ProjetoCansat 1s2018 v2 - UTFPRpaginapessoal.utfpr.edu.br/luciorocha/cansat/projeto-cansat-2018/... · paraquedas o discente realizou diversas medições e pesquisa de tecidos com

Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR

Categoria CANSAT

Equipe:

ArapucaSat2018

Professor Responsável: Lucio Agostinho Rocha

Membros: Lucio Agostinho Rocha (Líder)

João Carlos Soto Riva de Oliveira Fernando Barreto

Thales Eugenio Portes de Almeida

CAMPUS APUCARANA, Julho de 2018



RESUMO O projeto ArapucaSat2018 é um protótipo de CanSat (Satélite em uma Lata) que será apresentado no evento 1o CubeDesign do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Trata-se de um projeto multidisciplinar que conta com a participação de estudantes e docentes de diferentes áreas de conhecimento da UTFPR do Câmpus de Apucarana no estado do Paraná. É esperado que o projeto sirva de inspiração para novos projetos similares e que contribua como inspiração nas áreas de ensino, pesquisa e extensão, com incentivo à aplicação prática e teórica de ciência e tecnologia. Aliado a isso, a participação da equipe é um estímulo para motivar o relacionamento interpessoal e descoberta de novos saberes em áreas correlatas. Palavras-chave: Engenharia de Computação, CanSat, Robótica.



Conteúdo 1. IDENTIFICAÇÃO DA EQUIPE ....................................................................................................................... 4

2. FASE 0: CONCEPÇÃO DA MISSÃO ............................................................................................................ 4

2.1 DESCRIÇÃO DAS NECESSIDADES ......................................................................................................... 4

2.2 DESCRIÇÃO DOS CONCEITOS DE OPERAÇÃO DA MISSÃO ............................................................. 5

2.3 DESCRIÇÃO DOS OBJETIVOS MISSÃO ................................................................................................. 6

2.4 DESCRIÇÃO DAS MEDIDAS DE EFETIVIDADE DA MISSÃO............................................................. 6

2.5 REQUISITOS, E JUSTIFICATIVAS, DA MISSÃO .................................................................................... 7

3 FASE A - ENGENHARIA DE SISTEMAS ...................................................................................................... 8

3.1 IDENTIFICAÇÃO DOS STAKEHOLDERS E SUAS NECESSIDADES................................................... 8

3.2 REQUISITOS DOS STAKEHOLDERS ....................................................................................................... 8

3.3 METAS, OBJETIVOS, MEDIDAS DE EFETIVIDADES E ESTRATÉGIAS DE QUALIFICAÇÃO ....... 8

3.4 DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS OPERACIONAIS DO TIPO "AS-IS" E "TO-BE" ................................. 10

3.5 LISTAGEM DE CAPACIDADES E RESTRIÇÕES .................................................................................. 12

4 FASE B - DESIGN ........................................................................................................................................... 13

4.1 ARQUITETURA DE ALOCAÇÃO DE FUNÇÕES .................................................................................. 13

4.2 IDENTIFICAÇÃO DE OPÇÕES DE SOLUÇÃO PARA CADA ELEMENTO FÍSICO .......................... 14

4.3 ESTRUTURA DE DIVISÃO DO PRODUTO (PBS) ................................................................................. 15

4.4 ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES ............................................................................................... 15

5 FASE C - CONSTRUÇÃO .............................................................................................................................. 18

5.1 PROJETO ELÉTRICO ................................................................................................................................ 18

5.2 PROJETO MECÂNICO .............................................................................................................................. 18

5.3 PROJETO LÓGICO .................................................................................................................................... 19



