O Desenvolvimento Sistema Sinalização GPS Voo Drone

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS – UNICAMP

FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT

PROJETO DE PESQUISA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

FAPESP

Desenvolvimento de um Sistema de Aquisição de Coordenadas para Aplicação em Voo Autônomo de Drone

Aluna: Thaís Serra Dorten

Orientadora: Profa. Dra. Talía Simões dos Santos

Limeira, Maio de 2016

Resumo

Este trabalho consiste na construção de um sistema para fazer aquisição de coordenadas (latitude e longitude) de forma a permitir que o trajeto seja analisado posteriormente. Para o desenvolvimento deste sistema será utilizado o microcontrolador da placa Arduino Uno, um módulo de GPS compatível a esta placa, antena, módulo SD card, botão e leds. A placa Arduino Uno será utilizada para realizar a comunicação com o módulo de GPS (via comunicação I2C) e com o módulo de memória SD card (também via comunicação I2C), além de controlar todo o sistema. O botão será utilizado para ligar e/ou desligar o modo gravação e os leds, para sinalização de operação. Depois de conseguir fazer a comunicação com o módulo de GPS, SD card e antena, as coordenadas serão adquiridas. Através destas coordenadas, será possível analisar o trajeto realizado pelo drone, assim como também os demais dados de GPS, tais como, altitude, velocidade, data e hora. As informações serão formatadas em um arquivo do tipo TXT, de forma que seja possível importa-las utilizando ferramentas do Google Earth para visualização geográfica.

Introdução e Justificativa

Atualmente, com o avanço da tecnologia, desenvolver um sistema que possa ser embarcado em outros sistemas é de grande valia. Este trabalho visa desenvolver um sistema para aquisição de coordenadas que poderá ser embarcado em outros sistemas futuramente. Uma maneira de validar o resultado deste trabalho é conseguir embarcar este sistema em um drone, com atenção no que se refere ao peso e praticidade da ferramenta proposta.

O drone está cada vez mais sendo utilizado em várias aplicações, tais como, visualização de arquiteturas de construções, inspeções de foco de dengue, inspeções na área agrícola, etc. Abaixo seguem algumas pesquisas com utilização de drones, microcontroladores e sensores que serão objetos deste trabalho.

Em [1] foi construído sistema de controle de altitude de um quadricóptero de baixo custo utilizando a placa arduino duemilanove. Os componentes utilizados no subsistema do quadricóptero são: módulo para recepção, um giroscópio, um circuito de controle de velocidade eletrônico (ESC – electronic speed controller), motores DC e uma bateria. O sinal de comando é via PWM (pulse-width modulated) para o módulo de recepção. Em seguida, o giroscópio altera o sinal incorporando a informação da altitude antes de transmitir para o circuito (ESC). A função do ESC é suavizar a variação da velocidade dos motores DC.

Em [2] foi desenvolvido um sistema de monitoramento ambiental na agricultura utilizando um sensor wireless de rede de baixo custo. Este sistema foi embarcado em UAV (Unmanned Aerial Vehicle), ou, em português, VANT - Veículo Aéreo Não Tripulado. Esta VANT é utilizada para conseguir informações adicionais e desempenhar ações. Também é acoplada uma câmera e o intuito é detectar mudanças no cultivo, tais como, pestes, doenças, secas ou inundações.

Em [3] foi desenvolvido uma VANT de três eixos (tri-rotor). Também foram desenvolvidos sistema de medição e sistema de controle, dando ênfase para o controle de altitude. Para o hardware e sistema de medição foram utilizados RC receiver, servo motores, um integrado com giroscópio, acelerômetro e magnetômetro e conversor analógico-digital. Além disso, para o controle foi implementado um PID.

Em [4] é apresentado um robô que voa para aquisição de dados e patrulhamento. Foi utilizada uma câmera para a coleta de dados. Para o mecanismo de voo foi utilizado motor DC sem escova (brushless) e propulsor para movimentar e direcionar o robô. Já no mecanismo de controle foi utilizado um microcontrolador PIC e tecnologia de radio frequência. Por fim, o sistema de navegação é realizado através de GPS.

Em [5] foi desenvolvido um sistema com sensor ultrassônico acoplado em um drone para detecção de obstáculos utilizando filtro de Kalman para reduzir ruído. Para isso foram utilizados sensores ultrassônicos conectados à placa Arduino Yun que interpreta os sinais de pulso para obter a distância em metros, e ao mesmo tempo, enviá-las via porta serial para uma placa Raspeberry Pi, onde foi implementado o filtro de Kalman. Os dados do filtro de Kalman são enviados por Wi-Fi para um computador conectado à rede que permite a visualização dos resultados das medidas e o desempenho do filtro.

Em [6] os autores elaboraram um sistema para monitorar a logística de entrega utilizando tecnologia de RFID (Radio Frequency Identification – Identificação por Rádio Frequência) e a ferramenta do Google Earth. Eles desenvolveram um modelo inteligente para administrar entregas de empresas. Foi utilizado o Arduino Mega, um módulo de bluetooth, módulo de RFID e bateria dedicada. Para a comunicação entre o Arduino, Bluetooth e módulo de RFID foi utilizada comunicação serial através dos pinos TX e RX. Foi utilizada a plataforma Androide e linguagem Java para aquisição das coordenadas do GPS.

Em [7] foi projetado um sistema de voo autônomo para entregas com drone. Foi utilizado um quadricóptero com wireless AP, câmeras e um computador embutido com armazenamento. O drone se comunica com um smartphone, enviando imagens e recebendo comandos, realizando o desvio de obstáculos através de um algoritmo que mantém distância entre o drone e um objeto marcado.

Tanto em [8] quanto em [9] os drones são utilizados para mapeamento e monitoramento ambiental, através de uma câmera que faz uma combinação de fotos aéreas. Em [8] o drone é utilizado para detecção de solo contaminado por cobre e o voo pode ser feito de forma autônoma ou por controle remoto. Já em [9] o drone é utilizado para análises ao longo prazo e o voo é realizado de forma autônoma com a ajuda de seu receptor GPS e seu sistema de navegação waypoint, fixado a uma altura de 240m do solo.  Estes artigos são importantes, pois uma futura aplicação deste trabalho de iniciação científica poderá ser em algum tipo de monitoramento ambiental.