antena integrada o que possibilita uma
navegação de alto desempenho nas aplicações mais exigentes mesmo em ambientes de baixa
visibilidade de satélites. Possui 66 canais de aquisição e 22 de rastreamento, uma taxa de
atualização configurável de até 10 Hz. A comunicação com este é módulo é feita de forma
serial (8 bits, sem paridade, 1 bit de parada), por meio do protocolo NMEA 0183 (Fastraxgps,
n.d.).
O receptor utilizado opera com uma tensão de alimentação de 3,3V e será utilizado
com uma taxa de transmissão de dados de 9600bps e taxa de atualização de 1 Hz.
3.6 COMUNICAÇÃO SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS)
A comunicação SPI é um protocolo síncrono desenvolvido pela Motorola, que opera
no modo full duplex e é composto por 4 canais. Os dispositivos se comunicam num modo
mestre/escravo onde o mestre inicia a comunicação (Wikipedia - Serial Peripheral Interface
Bus, n.d.).
A Figura 7 abaixo mostra a disposição de um barramento SPI típico, formado por um
mestre e três escravos independentes.
Figura 7: Barramento SPI Típico (1 Mestre e 3 Escravos Independentes)
Fonte: Wikipedia - Serial Peripheral Interface Bus, (n.d.).
19

20. 3.7 CARTÕES DE MEMÓRIA
Segundo Ibrahim (2010) um cartão de memória flash é um dispositivo de
armazenamento de dados e foi inicialmente desenvolvido pela Toshiba na década de 80 e
estes guardam os dados mesmo depois que a fonte de energia é desconectada. Isto é a chave
para as aplicações que utilizam cartões de memória flash, como por exemplo, telefones
celulares, câmeras digitais e MP3 Players. Diversos são os tipos me memória flash, como por
exemplo: Cartão Smart Media (SM), Cartão Multimedia (MMC), Cartão Compact Flash
(CF), Cartão Memory Stick (MS), Microdrive, Cartão xD e Cartão Secure Digital (SD).
3.7.1 CARTÃO SD (Secure Digital Card)
Este é o mais amplamente utilizado nos dias de hoje, e foi inicialmente desenvolvido
pela Matsushita, Sandisk e Toshiba em 2000. Os cartões SD comuns estão disponíveis com
capacidades que vão de 4MB a 4GB, um novo tipo de cartão SD chamado de cartão SD de
alta capacidade (SDHC) foi desenvolvido com capacidades de até 32GB. Por fim uma nova
especificação chamada de “eXtended Capacity” (SDXC) permite que as capacidades cheguem
a 2 TB. A taxa de transferência de dados é de aproximadamente 15-20 MB/s e os cartões SD
normais operam com tensões entre 2,7 e 3,6V (Ibrahim, 2010).
Apresentam-se em diferentes tamanhos e são classificados em: SD normal, miniSD e
microSD, como pode ser observado na Figura 8 abaixo.
Figura 8: Cartões SD
Fonte: Ibrahim (2010)
20