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1. IDENTIFICAÇÃO DA EQUIPE Professores responsáveis: * Lucio Agostinho Rocha é docente do Curso de Engenharia de Computação na UTFPR do Câmpus de Apucarana. * Fernando Barreto é docente do Curso de Engenharia Elétrica na UTFPR do Câmpus de Apucarana. * Thales Eugenio Portes de Almeida é docente do Curso de Engenharia Elétrica na UTFPR do Câmpus de Apucarana. Membros Discentes: * João Carlos Soto Riva é estudante regular do Curso de Engenharia Têxtil da UTFPR do Câmpus de Apucarana. 2. FASE 0: CONCEPÇÃO DA MISSÃO Um CanSat é um mini-satélite embutido em um invólucro de pequeno porte (por exemplo, uma lata) e que possui um conjunto de sensores e atuadores que imitam um satélite de grande porte. A missão a ser cumprida nesse projeto é a construção de um protótipo de CanSat que cumpra as restrições de dimensão e peso,e que seja capaz de enviar telemetrias (TM) para um estação em solo, gravá-las, e receber telecomandos (TC) à distância. O CanSat deverá ser ejetado por um POD a uma distância de até 60 metros em aproximadamente 15 segundos, ativar um sistema de pouso e, finalmente, realizar uma tarefa pré-definida ao aterrizar em solo.

2.1 DESCRIÇÃO DAS NECESSIDADES O interesse pelo projeto CanSat surgiu ao conhecer em mídias sociais o projeto UbatubaSat realizado na Escola Municipal Presidente Tancredo de Almeida Neves (ETEC) de Ubatuba/SP e coordenada pelo prof. Cândido Osvaldo de Moura. Ao observar a grande possibilidade de realização de um projeto multidisciplinar, o professor Lucio Agostinho Rocha se prontificou em desenvolver um projeto de extensão similar com os discentes de sua instituição. Para despertar o interesse pelo projeto junto aos discentes da UTFPR do Campus de Apucarana foi realizada uma apresentação da proposta em salas de aula e em plataforma educacional Moodle. Além disso, a proposta foi apresentada para docentes do curso de Engenharia Têxtil que se prontificaram em auxiliar na confecção do protótipo. Foi realizada uma ampla pesquisa em redes sociais, sites de busca e vídeos na Internet para criação do protótipo. As necessidades principais podem ser enumeradas como segue: 1. Cumprir o Fit Check proposto no evento: é a parte de inspeção do CanSat e que deve cumprir os seguintes requisitos:



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1.1 Gravação de TM: gravar os dados de telemetria; 1.2 Envio de TM: o CanSat deve enviar suas telemetrias para a estação em solo (computador) 1.3 Recebimento de TC: receber telecomandos da estação em solo 1.4 Massa: 400gramas (+/- 100 gramas) 1.5 Volume total: 120mm de altura por 60mm de largura 1.5.1 Carga útil: deverá compor o volume total, com diâmetro de 55mm por 25mm de altura. 2. Hardware: foi escolhida a plataforma Arduino por se tratar de uma plataforma de hardware aberta amplamente utilizada pela comunidade de hardware e software livre para fins educacionais e prototipagem. O tamanho dos componentes agregados ao Arduino também cumprem os requisitos de tamanho do Fit Check. 3. Software: o software deveria ser capaz de cumprir as exigências do Fit Check. A plataforma Arduino já ofeerece diversos softwares para interação com o hardware, e os componentes adicionais (módulos e shields) já possuem software disponível para interação com o hardware. Além disso, foi pensado em utilizar a linguagem Java em razão da sua simplicidade para simplificar a interação com o hardware Arduino. 4: Sistema de Pouso: foram elaboradas propostas com fórmulas matemáticas e físicas para o sistema de pouso do protótipo. 5: Mecanismo de ejeção do sistema de pouso: foram realizadas pesquisas na Internet para observar alternativas de ejeção do sistema de pouso.

2.2 DESCRIÇÃO DOS CONCEITOS DE OPERAÇÃO DA MISSÃO Para realizar a missão é necessária a interação entre o hardware e o software do CanSat com o uso da estação em solo. O CanSat é operado à distância via rede sem fio e por isso é necessário que todas as transmissões sejam sincronizadas em canal e faixa de transmissão exclusivos. Os seguintes conceitos foram utilizados: - Telecomandos (TC): são mensagens enviadas á distância via rede sem fio da estação em solo (computador) via interface Serial para o Cansat; - Telemetrias (TM): são as medições à distância via rede sem fio, obtidas do Cansat, e que deverão ser gravadas pelo CanSat e transmitidas para a estação em solo. As medições são divididas em 2 (duas) partes: a) Medições de Altitude: altura em relação ao nível do mar em que o CanSat se encontra; b) Medições de Atitude: b.1) Aceleração: variação da velocidade em razão do tempo.



