VALIDAÇÃO DE ESTABILIDADE DO ACELERÔMETRO MPU6050 COMO SENSOR BASE PARA MONITORAMENTO DE DESLIZAMENTOS

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VALIDAÇÃO DE ESTABILIDADE DO ACELERÔMETRO MPU6050 COMO SENSOR BASE PARA MONITORAMENTO DE DESLIZAMENTOS

Beatriz Ribeiro Vieira¹; Clara Loureiro Gadelha de Azedias²; Leandro Pereira Bernardo³;Marcio

Cataldi⁴& Ivanovich Lache⁵ Palavras-Chave– Baixo custo, Internet das coisas.

INTRODUÇÃO

O aumento das temperaturas globais associadas às mudanças climáticas, agravaram a magnitude dos desastres ambientais. Dentre os desastres ambientais mais comuns, destacam-se os movimentos de massa, em específico os deslizamentos de terra, que muitas vezes, estão associados a eventos de chuvas intensas e prolongadas. Tais catástrofes acabam gerando altos danos materiais, perda de vidas humanas, aumento do número de desabrigados e desalojados. Em comparação às inundações, que acabam causando maiores perdas econômicas e impactos na saúde pública, os deslizamentos acabam por causar um maior número de vítimas fatais (Galvão et al, 2017).

No Brasil, esses eventos são recorrentes, contudo há ainda um agravante, a falta de planejamento do uso e ocupação do solo (Maricato, 2010). O Estado do Rio de Janeiro, por exemplo, já possui uma maior suscetibilidade a movimentos de massa do tipo translacional raso, devido a sua geomorfologia do solo e somando-se as características supracitadas tornam-se recorrentes tragédias como as de Nova Friburgo 2011 ou em Petrópolis no primeiro trimestre de 2022.

Dessa forma, portanto, torna-se evidente a necessidade de analisar e monitorar os parâmetros que levam aos deslizamentos, para que seja possível minimizar o impacto e melhorar continuamente os mecanismos de prevenção. Nesse sentido, hoje existem estudos, utilizando acelerômetros e giroscópios para predição de deslizamentos. Um estudo realizado na Coréia do Sul, por exemplo, utiliza uma rede de sensores que contém acelerômetros biaxial (Kim, 2016). No Brasil, outro estudo realizado em laboratório utilizou-se de uma rede de 3 módulos-sensores contendo um acelerômetro e giroscópio MPU6050, para monitorar variações de velocidade e aceleração em uma simulação de deslizamento (Semione, 2020).

Assim, o seguinte trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência de um módulo sensor que utiliza o acelerômetro e giroscópio MPU6050, para detectar variações de aceleração que auxiliem na indicação de movimento de solo.

MATERIAIS E MÉTODOS

Na realização do experimento, foi utilizado o MPU6050, esse dispositivo acopla um um giroscópio e um acelerômetro de 3 eixos cada, além de um sensor de temperatura e um módulo Digital Motion Processor (DMP), sendo este último não utilizado na execução desse projeto. O MPU6050 apresenta seis conversores analógicos-digitais de 16-bits, três para a digitalização das saídas dos eixos do giroscópio e três para as saídas dos eixos do acelerômetro. Segundo o (MPU-6050 Datasheet, 2012) do módulo ele opera na faixa de operação de +/- 19.62m/s² e sua sensibilidade é de aproximadamente +/- 0.5m/s².

2) Estudante de graduação de engenharia de recursos hídricos e do meio ambiente, Universidade federal fluminense, claragadelha@id.uff.br 3)Estudante de graduação de engenharia de recursos hídricos e do meio ambiente, Universidade federal fluminense, leandropb@id.uff.br 4)Professor no departamento de engenharia agrícola e do meio ambiente, Universidade federal fluminense, mcataldi@id.uff.br 5)Professor no departamento de engenharia agrícola e do meio ambiente, Universidade federal fluminense, ilache@id.uff.br

1) Estudante de graduação de engenharia de recursos hídricos e do meio ambiente, Universidade federal fluminense, beatrizrv@id.uff.br

1 III Encontro Nacional de Desastres (ISSN 2764-9040)

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O teste controlado indoorfoi realizado através da configuração do primeiro protótipo, sendo ele composto por uma protoboard, um ESP8266 Nodemcu, um sensor acelerômetro e giroscópio MPU6050, fios jumper para as conexões entre dispositivos e um cabo micro USB acoplado a uma fonte 5V para alimentação que possibilita a realização de medições durante as 24 horas do dia.