21. 3.7.2 ESTRUTURA DETALHADA
Os cartões SD normais possuem 9 pinos e uma chave de proteção contra escrita
indesejada. Estes podem operar de dois modos: o modo barramento SD (SD Bus Mode) e o
modo barramento SPI (SPI Bus Mode), sendo que o modo barramento SD é modo nativo
deste cartão, onde todos os pinos são utilizados; os dados são transferidos utilizando quatro
pinos (D0-D3), um pino de clock e uma linha de comando (Ibrahim, 2010).
Mas o modo mais amplamente utilizado é o modo barramento SPI (SPI Bus Mode),
que permite que os dados sejam transferidos em duas linhas (D0 e DI) no formato serial
usando um pino de seleção de chip (CS) e uma linha de clock (CLK). Este modo é mais fácil
de se utilizar, mas tem desempenho reduzido em relação ao modo barramento SD (SD Bus
Mode) (Ibrahim, 2010).
3.8 SISTEMA DE ARQUIVOS
Um sistema de arquivos é uma estrutura que determina como os arquivos serão
guardados, acessados, copiados, alterados e até apagados. Este então faz se necessário para
qualquer manipulação de dados em um dispositivo de armazenamento (Alecrim, 2011).
FAT é o acrônimo de “File Allocation Table”, ou em português, Tabela de Alocação
de Arquivos, sua primeira versão surgiu em 1977 onde operava com o sistema operacional
MS-DOS e seguiu sendo utilizado até o Windows 95. Nada mais é do que uma espécie de
tabela que indica onde estão os dados de cada arquivo, pois o espaço destinado ao
armazenamento dos dados nos dispositivos de armazenamento é dividido em blocos (clusters)
e os arquivos podem ocupar mais de um bloco e não necessariamente os blocos são
sequenciais, desta forma, faz se necessária esta tabela que os organiza (Alecrim, 2011).
Com o desenvolvimento dos dispositivos de armazenamento, os quais tiveram suas
capacidades de armazenamento aumentadas este se tornou ineficaz, pois o mesmo só possuía
12 bits de endereçamento, ou seja, 212 = 4096 setores com tamanho máximo de 4 KB,
resultando numa capacidade máxima de 16MB, o que é quase nada para os dias de hoje. Foi
então desenvolvido o FAT16, sistema de arquivos que será utilizado neste estudo, o qual
ainda é amplamente utilizado apesar de ter sido substituído pela Microsoft em 1996 com o
lançamento do FAT32. O FAT16 possui 216 = 65536 setores com tamanho máximo de 32KB,
ou seja, 2GB, o que é suficiente para o estudo em questão (Alecrim, 2011).
21

22. 3.9 MICROCONTROLADOR
Em poucas palavras, poderíamos definir o microcontrolador como um “pequeno”
componente eletrônico, dotado de uma “inteligência” programável, utilizado no controle de
processos lógicos (Souza, 2001).
Os microcontroladores PIC são fabricados pela Microchip e estes têm núcleos de
processamento de 12, 14 e 16 bits. Vários são os modelos disponíveis e estes contam com
uma enorme diversidade de periféricos internos. Apresentam uma arquitetura Harvard, onde a
memória de dados está separada da memória de programa. Assim, é possível um acesso
concorrente às duas memórias e assim, obter uma maior velocidade de funcionamento. São
dispositivos RISC (Reduced Instruction Set Computer) onde as instruções levam
aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas (Wikipedia -
Microcontrolador PIC, n.d.).
Estes microcontroladores podem ser programados em diversas linguagens, como
Assembly, Basic, e C, sendo esta última, a linguagem utilizada neste trabalho. Dois foram os
compiladores utilizados para a programação destes microcontroladores, PCWHD v1.114 PIC
C Compiler da CCS e o Mikro C PRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica.
O microcontroladores escolhidos para este estudo foram o PIC18LF4620 e o
PIC18LF452 da Microchip, e estes foram escolhidos devido ao seu baixo custo, elevada
memória, além do grande número de periféricos internos disponíveis.
3.10 GRAVADOR DE PIC
Para a gravação dos microcontroladores foi utilizado o gravador serial Multi PIC
Programmer 5 Versão 2, que foi projetado por Feng3 e baseado nos programadores JDM.
Este é capaz de programar uma grande diversidade de modelos de forma simples e rápida com
uso de um software, neste estudo o software utilizado nas gravações foi o PICPgm
Development Programmer 1.5.8.0. O gravador já havia sido anteriormente construído por
mim em placa de circuito impresso e na Figura 9 a seguir pode se observar uma fotografia do
mesmo.
22