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b.2) Velocidade: variação do espaço em razão do tempo. b.3) Posição: latitude e longitude do CanSat. - Acionamento do Sistema de Pouso: o sistema de pouso foi elaborado de 3 (três) formas: - Pré-acionado: após determinado tempo pré-definido, o sistema é acionado; - Pós-acionado: após adquirir altura inferior ao limite definido, o sistema é acionado; - Via TC: acionado por telecomando com interação manual na estação em solo; - Missão no Solo: a missão no solo trata de ativar um led no CanSat intermitentemente quando o sensor de altura corresponder a uma altura inferior à inicial de quando o CanSat foi ejetado do POD.

2.3 DESCRIÇÃO DOS OBJETIVOS MISSÃO O objetivo primário da missão é ejetar o CanSat de um POD, recuperar suas medições, interagir com ele à distância, e realizar uma tarefa à distância em sua aterrizagem. Além disso, os objetivos da missão podem ser assim enumerados: 1) Recuperação dos dados de TM dos módulos e sensores; 2) Interação com o CanSat via TC; 3) Acionar o sistema de pouso à distância; 4) Realizar uma tarefa na aterrizagem. No caso, será realizado o blink intermitente de um led.

2.4 DESCRIÇÃO DAS MEDIDAS DE EFETIVIDADE DA MISSÃO Para efetivar a missão, o protótipo passou por uma série de passos e testes de inspeção prévia ao evento que foram publicadas aqui (http://paginapessoal.utfpr.edu.br/luciorocha/cansat/). As atividades foram divididas entre os membros da equipe para agilizar a detecção de falhas e propostas de melhorias. Para cumprir a missão o protótipo é devidamente submetido a uma bateria de testes antes do lançamento: - Software: são testadas todas as operações de TM e TC em solo; - Hardware: inspeção das dimensões e massa com balança de precisão; - Comunicação sem fio: variação da distância de coleta de TM e interação com TC; - Ejeção do Sistema de Pouso: realização de testes com e sem o aparato eletrônico com variação das alturas de lançamento. Além disso, o desenvolvimento do CanSat passou por diversas etapas: - Software: cada passo concluído com sucesso foi devidamente comentado e postado na página do projeto para simplificar a interação da equipe com o



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desenvolvimento e simplificar a recuperação da atividade elaborada. Primeiramente os testes foram feitos via interface Ethernet cabeada, e posteriormente via interface Serial sem fio. - Comunicação Sem Fio: os testes iniciais foram feitos com interface Serial ENLRF através de fila de mensagens. - Hardware: foi realizada uma pesquisa em supermercados e centros de venda de embalagens para medição das especificações da parte externa do CanSat. Foram medidas latas e embalagens plásticas de achocolatado, latas de cerveja, refrigerante e energéticos, embalagens dedetergente. Para o protótipo de paraquedas o discente realizou diversas medições e pesquisa de tecidos com malha fina suficiente para absorver o impacto pós-lançamento. Para os componentes eletrônicos foram realizados testes com Arduino Uno e, posteriormente, com Arduino Nano para cumprir as restrições do Fit Check. Também foi proposta uma base preliminar em bambu, e outra similar em impressora 3D.

