Sensores

Nessa página estão listados os sensores que compõe o subsistema de telemetria do Cheetah E-Racing. Aqui você encontra informações sobre as características físicas, especificações técnicas, implementação de software e uso geral de cada um deles. Datasheets e Application Notes também são referenciados de acordo com a necessidade.

Bibliotecas (Arduino)

Essa seção lista as bibliotecas necessárias para utilizar os sensores em um ambiente Arduino. A instalação é simples, e requer apenas a extração dos arquivos que devem ser baixados nos links abaixo para a pasta Arduino/libraries.

Unidade de medida inercial

Descrição

Nesse módulo GY-521 você tem em uma mesma placa um acelerômetro e um giroscópio de alta precisão, tudo isso controlado por um único CI, o MPU-6050. São 3 eixos para o acelerômetro e 3 eixos para o giroscópio, sendo ao todo 6 graus de liberdade (6DOF). Além disso esta placa tem um sensor de temperatura embutido no CI, permitindo medições entre -40 e +85 ºC. Possui alta precisão devido ao conversor analógico digital de 16-bits para cada canal. Portanto o sensor captura os canais X, Y e Z ao mesmo tempo. Essa placa utiliza o protocolo I2C para transmissão de dados.

Objetivo

Utilizamos o giroscópio para o monitoramento da orientação, direção, movimentação angular e rotação do veículo. O acelerômetro terá a finalidade de medir a aceleração, ângulo de inclinação, rotação, vibração, colisão e gravidade do veículo.

Especificações e características

Datasheet
Tensão de Operação: 3-5V
Conversor AD 16 bits
Faixa do Giroscópio: ±250, 500, 1000, 2000°/s
Faixa do Acelerômetro: ±2, ±4, ±8, ±16g
Dimensões: 20 x 16 x 2 mm

Uso

A comunicação com o microcontrolador usa a interface I2C, por meio dos pinos SCL e SDA do sensor. Nos pinos XDA e XCL você pode ligar outros dispositivos I2C. A alimentação do módulo pode variar entre 3 e 5v, mas para melhores resultados e precisão recomenda-se utilizar 5v.

Sensor HALL

Descrição

Há no carro 1 sensor hall modelo DHAB S/118,basicamente transdutor que ficar posicionado próximos dos AIR´s.

Especificações e características

Datasheet
Sensor transdutor
Saída: 0.25 - 4.75V (2.5Vref)
Temperatura operacional: -40°C - 70°C
Precisão CH1 @ 25 Deg C: 15%(0A),0,7%(25A),1,3%(75A)
Precisão CH2 @ 25 Deg C: 3%(0A),9%(500A),15%(900A),20%(1000A)
Tensão de operação: 5 VDC

Uso

Falar sobre a implementação no Cheetah aqui

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

O objetivo deste sensor é identificar a corrente positiva, funcionando com um transdutor que,quando sob a aplicação de um campo magnético, responde com uma variação em sua tensão de saída.Esta variação de corrente fornecida pela bateria induz um campo magnético, que induz corrente no sensor hall.

Temperatura - Freios

Descrição

Há no carro 4 sensores infravermelhos, que são sensores de temperatura do modelo mlx90614 e fabricante Melexis, posicionados em cada roda próximo aos discos de freio. Os sensores utilizam comunicação I²C.

Especificações e características

Datasheet
Sensor de temperatura IR infravermelho
Controlador MLX90614ESF
Saída com resolução de 10-bit PWM
Faixa de temperatura ambiente: -40 a 125°C
Faixa de temperatura para objetos: -70 a 380°C
Precisão: ±0,5°C
Tensão de operação: 3VDC
Dimensões: 17 x 11,5 x 6 mm

Warning

O sensor vem calibrado de fábrica para trabalhar com objetos com emissividade 1. É necessário alterar esse valor de acordo com a emissividade do material medido.