23. Figura 9: Gravador Multi PIC Programmer 5 Versão 2
Fonte: Própria (2012).
3.11 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA
O desenvolvimento do sistema foi dividido em três etapas: desenvolvimento do
software, simulação e confecção do hardware.
3.11.1 SOFTWARE
A implementação dos algoritmos de cada um dos microcontroladores foi realizada em
softwares distintos. O algoritmo do microcontrolador responsável pela aquisição dos dados
dos sensores foi implementado no PCWHD v1.114 PIC C Compiler da CCS enquanto o
algoritmo do microcontrolador responsável pela gravação dos dados foi implementado no
Mikro C PRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica.
A decisão de implementar os sistemas em compiladores distintos, se deve ao fato de o
autor ter uma maior familiaridade com o software PIC C Compiler, onde o mesmo iniciou o
desenvolvimento deste trabalho. Mas como uma grande dificuldade de implementação da
estrutura de gravação de dados utilizando o sistema de arquivos FAT e este software foi
percebida, decidiu-se pela a implementação do sistema de gravação de dados no Mikro C
PRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica, no qual foi possível obter uma maior quantidade
de informações sobre como implementar o sistema de arquivos FAT e rapidamente a situação
foi resolvida.
Nas Figuras 10 e 11 a seguir são apresentados fluxogramas simplificados dos
algoritmos implementados nos dois microcontroladores utilizados para um melhor
entendimento dos mesmos.
23

24. Figura 10: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de aquisição de dados
Fonte: Própria (2012).
24

25. Figura 11: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de gravação de dados
Fonte: Própria (2012).
Nos anexos I, II são apresentados os algoritmos do sistema de aquisição de dados e do
sistema de gravação de dados respectivamente.
3.11.2 SIMULAÇÃO
Com o intuito de testar e aperfeiçoar o código desenvolvido, foi utilizada a interface
de simulação ISIS do software Proteus 7 Professional da Labcenter Electrocnics, como pode-
se observar na Figura 12 a seguir.
25