2.5 REQUISITOS, E JUSTIFICATIVAS, DA MISSÃO Para cumprir a missão é necessário os seguintes requisitos: 1) Invólucro do CanSat: aparato metálico de metal leve; Justificativa: acomodar todo o equipamento eletrônico, carga útil e paraquedas. O invólucro foi pensado para viabilizar a comunicação sem fio e reduzir ruídos por efeito de "gaiola Faraday"; 2) Componentes eletrônicos para Telemetrias: módulos e sensores compatíveis com Arduino. Justificativa: obter as medições através de um conjunto de módulos e sensores confiável, com software e protolocos padronizados e bem-documentados pela comunidade de software livre e que tragam valores de medição precisos. As medições variam de acordo o local geográfico em que o CanSat se encontra, o que exige ajuste no momento do lançamento. 3) Interface Sem Fio via Porta Serial: utilizar módulo APC220 ou similar. Justificativa: viabilizar a comunicação sem fio a longas distâncias com reduzido esforço para aquisição dos dados. 4) Sistema de Pouso: utilizar um paraquedas com tecido pequeno, leve e amarrado com barbantes flexíveis. Justificativa: viabilizar a ejeção após lançamento com redução da força de arraste e influência do deslocamento de ar, acomodar o paraquedas dentro do CanSat, reduzir o impacto no solo.



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3 FASE A - ENGENHARIA DE SISTEMAS

3.1 IDENTIFICAÇÃO DOS STAKEHOLDERS E SUAS NECESSIDADES Líder do projeto: Lucio Agostinho Rocha Atividades desenvolvidas: programação, coordenação da equipe, monitoramento e atribuição de tarefas. Membro 1 (Engenheiro Têxtil): João Carlos Soto Riva de Oliveira Atividades desenvolvidas: confecção do sistema de pouso e paraquedas. Membro 2 (Engenheiro de Computação): Fernando Barreto Atividades desenvolvidas: programação e análise de requisitos de software. Membro 3 (Engenheiro Elétrico): Thales Eugenio Portes de Almeida Atividades desenvolvidas: programação, prototipagem, e engenharia elétrica.

3.2 REQUISITOS DOS STAKEHOLDERS Engenheiro Têxtil: habilidade de modelar tecidos, avaliar e confeccionar soluções têxteis para sistemas de pequeno porte; conhecimentos básicos de sistemas embarcados e programação; Engenheiro de Computação: capaz de desenvolver softwares para desktop e sistemas embarcados de baixo custo; modelagem e desenvolvimento de software; Engenheiro Elétrico: capaz de propor, avaliar e documentar soluções que envolvam circuitos elétricos, habilidades com prototipagem de sistemas embarcados e programação.

3.3 METAS, OBJETIVOS, MEDIDAS DE EFETIVIDADES E ESTRATÉGIAS DE QUALIFICAÇÃO A meta dessa equipe multidisciplinar foi cumprir as etapas que lhe foram propostas pelo líder do projeto em cada etapa do processo, com possibilidade de negociação das tarefas atribuídas. As tarefas seguiram uma estratégia centralizada no líder do projeto, com realizações do tipo Laissez Faire, onde cada integrante recebia uma atividade e a realizava independente dos demais, em virtude do tempo reduzido que cada integrante possuía para o projeto. As atividades foram monitoradas pelo líder da equipe, que realizou a distribuição de tarefas e também participou de todas as etapas do projeto. O líder consultou o andamento do processo com os pares e também realizou conversas via WhatsApp e mensagens eletrônicas.



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Engenheiro Têxtil Meta Produzir um paraquedas que suporte o peso de uma lata de até

500 gramas, com a embalagem do paraquedas em um espaço reduzido dentro do CanSat.

Objetivo Reduzir ao máximo o impacto do CanSat no solo após ser lançado de uma altura superior a 5 metros.

Medidas de Efetividade

Realização de testes com lançamento de protótipos com e sem equipamentos eletrônicos, filmagem com celular e elaboração de formulação matemática dos paraquedas.

Estratégias de Qualificação

Consulta ao corpo docente do curso de Engenharia Têxtil, tentativa e erro, pesquisa de conteúdo na Internet.

Engenheiro de Computação Meta Produzir o software para interação com o CanSat a longas

distâncias. Objetivo 1. Produzir o sistema de software que recebe TC, grava TM e

exibe TM; 2. Elaborar uma solução para comunicação a longas distâncias; 3. Documentar o processo.


1. Elaboração do software em etapas (dividir para conquistar) com posterior junção de todo o software produzido. 2. Elaboração e utilização de software para a rede sem fio; 3. Análise, avaliação e testes com o protótipo do hardware para posterior publicação das etapas no site do projeto.


