5.3 Unidade de Monitorização Ambiental (UMA)
5.3.3.4 Configurações e Características do Software das Sondas (OPTOD, C4E
• Modo de transmissão: RS-485; • 9600 baudrate;
• 8 bits; • 2 stop bits; • Sem paridade;
• Sem controlo de fluxo.
Na Figura 98, encontra-se identificada a configuração das ligações elétricas das sondas de monitorização.
Figura 98 - Esquema de ligação das sondas de parâmetros de qualidade da água
Para iniciar a aquisição dos parâmetros das sondas, é escrito para o registo número 1 de cada sensor, o comando para iniciar as leituras. Após algum tempo de espera para terminar a atualização dos valores, é executada a leitura dos bytes dos registos “holding” para os parâmetros da qualidade da água que se pretendem obter. Na Tabela 13, são descritos os endereços Modbus que permitem obter as leituras dos parâmetros das sondas. Na Tabela 14, na Tabela 15 e na Tabela 16 são apresentados os parâmetros que cada sensor permite obter. Como os dispositivos de Modbus são conectados a um barramento,
conversor de Modbus. Para além disso, as sondas apresentam uma boa relação preço/qualidade.
Tabela 13 - Endereços Modbus relevantes para os parâmetros das sondas
Endereço
Modbus Memória
Read/
Write Descrição Type Bytes
1 0x0001 w Ordem para executar
medição dos parâmetros int 2
83 0x0053 RAM r Leitura da Temperatura float 4
85 0x0055 RAM r Leitura do Parâmetro 1 float 4
87 0x0057 RAM r Leitura do Parâmetro 2 float 4
89 0x0059 RAM r Leitura do Parâmetro 3 float 4
91 0x005B RAM0 r Leitura do Parâmetro 3 float 4
Tabela 14 - Parâmetros medidos pela sonda OPTOD
Endereço Modbus do dispositivo: 10
Medição de Temperatura Parâmetro 1 Parâmetro 2 Parâmetro 3 Parâmetro
medido Temperatura Oxigénio Oxigénio Oxigénio
Unidade ºC %Sat mg/L ppm
Tabela 15 - Parâmetros medidos pela sonda PHEHT
Endereço Modbus do dispositivo: 20
Medição de
Temperatura Parâmetro 1 Parâmetro 2
Parâmetro medido Temperatura pH Redox
Unidade ºC Unidades de pH mV
Tabela 16 - Parâmetros medidos pela sonda C4E
Endereço Modbus do dispositivo: 30
Medição de Temperatura Parâmetro 1 Parâmetro 2 Parâmetro 3 Parâmetro medido Temperatura C43 condutividade Salinidade TDS Unidade ºC µS/cm ppt ppm
Hardware da UMA
Os módulos que complementam o microprocessador no circuito desenvolvido para a UMA são baseados em USB/UART e um dos módulos é conectado a um ADC do módulo ARTIK. Ao desenvolver um circuito que recorre a tais métodos de conexão, é possível garantir que esta unidade pode ter por base qualquer outro microprocessador, uma vez que, a maioria das ofertas deste tipo de tecnologia presentes no mercado permitem este tipo de conexão. Em caso de necessidade de alteração da unidade central de processamento ou mudança de arquitetura, a eletrónica bem como o software/firmware associado ao seu funcionamento será assim compatível, não havendo necessidade de alterações em nenhum deles. Na Figura 99, encontra-se representada a PCB do módulo UMA.
Figura 99 - PCB do módulo UMA
À semelhança do módulo UCB, o módulo UMA incorpora o módulo ARTIK 710, um circuito de Ethernet, assim como o circuito alimentação e o circuito de leitura de cartão micro SD. O módulo UMA possui, além disso, um circuito de Modbus, um circuito de entradas analógicas que permite optar por entradas de sinais de corrente e tensão, um
socket de entradas/saídas digitais e um circuito de LoRa.