26. Figura 12: Simulação do sistema
GND
GND
ACELERÔMETRO VDD
CONVERSOR D/A
RV1 RV2 RV3 C2 C1 R21 VOUT
B10
22pF 22pF
X1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE SINAIS 10k2
X Y Z
10%
20%
30%
U1 R22
X 2 15
RA0/AN0/C1IN- RC0/T1OSO/T13CKI 5k6
Y 3 16
CRYSTAL GND 4
RA1/AN1/C2IN- RC1/T1OSI/CCP2B
17 B9
R20
1k 1k 1k
RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A
GND VDD5 18
RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL 10k2
6 23
RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA
Z 7 24 R11
RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO
14 25 TX_RX
RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK 5k6
13 26 RX_TX
GIRÔMETRO VDD
RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT
33 19 B1 B8
R19
RB0/AN12/FLT0/INT0 RD0/PSP0
34 20 B2
RV4 RV5 RV6 RB1/AN10/INT1 RD1/PSP1 10k2
35 21 B3
RB2/AN8/INT2 RD2/PSP2
36 22 B4 R10
RB3/AN9/CCP2A RD3/PSP3
37 27 B5
roll pitch yaw
R24 38
RB4/KBI0/AN11 RD4/PSP4
28 B6
5k6
40%
50%
60%
RB5/KBI1/PGM RD5/PSP5/P1B
B9 39 29 B7
82
B10 40
RB6/KBI2/PGC RD6/PSP6/P1C
30 B8 B7
R18
RB7/KBI3/PGD RD7/PSP7/P1D
D2 10k2
1k 1k 1k LED-RED 8 roll
RE0/RD/AN5
GND
9 pitch R9
RE1/WR/AN6
GND 10 yaw
RE2/CS/AN7 5k6
1
RE3/MCLR/VPP
M1 B6
R17
PIC18F4620 R1
VDD MMC
10k2
1k
GND
R8
GND
5k6
GND Card
GND
C3 C4 U2 GPS Multimedia R16
B5
GND
22pF 22pF
X2 2
RA0/AN0/C1IN- RC0/T1OSO/T13CKI
15 10k2
3 16
RA1/AN1/C2IN- RC1/T1OSI/CCP2B
4
RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A
17 R7
5
RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL
18 C5 C6 5k6
6 23 22pF 22pF
CRYSTAL RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA SISTEMA GRAVAÇÃO DE DADOS
CLK
7 24 X3
DO
R15
CS
DI
RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO U4
14 25 RX_TX B4
RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK
13 26 13 15 10k2
RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT OSC1/CLKI RC0/T1OSO/T1CKI
1 16
MCLR/VPP RC1/T1OSI/CCP2A
33
RB0/AN12/FLT0/INT0 RD0/PSP0
19
CRYSTAL RC2/CCP1
17 R6
34 20 2 18 5k6
RB1/AN10/INT1 RD1/PSP1 RA0/AN0 RC3/SCK/SCL
35 21 R26 3 23
RB2/AN8/INT2 RD2/PSP2 RA1/AN1 RC4/SDI/SDA
R25 36 22 VDD 4 24
RB3/AN9/CCP2A RD3/PSP3 RA2/AN2/VREF- RC5/SDO
B3
R14
180 37 27 1k 5 25
RB4/KBI0/AN11 RD4/PSP4 RA3/AN3/VREF+ RC6/TX/CK
38 28 6 26 TX_RX
RB5/KBI1/PGM RD5/PSP5/P1B RA4/T0CKI RC7/RX/DT 10k2
39 29 7
RB6/KBI2/PGC RD6/PSP6/P1C RA5/AN4/SS/LVDIN
40
RB7/KBI3/PGD RD7/PSP7/P1D
30 14
RA6/OSC2/CLKO RD0/PSP0
19 R5
20 5k6
RD1/PSP1
8 33 21
RE0/RD/AN5 RB0/INT0 RD2/PSP2
D3 RE1/WR/AN6
9 34
RB1/INT1 RD3/PSP3
22 R13
LED-RED 10 35 27 B2
RE2/CS/AN7 RB2/INT2 RD4/PSP4
1 36 28 10k2
RE3/MCLR/VPP RB3/CCP2B RD5/PSP5
R23
GND
37 29
RB4 RD6/PSP6
PIC18F4620 180 38
RB5/PGM RD7/PSP7
30 R4
39 5k6
RB6/PGC
R12 40 8
RB7/PGD RE0/RD/AN5
VDD 9
RE1/WR/AN6
B1
R2
1k 10
RE2/CS/AN7
D1 10k2
LED-RED PIC18F452
GND R3
GND
10k2
GND
Fonte: Própria (2012).
Devido a limitações do software de simulação, já que o mesmo não conta com
modelos de acelerômetros, girômetros e receptores GPS disponíveis, soluções criativas
tiveram que ser adotadas para contornar estes inconvenientes.
Como o acelerômetro e girômetro, ambos de 3 eixos, possuem saídas analógicas,
foram adicionados nos lugares destes divisores resistivos de tensão por meio de 6
potenciômetros e suas saídas de tensão foram conectadas às entradas de tensão analógicas do
microcontrolador PIC responsável pela aquisição de dados.
No caso do receptor GPS, que possui uma saída serial de dados, um microcontrolador
PIC foi programado para simulá-lo, enviando continuamente “palavras” que obedecem ao
padrão determinado pelo protocolo NMEA 0183, como é feito pelo receptor GPS.
Para que a gravação dos dados pudesse ser simulada, por meio do software WinImage
8.50 da Gilles Vollant um arquivo que cria a “imagem” de um cartão com um sistema de
26

27. arquivos FAT foi criado e sua localização foi configurada no modelo de cartão da interface de
simulação ISIS do software Proteus 7 Professional.
Desta forma, foi possível uma simulação total do sistema, o que permitiu uma menor
necessidade de modificações e ajustes na etapa de síntese do mesmo.
3.11.3 HARDWARE
Após o término das simulações, o próximo passo tomado foi a síntese do sistema.
Inicialmente o mesmo foi montado em matriz de contatos (protoboard) para que todos os
ajustes necessários fossem feitos, para posteriormente partir para a confecção de uma versão
definitiva em placa de circuito impresso (PCI). Para a confecção das PCI´s foi utilizada a
interface de criação de PCI´s ARES do software Proteus 7 Professional da Labcenter
Electrocnics.
Nas Figuras 13, 14 e 15 são mostradas as imagens das PCI´s da fonte de alimentação
dos sistemas de aquisição e gravação de dados, sistema de aquisição de dados e sistema de
gravação de dados respectivamente, roteadas pelo software ARES.
Figura 13: PCI da fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados
Fonte: Própria (2012).
Figura 14: PCI do sistema de aquisição de dados
Fonte: Própria (2012).
27