1. Foi realizada extensa pesquisa e desenvolvimento com base no acervo público disponível na Internet e sites dos fabricantes do hardware; 2. Estudo na Internet por soluções similares; 3. Modelo incremental de documentação de cada etapa cumprida no site compartilhado entre os membros e utilizado para descrever o projeto.

Engenheiro Elétrico Meta Produzir, modelar e avaliar os requisitos de hardware para o

CanSat. Objetivo 1. Avaliar as possibilidades de hardware e dispositivos

eletrônicos disponíveis para elaboração do projeto; 2. Modelagem da base de sustentação dos componentes. 3. Propor soluções para integração dos componentes.


1. Pesquisa e consulta na Internet; 2. Utilização de impressora 3D para elaboração de novos templates para integrar os componentes adquiridos; 3. Medição e ajuste das dimensões da base de sustentação,



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realização de conexões elétricas entre os componentes eletrônicos.


Pesquisa e consulta a conteúdo similar na Internet e sites de fabricantes de hardware e de circuitos eletrônicos.

Tabela - Competências dos Stakeholders.

3.4 DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS OPERACIONAIS DO TIPO "AS-IS" E "TO-BE" Os seguintes cenários operacionais são descritos como segue: ATIVIDADE AS-IS TO-BE 1. Engenheiro Elétrico (Integração dos componentes eletrônicos)

Foram produzidos software individuais para cada componente eletrônico.

Os softwares produzidos em cada etapa foram integrados em um único software capaz de executar no sistema embarcado e interagir com todos os componentes;

2. Engenheiro Têxtil (Sistema de Pouso)

Paraquedas foi produzido e testado o seu lançamento sem os componentes eletrônicos

- Teste de ejeção do paraquedas juntamente com os componentes eletrônicos.

3. Engenheiro de Computação (Interface para TC e TM)

Software para exibição de TM e interação com TC foi produzido separado dos demais componentes.

Integração da interface com o software embarcado no CanSat e com o sistema de pouso.

Tabela - Cenários Operacionais. A seguir é apresentado um diagrama do BPM (Business Process Management) utilizado para elaboração do projeto e apresentação do ciclo de vida de cada etapa realizada:



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Projeto ArapucaSat 2018

Eta

pa 1

Eta

pa 2

Eta

pa 3

Eta

pa 4

Engenheiro de Computação

Engenheiro ElétricoEngenheiro Têxtil

Pesquisa de Modelos de Paraquedas

Pesquisa de Softwares para

TM e TC

Pesquisa de Hardware para

CanSat

Elaboração de Protótipos de Paraquedas

Criação de Software para os

módulos eletrônicos já disponíveis

Elaboração do protótipo da base

Análise, Validação e Testes



Elaboração de Protótipo Funcional

Integração dos softwares

Elaboração da Base Funcional e Integração dos

Circuitos

Junção do Sistema de Pouso

à Base

Validação dos softwares com os

dispositivos elétricos e mecânicos

Junção da Base ao Sistema de

Pouso

Testes de lançamento e validação

Lanç

amen

to

Figura - Diagrama do Processo do Projeto ArapucaSat2018.



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3.5 LISTAGEM DE CAPACIDADES E RESTRIÇÕES A seguir são descritas as capacidades e restrições dos processos desenvolvidos pelos atores Engenheiro Têxtil (ET), Engenheiro de Computação (EC) e Engenheiro Elétrico (EL) envolvidos no processo e apresentados na Figura 1. O monitoramento de todas as etapas é realizado pelo líder: Etapa / Ator / Atividade Capacidades Restrições 1. (ET) Pesquisa de Modelos de Paraquedas

Suportar o empuxo após o lançamento.

Peso inferior a 500 gramas e embutido no CanSat.

1. (EC) Pesquisa de softwares para TM e TC

Utilizar softwares compatíveis com Arduino

Respeitar o limite de memória do Arduino Nano.

1. (EL) Pesquisa de Hardware para CanSat

Comportar todos os componentes eletrônicos, mecânicos e o sistema de pouso.

Respeitar as restrições de dimensões do Fit Check.