Uso

Falar sobre a implementação no Cheetah aqui

Código de teste (Arduino IDE)

//Programa: Sensor de temperatura I2C MLX90614 Arduino
//Autor: Arduino e Cia
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90614.h>
Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614();

double temp_amb;
double temp_obj;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Sensor de temperatura MLX90614");
  //Inicializa o MLX90614
  mlx.begin();
}
void loop()
{
  //Leitura da temperatura ambiente e do objeto
  //(para leitura dos valores em Fahrenheit, utilize
  //mlx.readAmbientTempF() e mlx.readObjectTempF() )
  temp_amb = mlx.readAmbientTempC();
  temp_obj = mlx.readObjectTempC();
  //Mostra as informacoes no Serial Monitor
  Serial.print("Ambiente = ");
  Serial.print(temp_amb);
  Serial.print("*CtObjeto = ");
  Serial.print(temp_obj); Serial.println("*C");
  //Aguarda 1 segundo ate nova leitura
  delay(1000);
}

Objetivo

O objetivo do sensor é saber a temperatura dos freios durante a corrida para que a subequipe de freios possa conferir com os dados teóricos e ver a porcentagem de erro. O sensor sabe a temperatura especifica e a do ambiente.

Infravermelho - Rotação

Descrição

Os sensores infravermelhos de rotação utilizam um par de emissor e receptor IR para detectar a transição entre cores. O cubo de rodas é pintado num padrão “zebra” , alternando entre cor preta e branca, e cada transição gera um pulso rising ou falling edge que é convertido em sinal elétrico pelo fototransistor conectado ao microcontrolador. O tempo entre pulsos é então computado e utilizando o raio conhecido do conjunto pneu-roda é possível calcular a velocidade angular de cada roda.

Objetivo

Determinar a velocidade individual de cada roda.

Imagem

Especificações e características

Datasheet
Tensão de alimentação: 5Vdc
Corrente direta do led emissor: 60mA
Tensão máxima coletor emissor do transistor: 70V
Corrente máxima de coletor: 100mA
Tamanho da onda de operação: 950mm
Distância máxima de detecção: 25mm

Uso

São instalados no cubo de rodas em um suporte rosqueado e a ligação é feita até a placa de telemetria de rodas.

Código de teste (Arduino IDE)

#define led 10
#define saidaSensor 7

int Time;
int lasTime;
int difference;
int IsUpdated;

void setup(){
  Time = lasTime = difference = 0;
  pinMode(led, OUTPUT); // Pino para ativar o led
  pinMode(saidaSensor, INPUT); // Pino para ler o sinal no coletor do fototransistor
  Serial.begin(9600); // Inicializa a porta serial com baud rate de 9600
}

Display

Descrição

O display utilizado no veículo é um tablet android de 7 polegadas da marca multilaser. Seu sistema operacional (Lineage OS) é modificado para melhorar a performance e habilitar funções de baixo nível para a conexão serial

Objetivo

O display mostra as informações de telemetria no painel do carro durante a sua operação em testes e competições. Durante a fase de construção e enquanto o veículo está em manutenção o display pode ser utilizado para alterar configurações ou rodar a versão completa do sistema supervisório.

Imagem

Especificações e características

Datasheet

Uso

O código que roda no tablet está integrado ao servidor do sistema supervisório, e sua conexão é feita através do barramento CAN do veículo.

Pressão de freios

Descrição

O sensor da linha de freios é um transdutor que converte em um sinal elétrico a pressão na linha

Objetivo

Além da coleta de dados, o sensor da linha de freios é utilizado no BSPD, para garantir que o piloto não está acelerando e freando ao mesmo tempo.

Imagem

Especificações e características

Datasheet (ainda não temos)

Uso

No veículo estão instalados 4 sensores de pressão de freios: um em cada cilindro mestre, um na linha de freios traseira e outro na dianteira. O sinal de saída do sensor varia de 0,5 a 4,5 V e é ligado nos microcontroladores mais próximos de cada instalação.

Código de teste (Arduino IDE)

Utilizar código de exemplo do analogRead na IDE.

SD

Descrição

Modelo do modulo do sensor SD genérico, com micro SD da SanDisk. Comunicação pela interface SPI, pinos MOSI, MISO, SCLK e CS. Como o modulo vai direto na placa central, não se utiliza conector.

Especificações e características

https://www.embarcados.com.br/modulo-tiny-rtc-i2c-parte-1/ (Datasheet do modelo semelhante)

Uso

O modulo funciona com uma tensão de 5V.. Pinos utilizados são: Vcc 5V; GND; MOSI; MISO; SCLK; CS(SS). Cada microcontrolador tem pinos pré-selecionado, o indicador no código da serie(grupo) dos pinos é indicada pelo CS.

