Sensores

Esta plataforma de desenvolvimento conta com os seguintes sensores:

• Sensor de press˜ao/altitude LPS331AP com regulador de tens˜ao integrado; • GPS Breakout - 66 channel w/10 Hz;

Figura 3.2– DAGU - T’Rex Robot/Motor Controller, SparkFun Electronics (b).

• IMU Razor com 9 graus de liberdade; • Laser Range Finder.

Passam de seguida a ser descritos mais pormenorizadamente todos estes sensores.

Sensor de press˜ao/altitude LPS331AP com regulador de tens˜ao integrado

Este componente, LPS331AP (2012), trata-se de um bar´ometro digital da ST Microelectronics, que mede press˜oes entre os 260 mbar e os 1260 mbar (26 kPa a 126 kPa) com uma precis˜ao de press˜ao absoluta de ± 2 mbar (0,2 kPa). Este componente ´e utilizado atrav´es de uma placa desenvolvida pela Pololu, figura 3.3, placa esta que cont´em um regulador linear de 3,3 V, o que permite que o sensor opere numa faixa de tens˜ao de entrada de 2,5 V a 5,5 V. A comunica¸c˜ao com sensor pode ser feita atrav´es das interfaces I2

C e SPI (Pololu, b). O valor de press˜ao pode ser facilmente convertido em altitude, um parˆametro bastante significativo neste trabalho uma vez que se trata de um dos principais parˆametros de um sistema de mapeamento e localiza¸c˜ao. O intervalo de press˜oes entre os 26 kPA e os 126 kPa corresponde a um intervalo de altitudes entre aproximadamente os -1800m e os 10100m, mais que suficiente para a aplica¸c˜ao em causa.

Figura 3.3 – Sensor de press˜ao/altitude LPS331AP com regulador de tens˜ao integrado, Pololu (b).

GPS Breakout - 66 channel w/10 Hz

Como j´a foi referido nesta disserta¸c˜ao, o sinal de GPS nem sempre est´a dispon´ıvel nem ´e suficiente para a resolu¸c˜ao de problemas de navega¸c˜ao e mapeamento. Contudo, n˜ao dever´a ser descartado uma vez que, sem ele, provavelmente tamb´em iriam ser obtidas solu¸c˜oes limitadas e iria ser feito um uso ineficiente dos recursos dispon´ıveis (Rovira-M´as et al., 2015).

Assim, o m´odulo GPS escolhido para esta plataforma foi o “GPS Breakout - 66 channel w/10 Hz” da Adafruit. Trata-se de um m´odulo que possui um chipset MTK3339, com um recetor de alta sensibilidade (-165 dBm), uma taxa de atualiza¸c˜ao de 10 Hz (permite adquirir at´e 10 localiza¸c˜oes durante 1 segundo), permite seguir at´e 22 sat´elites e possui um consumo de energia extremamente baixo, apenas 20 mA durante a navega¸c˜ao. O m´odulo possui ainda um RTC incorporado que poder´a ser ´util, por exemplo, no caso de querermos associar determinadas coordenadas ao momento em que estas foram adquiridas. Possui uma antena cerˆamica interna e, no caso de aplica¸c˜oes em que esta n˜ao seja suficiente, possui ainda um conector U.FL que permite efetuar a liga¸c˜ao de uma antena externa que ser´a automaticamente detetada. A maioria das antenas de GPS usam conectores SMA e, neste caso ser´a necess´aria a aquisi¸c˜ao de um conversor SMA para U.FL.

Possui tamb´em um regulador de 3,3 V, que permite que o m´odulo opere numa faixa de tens˜ao de entrada de 3,3 V a 5,5 V. Possui um LED que permite ver o estado atual do GPS, sendo que, este pisca a cada segundo no caso de estar `a procura de sat´elites e a cada 15 segundos no caso de j´a ter localizado os sat´elites, de forma a economizar energia. Uma caracter´ıstica interessante deste modulo baseado no MTK3339 ´e o facto de este possuir capacidade de registo de dados (hora, data, longitude, latitude e altura), uma vez que existe um microcontrolador com alguma mem´oria flash no seu interior. Para mais informa¸c˜oes acerca deste componente consultar https:// www.adafruit.com/products/746.

Figura 3.4 – Adafruit Ultimate GPS Breakout - 66 channel w/10 Hz,Adafruit(c).

IMU Razor com 9 graus de liberdade

Segundo Kim and Lee (2016), o posicionamento de ve´ıculos utilizando IMU tem sido alvo de v´arios estudos de forma a aumentar a sua precis˜ao. Trata-se ent˜ao de um componente que fornece informa¸c˜oes relevantes para os sistemas de localiza¸c˜ao e posicionamento.

Para esta plataforma, foi escolhido o m´odulo “9DOF Razor IMU”, apresentado na figura 3.5. Este m´odulo incorpora trˆes sensores, sendo estes, um ITG-3200 (girosc´opio), um ADXL345 (aceler´ometro) e um HMC5883L (magnet´ometro), todos eles de triplo eixo, dando-lhe assim nove graus de medidas inerciais. A placa opera a 3,3 V e vem programada com o bootloader Arduino e alguns exemplos que permitem obter as sa´ıdas de todos os sensores, sa´ıdas estas que s˜ao processadas por um

ATmega328 e a informa¸c˜ao obtida ap´os o processamento ´e colocada numa interface serial que poder´a ser acedida atrav´es de outros dispositivos (Razor IMU). Todas estas caracter´ısticas permitem que o 9DOF Razor IMU possa ser utilizado como um mecanismo de controlo muito poderoso para ve´ıculos a´ereos n˜ao tripulados (UAV), sistemas de estabiliza¸c˜ao de imagem e ve´ıculos aut´onomos.

Figura 3.5 – IMU Razor com 9 graus de liberdade,Razor IMU.

Laser Range Finder

Os Laser Range Finder (LRF) fornecem dados relevantes para o desenvolvimento de uma solu¸c˜ao para o problema em causa, uma vez que, podem vir a auxiliar nos casos em que a solu¸c˜ao baseada em imagem seja menos correta e fi´avel. Isto porque os LRF n˜ao sofrem os efeitos das condi¸c˜oes de ilumina¸c˜ao do ambiente (ao contr´ario das cˆamaras), pelo que, pode ser mais confi´avel num ambiente agr´ıcola e, para al´em disso, o seu ˆangulo de vis˜ao pode ser maior do que o de uma cˆamara (Hiremath et al., 2014).

O LRF escolhido foi o “Hokuyo URG-04LX-UG01”, figura 3.6. Trata-se de um laser da s´erie URG, bastante usado em mapeamento, planeamento de trajet´orias e localiza¸c˜ao de robˆos aut´onomos em ambientes desconhecidos (noDNA). De acordo com as especifica¸c˜oes do Hokuyo URG-04LX-UG01 (2009), este modelo tem uma taxa de atualiza¸c˜ao de 10 Hz e uma distˆancia de dete¸c˜ao entre 0.2m e 5.6m com

uma precis˜ao de ± 30 mm. Dentro desta gama de lasers o Hokuyo URG-04LX- UG01 ´e o mais pequeno (50×50×70 mm), o mais leve (160 g) e necessita apenas de uma ´unica liga¸c˜ao USB, tornando-o assim ideal para aplica¸c˜oes em rob´otica m´ovel principalmente em robˆos de pequenas dimens˜oes onde o peso ´e um factor importante, que ´e o caso.

Figura 3.6– Laser Range Finder Hokuyo URG-04LX-UG01, Hokuyo Automatic Co.,Ltd.