2.1 (ET) Elaboração de Protótipos de Paraquedas.

Suportar o empuxo após o lançamento.

Utilizar materiais de baixo custo e de tamanho reduzido.

2.1 (EC) Criação de Softwares para componentes eletrônicos já disponíveis

Elaborar softwares com os dispositivos eletrônicos já disponíveis.

Respeitar as restrições de memória, velocidade de transmissão e processamento com o Arduino.

2.1 (EL) Elaboração do protótipo da base

Elaborar um protótipo para a base com material sustentável.

Respeitar as restrições de tamanho e peso do CanSat.

2.2 (ET) Análise, Validação e Testes

Verificar diversas possibilidades de produtos e materiais para o paraquedas.

Utilizar materiais de baixo custo e de tamanho reduzido.

2.2 (EC) Análise, Validação e Testes

Verificar as diversas possibilidades de uso dos softwares para atingir o objetivo.

Respeitar as restrições de memória, velocidade de transmissão e processamento com o Arduino. Reduzir ao máximo o código-fonte.

3. (ET) Elaboração de Protótipo Funcional

Utilizar o material mais leve e portável encontrado nas etapas.

Peso inferior a 500 gramas embutido no CanSat.

3. (EC) Integração dos Integrar todos os Respeitar as restrições de



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Softwares softwares produzidos. memória, velocidade de transmissão e processamento com o Arduino. Reduzir ao máximo o código-fonte.

3. (EL) Elaboração da Base Funcional e Integração dos Circuitos

Utilizar uma impressora 3D para produzir a melhor base encontrada para integrar todos os componentes.

- Peso total de até 500g SEM o sistema de pouso. - Volume total deve comportar todos os componentes.

4. (ET) Junção do Sistema de Pouso à Base

Integrar o sistema de pouso à base.

- Peso total de até 500g COM o sistema de pouso. - Volume total deve comportar todos os componentes.

4. (EC) Validação dos Softwares com os Dispositivos Elétricos e Mecânicos

Testar todos os dispositivos e funcionamento do sistema.

Testes são realizados a curta distância, mas com possibilidade de lançamento.

4. (EL) Integração da Base ao Sistema de Pouso

Integrar a Base ao Sistema de Pouso e propor melhorias

- Peso total de até 500g COM o sistema de pouso. - Volume total deve comportar todos os componentes.

5. (ET, EC, EL) Testes de Lançamento e Validação

Todos os atores participam dos testes e propõem ajustes e melhorias.

Cumprir as especificações do Fit Check; Respeitar os prazos para finalizar o projeto.

Tabela - Listagem de Capacidades e Restrições. 4 FASE B - DESIGN

4.1 ARQUITETURA DE ALOCAÇÃO DE FUNÇÕES A arquitetura de alocação de funções e a matriz de alocação de funções em componentes é apresentada na Tabela que segue: Função Componente Descrição

Controle e Integração Arduino Nano Controle e integração dos dispositivos eletrônicos.

Transmissão de TC Módulo APC220 Comunicação sem fio via interface serial.

Data Logger Módulo SD Card Data Logger de TM. Coleta de TM Módulo GY-87 Coleta de dados de altitude e



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aceleração. Módulo GPS Neo6mv2

Coleta de dados de posição e velocidade.

Sistema de Pouso Servo Motor 9g Liberação do sistema de pouso.

Paraquedas Liberado com acionamento manual, pré e pós acionado.

Tabela - Arquitetura de Alocação de Funções.