28. Figura 15: PCI do sistema de gravação de dados
Fonte: Própria (2012).
Após o roteamento das PCI´s, feitas utilizando o software ARES, as mesmas foram
confeccionadas como pode se observar nas Figuras 16, 17 e 18 mostradas a seguir.
Figura 16: Fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados
Fonte: Própria (2012).
Figura 17: Sistema de aquisição de dados
Fonte: Própria (2012).
28

29. Figura 18: Sistema de gravação de dados
Fonte: Própria (2012).
Nos anexos III, IV são apresentados os esquemáticos da fonte e do sistema de
aquisição de dados e do sistema de gravação de dados respectivamente.
29

30. 4. RESULTADOS
Após o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados, foi feito um trajeto com o
mesmo embarcado em um veículo.
Foi feita também uma aquisição de dados com o sistema em repouso e com os eixos
coordenados adequadamente posicionados, a partir desta foi calculada a tendência dos dados e
a correção que deveria ser aplicada nos dados que posteriormente fossem obtidos com este
sistema. Tal correção foi aplicada nos dados a seguir e os mesmos podem ser observados nas
figuras a seguir.
Figura 19: Trajeto percorrido traçado no Google Earth
Fonte: Própria (2012).
Neste trajeto mostrado na Figura 19 foi percorrida uma distância total de 3,26 Km,
tendo sido este iniciado na Avenida Leite de Castro, 774 e finalizado na Rua Tomé Portes del-
Rei na altura do posto de gasolina Santa Cruz, na cidade de São João del-Rei – MG.
Na Figura 20 mostrada a seguir é apresentada a velocidade desenvolvida pelo veículo
no qual o sistema estava embarcado durante o trajeto descrito anteriormente. Como é usual
em percursos urbanos, a velocidade é bastante irregular e marcada por diversas frenagens e
acelerações.
30

31. Figura 20: Velocidade desenvolvida pelo veículo
Velocidade Desenvolvida
75,0000
65,0000
Velocidade (Km/h)
55,0000
45,0000
35,0000
25,0000
15,0000
5,0000
-5,0000 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
Na Figura 21 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Roll, ou
seja apresenta o movimento de rolagem do veículo durante o trajeto percorrido. A máxima
velocidade de giro obtida neste eixo foi de 29,14°/s e a mínima de -24,02°/s.
Figura 21: Velocidade de giro - Eixo Roll
Velocidade de Giro - Eixo Roll (Rolagem)
35
Velocidade de Giro (°/s)
25
15
5
-5
-15
-25
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
31

32. Na Figura 22 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Pitch, ou
seja apresenta o movimento de arfagem do veículo durante o trajeto percorrido. A máxima
velocidade de giro obtida neste eixo foi de 25,52°/s e a mínima de -55,03°/s.
Figura 22: Velocidade de giro - Eixo Pitch
Velocidade de Giro - Eixo Pitch (Arfagem)
30
Velocidade de Giro (°/s)
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
Na Figura 23 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Yaw, ou
seja apresenta o movimento de guinada do veículo durante o trajeto percorrido. A máxima
velocidade de giro obtida neste eixo foi de 31,83°/s e a mínima de -35,84°/s.
Figura 23: Velocidade de giro - Eixo Yaw
Velocidade de Giro - Eixo Yaw (Guinada)
30
Velocidade de Giro (°/s)
20
10
0
-10
-20
-30
-40
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
32

33. Na Figura 24 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo x, que
como dito anteriormente mostra a característica de desempenho do veículo, que é a
capacidade do mesmo de acelerar e desacelerar e é relacionado à dinâmica longitudinal do
veículo. A máxima aceleração obtida neste eixo foi de 0,56 G e a mínima de -0,37 G.
Figura 24: Aceleração – Eixo X
Aceleração - Eixo X
0,8
0,6
Aceleração (G)
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
Na Figura 25 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo y, que
como dito anteriormente mostra a característica de dirigibilidade do veículo, que é a resposta
do veículo aos comandos aplicados pelo condutor no volante e a sua estabilidade em relação
às excitações externas, sendo relacionada com a dinâmica lateral do veículo. A máxima
aceleração obtida neste eixo foi de 0,43 G e a mínima de -0,51 G.
Figura 25 Aceleração – Eixo Y
Aceleração - Eixo Y
0,5
0,3
Aceleração (G)
0,1
-0,1
-0,3
-0,5
-0,7
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
33