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

O cartão SD é utilizado na armazenarão de dados. Apesar de não ser o meio mais rápido, eficiente e rápido de se armazenar, é o método mais seguro. Mesmo com a utilização em paralelo de outros métodos, o SD com o modulo é uma medida de precaução, coso aconteça algo com os dados recolhidos nos outros meios, os dados armazenados no SD estão seguros. Inicialmente sendo um plano de segurança.

GPS

Descrição

Modelo do modulo do sensor GPS, Adafruit Ultimatr GPS Breakout V3. Comunicação pela interface serial, pinos TX e RX. Como o modulo vai direto na placa central, não se utiliza conector.

Especificações e características

https://learn.adafruit.com/adafruit-ultimate-gps/downloads (datasheetes)

Datasheet

Uso

O modulo funciona com uma tensão tanto de 3.3V, quanto de 5V. Pinos utilizados são: Vcc(3.3V ou 5V) ; GND; TX; RX; Para a melhor recepção do sinal no modulo, se utiliza uma antena externa. Porém mesmo assim em diversos locais ocorre falha na recepção.

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

O GPS fornece diversos dados para serem coletados, o modulo é um receptor de dados do NMEA. Podemos obter o tempo(ano, mês, dia, hora, minuto e segundo). Além da localização(latitude, longitude, altitude e ângulo), em que podemos mapear o percurso do veiculo. Também é medido a velocidade em knots.

Encoder

Descrição

Encoder é um sensores eletro-mecânicos, cuja funcionalidade é transformar movimento mecânico angular ou linear em uma série de pulsos analógicos ou digitais elétricos.

Especificações e características

Datasheet

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

Com a utilização de encoders, é possível quantizar distâncias, controlar velocidades, medir ângulos, número de rotações, realizar posicionamentos, rotacionar braços robóticos e etc. Como exemplo no Cheetah medimos o angulo de rotação do volante do carro.

TPS

Descrição

O Sensor de Posição da Borboleta (Throttle Position Sensor – TPS) é utilizado para monitorar a posição do acelerador em um veículo. Através do TPS, o inversor obtém informações instantâneas da posição da borboleta permitindo à central identificar a potência que o condutor está requerendo. Essas informações são utilizadas para determinar o torque requerido do motor, a proporção de frenagem regenerativa aplicada e para o brake pedal plausability test.

Foto

Especificações e características

Datasheet

Uso

O TPS envia as informações para um microcontrolador, e tem o sinal convertido para o barramento CAN.

Código de teste (Arduino IDE)

/*
Analog input, analog output, serial output

Reads an analog input pin, maps the result to a range from 0 to 255 and uses
the result to set the pulse width modulation (PWM) of an output pin.
Also prints the results to the Serial Monitor.

The circuit:
- potentiometer connected to analog pin 0.
  Center pin of the potentiometer goes to the analog pin.
  side pins of the potentiometer go to +5V and ground
- LED connected from digital pin 9 to ground

created 29 Dec. 2008
modified 9 Apr 2012
by Tom Igoe

This example code is in the public domain.

http://www.arduino.cc/en/Tutorial/AnalogInOutSerial
*/

// These constants won't change. They're used to give names to the pins used:
const int analogInPin = A0;  // Analog input pin that the potentiometer is attached to
const int analogOutPin = 9; // Analog output pin that the LED is attached to

int sensorValue = 0;        // value read from the pot
int outputValue = 0;        // value output to the PWM (analog out)

void setup() {
  // initialize serial communications at 9600 bps:
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // read the analog in value:
  sensorValue = analogRead(analogInPin);
  // map it to the range of the analog out:
  outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  // change the analog out value:
  analogWrite(analogOutPin, outputValue);

  // print the results to the Serial Monitor:
  Serial.print("sensor = ");
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.print("\t output = ");
  Serial.println(outputValue);

  // wait 2 milliseconds before the next loop for the analog-to-digital
  // converter to settle after the last reading:
  delay(2);
}

Sensores

Bibliotecas (Arduino)

Unidade de medida inercial

Descrição

Objetivo

Uso

Sensor HALL

Descrição

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

Temperatura - Freios

Descrição

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

Infravermelho - Rotação

Descrição

Objetivo

Imagem

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Display

Descrição

Objetivo

Imagem

Uso

Pressão de freios

Descrição

Objetivo

Imagem

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

SD

Descrição

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

GPS

Descrição

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

Encoder

Descrição

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Objetivo

TPS

Descrição

Foto

Uso

Código de teste (Arduino IDE)

Diagrama de conexões

Referências