4.2 IDENTIFICAÇÃO DE OPÇÕES DE SOLUÇÃO PARA CADA ELEMENTO FÍSICO A seguir são apresentadas as soluções encontradas para cada solução de elemento físico: 1) Controle e Integração: existem muitas soluções de hardware livre para essa função. A escolha pelo Arduino Nano se deve ao tamanho e às restrições de peso do projeto. Outra alternativa é o uso do Arduino mini pro, mas seria necessário maior esforço para soldagem e ligação física dos componentes. Foi utilizada a IDE Arduino 1.8.5 e Windows 7; 2) Transmissão de TC: foi testado o módulo ENLRF para transmissão via porta serial, e o código-fonte foi postado no site do projeto. A maior dificuldade é ter que utilizar 2 (dois) Arduinos, um para envio e outro para recepção de TC. Além disso, a transmissão de mensagens com esse módulo é de baixo nível, e exige a manipulação de strings e sincronização adequada para não perder mensagens, o que dificulta o seu uso. Outro problema é o curto alcance do sinal, aproximadamente com alcance menor do que 50 metros com obstáculos. 3) Data Logger: foi testado o uso de um Arduino Ethernet Shield W5100 acoplado ao computador de bordo para gravar as mensagens de telemetria do CanSat. No entanto, o grupo decidiu utilizar um módulo SD Card no próprio CanSat para assegurar que todos os dados sejam gravados, mesmo com perda do sinal de comunicação com a estação em solo. Foi utilizado o software SD Card Formatter (https://www.sdcard.org/) para remover a proteção de escrita do cartão micro SD novo, utilizado no Shield Ethernet W5100. 4) Coleta de TM: foi proposto nesse projeto o uso de componentes de baixo-custo, mas de boa qualidade. Foi estudada a possibilidade de usar uma GPS Shield com Ethernet e Cartão SD Card embutidos, mas isso comprometeria as dimensões do CanSat além de encarecer o projeto final. 5) Sistema de Pouso: foram testados diversos modelos, tecidos e linhas na confecção do paraquedas.



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Os modelos mais simples utilizaram plástico, não-tecido e pano de gramatura reduzida.

4.3 ESTRUTURA DE DIVISÃO DO PRODUTO (PBS) A árvore hierárquica que constitui o produto é apresentada como segue: * Base do Cansat * Protoboard * Arduino Nano * Módulo APC220 * Antena * Módulo GY-87 * Módulo GPS Neo6mv2 * Antena * Módulo SD Card * Cartão Micro SD de 16GB * Jumpers * Led * Paraquedas * Fios de Lastex

4.4 ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES A especificação dos componentes é apresentada como segue: Índice Componente Especificação 1

Arduino Nano

Placa de prototipagem baseada no processador ATmega328P. - Microcontrolador: ATmega328P – Tensão de Operação: 5V – Tensão de Entrada: 7-12V – Portas Digitais: 14 (6 podem ser usadas como PWM) – Portas Analógicas: 8 – Corrente Pinos I/O: 40mA – Memória Flash: 32KB (2KB usado no bootloader) – SRAM: 2KB – EEPROM: 1KB – Velocidade do Clock: 16MHz – Dimensões: 45 x 18mm

2 Módulo APC220

Interface sem fio serial com alcance de até 1000 (mil) metros sem obstáculos, com frequência de operação



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entre 418-455MHz e taxa de transmissão de até 19200bps. Frequência de funcionamento: 418 MHz a 455 MHz Voltagem: 3.5-5.5V Consumo de corrente: <25-35mA Temperatura de funcionamento: -20�～+70℃ Alcance: 1200m em linha aberta (1200 bps) Interface: UART/TTL Taxa de transferência (Serial): 1200-19200 bps Taxa de transferência (Ar): 1200-19200 bps Potência máxima de transmissão> 20mW Buffer de recebimento: 256 bytes Tamanho: 37mm × 17 mm × 6.6mm Peso: 30g

3

Módulo SD Card

Módulo para leitura/escrita em cartão SD que suporta formatos de arquivo FAT16 e FAT32, com alimentação de 3.3V ou 5V - Modelo: SD Card Arduino; - Tensão: 3.3V ou 5V; - Interface padrão: SPI; - Dimensões (CxLxE): 42x24x3,5mm; - Peso: 5g.

4

Módulo GY-87

Acelerômetro e giroscópio MPU-6050 / Magnetrômetro HMC5883L / Barômetro e sensor de temperatura BMP180 - Modelo: GY-87; - Protocolo de comunicação: I2C; - Faixa do Giroscópio: ±250, 500, 1000, 2000°/s; - Faixa do Acelerômetro: ±2, ±4, ±8, ±16g; - Faixa de medição de pressão: 300 a 1100hPa; - Faixa de medição de temperatura: 0° a 65°C; - Tensão de operação: 3,3 a 5V (regulador on-board); - Dimensões (CxLxE): 22x17x2,5mm; - Peso: 1,5g; - Peso com embalagem: 3g.

