[PROJ] Sistema de Aquisição de Dados e Telemetria

A proposta e os dados fornecidos são de autoria do JMS.

Proposta

Para finalizar a etapa de aplicação e também o treinamento, é proposto o projeto de um sistema embarcado para a aquisição de dados e telemetria.

A proposta inicial para a execução deste projeto, é que o mesmo seja desenvolvido em Linguagem C em uma plataforma embarcada projetada para a aplicação.

Além disso, é proposta uma arquitetura base para o desenvolvimento do projeto, ela consiste em três threads, sendo duas para aquisição de dados e uma para telemetria. Esta arquitetura é melhor detalhada ao longo deste roteiro.

Os dados serão obtidos de dois sistemas de uma central inercial contendo seis conjuntos de sensores e serão adquiridos pelo nossa plataforma embarcada, ao passo que a mesma deve realizar a tarefa de telemetria via comunicação serial.

Por fim, será desenvolvida uma aplicação gráfica em Qt com o propósito de realizar o monitoramento da telemetria em tempo real. Esta aplicação será desenvolvida para um sistema desktop mas pode ser portada posteriormente para o próprio sistema embarcado.

Preparação dos Dados

Para a etapa de aquisição de dados, vamos utilizar os dados adquiridos através de dois sistemas. O primeiro é uma central inercial MDAN, que fornece os dados de um conjunto de três placas (X, Y, Z). Cada placa conta com um acelerômetro e um sensor de temperatura ligado ao seu conversor V/F. Além destes dados de cada placa, são fornecidos também a tensão instantânea de quatro alimentações.

Uma amostra dos dados enviados pelo sistema MDAN é apresentados na tabela a seguir:

Log de dados do MDAN:

Cycle	X_Accel	X_Temp	X_VF_Temp	Y_Accel	Y_Temp	Y_VF_Temp	Z_Accel	Z_Temp	Z_VF_Temp	Volt_R5V	Volt_5V	Volt_15V	Volt_m15V	Time_ms
0	0.000804	26.145761	71.561798	0.000618	25.852840	58.380398	-0.097774	25.608742	53.498398	4.769714	5.008932	15.315810	-15.573580	9.998470
1	0.000799	26.145761	74.979202	0.000084	25.852840	57.892200	-0.097762	25.608742	53.986599	4.769714	5.008932	15.315810	-15.573580	9.998470
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...

Além do sistema MDAN, existe também um sistema GYRO composto por um conjunto de três girômetros. Este sistema fornece, assim como o MDAN, diversos dados entre eles a velocidade angular em cada um dos girômetros, o estado do sensor, sua temperatura e etc.

Uma amostra dos dados enviados pelo sistema GYRO é apresentada na tabela a seguir:

Log de dados do GYRO:

Cycle	X_Gyro_Status	X_Gyro_AngVel	X_Gyro_Temp	X_Gyro_Count	X_Gyro_Ser	Y_Gyro_Status	Y_Gyro_AngVel	Y_Gyro_Temp	Y_Gyro_Count	Y_Gyro_Ser	Z_Gyro_Status	Z_Gyro_AngVel	Z_Gyro_Temp	Z_Gyro_Count	Z_Gyro_Ser
0	98	-0.000076	36.000000	1	4	99	0.000055	36.500000	1	4	98	-0.000008	36.000000	1	4
1	98	-0.000308	36.000000	2	4	99	-0.000031	36.500000	2	4	98	0.000034	36.000000	2	4
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...

Para facilitar a prática durante o treinamento, optou-se por trabalhar com um arquivo de log de dados destas duas unidades. Isto é, adquiriu-se dados de ambos os sistemas e esses dados serão utilizados para o treinamento.

Este processo é vastamente utilizado para aplicações que não estão em processo de produção, assim como projetos mockados e etc. Como a tarefa de realizar a leitura de um arquivos binário e um arquivo de dispositivo é o mesmo, como visto durante os laboratórios, não haverá nenhum prejuizo didático na abordagem.

Então, ambos os logs foram convertidos da forma apresentada para uma stream de bytes, ou seja, tranformados em arquivos binários. Desta forma, podemos emular com eficiência o processo de comunicação entre nosso sistema embarcado (RPi) e as placas MDAN e GYRO, representados pelos arquivos mdanbin e gyrosbin.

Para armazenar os dados de ambos os sensores foi fornecido, no código base, um conjunto de estruturas de dados:

A estrutura de dados mdan_t é composta por:

• Um contador que armazena o número de leituros (ciclos);

• Três acelerômetros, um para cada eixo (X, Y e Z);

• Três temperaturas, uma de cada acelerômetro (X, Y e Z);

• Três temperaturas, uma de cada V/F (X, Y e Z);

• Quatro tensões internas: DC/DC (5V, 15V, -15V) e Regulador 5V;

• Uma medida do tempo decorrido da última interrupção.

Ao passo que a estrutura de dados gyros_t é composta por:

• Um contador que armazena o número de leituros (ciclos);

• Três girômetros, um para cada eixo (X, Y e Z);

• Três temperaturas, uma de cada girômetro (X, Y e Z);

• Uma medida do tempo decorrido da última interrupção.

Além destas, foi criada também uma estrutura de dados sensors_t que representa o pacote de telemetria enviado pela RPi, isto é, um pacote devidademente estruturado contendo os dados de ambos os sensores, um cabeçalho e um CRC.

Código Base

Para facilitar o desenvolvimento do projeto, foi fornecido um conjunto de arquivos na forma de um código base. O código foi estruturado da seguinte forma:

+Sensors
|
+---+inc
|   |
|   +---+defines.h
|   |
|   +---+structs.h
|   |
|   +---+gyro_task.h
|   |
|   +---+mdan_task.h
|   |
|   +---+telemetry_task.h
|
+---+src
|   |
|   +---+Sensors.c
|   |
|   +---+gyro_task.c
|   |
|   +---+mdan_task.c
|   |
|   +---+telemetry_task.c
|
+---+logs
|   |

Diagrama de Entidades e Arquitetura

Para um melhor visualização recomenda-se o downloada do arquivo sensors_class.pdf fornecido no link abaixo.

119KB

sensors_class.pdf

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Para um melhor visualização recomenda-se o downloads do arquivo sensors_threads.pdf fornecido no link abaixo.

123KB

sensors_threads.pdf

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