34. Na Figura 26 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo z, que
como dito anteriormente mostra a característica de conforto do veículo, que são as respostas
do veículo às vibrações provocadas pelo terreno sobre o qual trafega, sendo relacionada com a
dinâmica vertical do veículo. A máxima aceleração obtida neste eixo foi de 1,77 G e a
mínima de 0,39 G.
Figura 26 Aceleração – Eixo Z
Aceleração - Eixo Z
1,9
1,75
1,6
Aceleração (G)
1,45
1,3
1,15
1
0,85
0,7
0,55
0,4
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
Apesar de o sistema de aquisição de dados desenvolvido não possuir um altímetro
integrado, pôde-se traçar um perfil de elevação do trajeto percorrido por meio das
coordenadas geográficas obtidas pelo receptor GPS, do banco de dados SRTM 3 da NASA e
do site www.gpsvizualizer.com. O SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), ou em
português Missão Topográfica Radar Shuttle é um esforço internacional de pesquisa para
obter modelos digitais do terreno da zona da Terra entre 56 °S e 60 °N para gerar uma base
completa de cartas topográficas digitais terrestres de alta resolução. Para coordenadas
geográficas dentro do território norte americano conta-se com uma resolução de 30m e uma
resolução de 90m para coordenadas geográficas fora do território norte americano.
Na Figura 27 mostrada a seguir é apresentado o perfil de elevação do trajeto
percorrido com o sistema desenvolvido, sendo a altitude de 915,50m a máxima altitude obtida
e a altitude de 888,20m a mínima altitude obtida durante tal percurso.
34

35. Figura 27: Perfil de elevação do trajeto percorrido
Perfil de Elevação
920,00
915,00
910,00
Altitude (m)
905,00
900,00
895,00
890,00
885,00
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
Tempo (s)
Fonte: Própria (2012).
35

36. 5. CONCLUSÃO
Ao fim do trabalho, ao analisar os resultados obtidos pode-se considerar que os
resultados obtidos são satisfatórios. Como planejado no início deste estudo, foi possível por
meio do sistema desenvolvido, realizar a aquisição e o armazenamento de sinais de um
receptor GPS, um acelerômetro e um girômetro de três eixos, além de uma saída analógica de
10 bits cuja tensão de saída é proporcional à velocidade desenvolvida pelo veículo no qual o
sistema estiver embarcado. Além disto, pôde-se traçar um perfil de elevação do trajeto
percorrido por meio de das coordenadas geográficas obtidas pelo receptor GPS, do banco de
dados SRTM 3 da NASA e do site www.gpsvizualizer.com.
Espera-se que este sistema possa de alguma forma contribuir para a comunidade
científica no desenvolvimento de veículos elétricos.
É importante salientar que o sistema pode e precisa de aprimoramentos para que possa
contribuir de forma mais significativa. Alguns melhoramentos sugeridos são:
 Inclusão de um altímetro integrado, pois desta forma uma melhor precisão no perfil de
elevação poderá ser obtido.
 A desvinculação da leitura dos canais analógicos e atualização da saída analógica da
interrupção serial, ou seja, a criação de uma interrupção serial para a aquisição dos
dados do receptor GPS e interrupções de tempo para a leitura dos canais analógicos e
atualização da saída analógica. Desta forma, o sistema poderia realizar a aquisição dos
sinais analógicos e a atualização da saída analógica em frequência superiores a
frequência de atualização do receptor GPS.
 Filtragem de ruídos dos dados para uma melhor visualização dos mesmos e para que
estes se tornem mais significativos.
Por fim, é importante evidenciar a experiência e o aprendizado adquiridos pelo autor
durante a realização deste trabalho.
36

37. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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