5

Módulo GPS Neo6mv2

Tensão de 3,3V a 5V com taxa de transmissão padrão de 9600bps, informa dados de latitude e longitude. - Modelo: GY-GPS6MV2 Ublox (U-blox); - Tensão de trabalho: 3,3 a 5V DC; - Interface serial de 3,3V - Taxa de transmissão padrão: 9600; - Dimensões do módulo (CxLxA): 30x23x4mm; - Dimensões da antena (CxLxA): 25x25x8mm;



17

- Peso com embalagem: 18g. 6

Servo Motor 9g

- Marca: Tower Pro; - Modelo: SG90; - Posição: 180°; - Tipo de engrenagens: Nylon; - Voltagem: 3,0 ~6,0 Volts; - Temperatura de trabalho: -30ºC ~ +60ºC; - Torque: 1,2 Kg/cm (4,8V) e 1,6 Kg/cm (6V); - Tamanho do fio: 24cm; - Dimensões totais (CxLxA): 22,7x12,6x29,8mm; - Peso: 11g.

Tabela - Especificações dos Componentes. As especificações do paraquedas são dadas como segue: Partindo da fórmula básica de velocidade terminal:

�� (1)

Onde: Vt = velocidade terminal, em metros/segundo (objetivo é 3 m/s); m = massa do conjunto, em Kg; g = aceleração da gravidade, 9.81 m/s; ρ = densidade do ar, em Kg/m3 (1.225 Kg/m3 para o ar); A = área de contato com o fluxo de ar, em m2; Cd = coeficiente de arrasto, adimensional (1.5 para semi-esferas). Como a área em contato com o fluxo de ar é definida por: A �� D� (2) Onde: D = diâmetro do paraquedas, em metros. Une-se as duas equações, que resulta na equação (3) utilizada para calcular o diâmetro do paraquedas em função da velocidade terminal desejada:

D �� (3) Calculando o diâmetro com os valores definidos:

D �� 8(0.35)Kg(9.81)m/sπ(1.22)Kg/m+(1.5)(9)m� D�0.7286m,our�0.3643m.

Ministério da EducaçãoUniversidade Tecnológic

5 FASE C - CONSTRUÇÃO

5.1 PROJETO ELÉTRICO

5.2 PROJETO MECÂNICO A Figura a seguir ilustra o projeto mecânico:


UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CONSTRUÇÃO

Figura - Projeto Elétrico.

5.2 PROJETO MECÂNICO

A Figura a seguir ilustra o projeto mecânico:


18



19

Cam

ada

1

Cam

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2

Cam

ada

3

Cam

ada

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Ard

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Mód

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SD

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ouso

120mm

120mm

60m

m

Figura - Projeto Mecânico.

5.3 PROJETO LÓGICO O projeto lógico é exemplificado através da Figura a seguir::

Coleta de TMControle e Integração

Data Logger

Transmissão de TC

Sistema de Pouso

Figura - Diagrama de Fluxo de Dados e de Funções.

Função Componente Descrição Controle e Integração Arduino Nano Controle e integração dos



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dispositivos eletrônicos.

Transmissão de TC Módulo APC220 Comunicação sem fio via interface serial.

Data Logger Módulo SD Card Data Logger de TM.

Coleta de TM Módulo GY-87 Coleta de dados de altitude e

aceleração. Módulo GPS Neo6mv2

Coleta de dados de posição e velocidade.

Sistema de Pouso Servo Motor 9g Liberação do sistema de pouso.

Paraquedas Liberado com acionamento manual, pré e pós acionado.

Tabela - Projeto Lógico.

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ProjetoCansat 1s2018 v2 - UTFPRpaginapessoal.utfpr.edu.br/luciorocha/cansat/projeto-cansat-2018/... · paraquedas o discente realizou diversas medições e pesquisa de tecidos com