O módulo UMA possui um circuito de Modbus (ver Anexo 8 – Circuito de Modbus da UMA) para leitura dos sensores de análise dos parâmetros da água. Este circuito recebe
o sinal dos sensores em RS485, sendo estes convertidos para TTL e de TTL para USB. Por sua vez, o ARTIK recebe esta conexão USB.
No circuito de comunicação LoRa (ver Anexo 9 – Circuito de LoRa da UMA) é utilizado o módulo de LoRa RN2483. Este módulo comunica com o ARTIK via UART e necessita apenas de alimentação de 3,3V e de um switch para efetuar reset. No sentido de possibilitar o reset de modo remoto, existe também uma ligação a uma porta digital do ARTIK. O módulo LoRa RN2483 possui ligação para duas antenas exteriores. As entradas e saídas do módulo LoRa (GPIO) não foram utilizadas.
UMA: Resultados e Conclusões
Nos trabalhos de desenvolvimento da UMA, os sensores e o respetivo módulo de conversão RS485 para UART foram os primeiros elementos estabelecidos, sendo que a base desta estrutura inicial foi utilizada em todos os protótipos desta unidade. Inicialmente, utilizou-se o módulo de conversão RS485 para USB que, para os testes, foi ligado a vários modelos de microprocessador onde era executado o software para recolha de dados dos sensores.
Nos primeiros testes de campo, os sensores foram acoplados com peças criadas em impressão 3D, na estrutura do ROV utilizado para testes, o BlueROV2 do fabricante BlueRobotics. De forma a conectar estes sensores a um equipamento capaz de correr
software para ler os dados dos sensores, dentro dos housings da eletrónica deste veículo,
colocou-se um microprocessador BeagleBone Black numa primeira fase e, posteriormente, utilizou-se um Samsung ARTIK 710 (kit de desenvolvimento). Com esta estrutura, efetuaram-se alguns testes, que foram efetuados simultaneamente com os testes dos sistemas da UCB. Esta montagem dos sensores no BlueRov2 manteve-se até ser criado o protótipo final.
No protótipo final da UMA, os módulos que foram utilizados nos testes com os sensores foram integrados numa só PCB, que continha o módulo do microprocessador ARTIK, o modulo RS485, para interligação entre os sensores e esta unidade de processamento, o módulo LoRa e um módulo de ligação de dispositivos analógicos e digitais. Esta PCB, que é o módulo completo da unidade de processamento da UMA, foi colocada numa das caixas estanques do protótipo final do ROV, ao qual foram igualmente acoplados os
os serviços da página de configuração da unidade, a base de dados e a comunicação por LoRa, foram efetuados nesta fase. Nos testes com o protótipo final, procurou-se sobretudo configurar corretamente a comunicação LoRa com a UCA, bem como estabelecer com os parceiros do projeto, quais os dados a enviar para esta segunda unidade e qual o formato dos pacotes de dados.
Um dos objetivos era que esta Unidade de Monitorização Ambiental assentasse numa rede de sensores sem fios (RSSF). No entanto, optou-se por criar um único sistema com capacidade de se movimentar pelos tanques de produção aquícola. Não correspondendo exatamente ao objetivo esperado, a solução desenvolvida permite dar resposta à questão de envio de informação sem fios de dados recolhidos em várias localizações. Caso o sistema não consiga enviar os dados por LoRa, os dados são armazenados localmente para posterior comunicação quando a ligação for reestabelecida.
Relativamente aos restantes desafios propostos, o protótipo da UMA conseguiu cumprir com os requisitos apresentados. Esta unidade concentra em si toda a capacidade de processamento e de recolha em tempo real de parâmetros de qualidade da água, permitindo a utilização de vários tipos de sondas, que podem ser conectadas via Modbus ou através das portas analógicas. A unidade desenvolvida é baseada em software
opensource, permitindo que todos os componentes de software criados possam ser
utilizados em qualquer microprocessador existente no mercado com características semelhantes ao sistema utilizado.