Os testes controlados tiveram por início a data de 19 de agosto de 2021, tendo por objetivo a compreensão do funcionamento do sensor, bem como observar sua estabilidade ao longo do tempo.

Para essa análise preliminar da estabilidade do sensor, o equipamento foi exposto a dois tipos de ambiente, sendo eles:

● Ambiente plano, sem alteração angular e sem nenhum estresse induzido; e

● Ambiente com leve inclinação.

O segundo ambiente se iniciou em 15 de setembro de 2021, sendo a inclinação feita através da inserção de um objeto abaixo da caixa protetora do equipamento, uma borracha oval, de dimensões 5cm X 2,6cm aproximadamente e com uma altura de cerca de 1,8cm, que foi mantida no mesmo local por todo o tempo dessa configuração secundária.

RESULTADOS

A partir da data de início, previamente informada, até sua data final de medições, 29 de setembro de 2021, às 13:00, podemos observar os dados, tanto de forma crua, em bits, quanto sua conversão angular. Os dados apresentados se encontram coordenados por cor, sendo a aceleração em X representada pela cor roxa, em Y pela cor laranja, em Z pela cor verde e a temperatura está representada pela cor vermelha.

Na Figura 1 são observados os valores de medição crua (em bits) recebidos através do MPU6050 conectado ao NodeMCU. Vale ressaltar que, nesta figura, o valor da temperatura se encontra convertido para graus Celsius (ºC).

Figura 1- Dados Completos do Teste Controlado (em Bits). Equipamento de Testes Controlados. Fonte: autoria própria.

Através da Figura 1 é possível constatar a ausência de dados entre os dias 24 e 29 de agosto de 2021. Essa falha se deu pela natureza do sensor estar desligado, para que fossem realizados ajustes no local. Além disso, no dia 1 de setembro de 2021 é possível notar uma modificação angular brusca, sendo essa causada conscientemente em uma manipulação do sensor.

A partir do dia 15 de setembro de 2021, é possível observar o início dos testes com inserção de objeto abaixo do sensor, simulando uma alteração angular. A inserção do objeto causou mudanças nos eixos X,Y e Z, como esperado, que logo após o início dessa fase, se apresentaram estáveis, com

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leituras contínuas dentro da nova configuração, até que houvesse qualquer distúrbio externo, como é possível notar nos dados dos dias 23 e 24 de setembro, dias de maior variação angular, causadas devido a necessidade de manutenção e anotação científica quanto ao ambiente de estudo.

Outra maneira de olharmos os dados é através da sua conversão dos dados em bits para graus, como pode ser visto na Figura 2.

Figura 2- Dados Completos do Teste Controlado (em Bits). Equipamento de Testes Controlados. Fonte: autoria própria.

As características principais das medições (média e desvio padrão) podem ser observadas na Tabela 1.

Tabela 1 : Resultados Obtidos no Teste Controlado

Ambiente sem inclinação Ambiente com inclinação Média (º) Desvio padrão (º) Média (º) Desvio padrão (º)

Ângulo X 179.781 0.354 174.879 0.155

Ângulo Y 184.048 0.145 183.033 0.110

Ângulo Z 273.069 4.846 329.428 0.837

CONCLUSÕES

Os testes realizados em laboratório mostraram que o sensor é altamente sensível às variações de movimentação. Pode-se observar que ele realmente consegue detectar e calcular as variações de aceleração, uma vez que os resultados obtidos foram coerentes.

O monitoramento realizado no período de aproximadamente 1 mês demonstrou efetivo para determinar a estabilidade do sensor que, mesmo quando influenciado a alterar qualquer eixo, retoma as medições de forma constante e consistente, mesmo que mantido na alteração angular. O MPU6050 não apresenta demora em adaptação e mostra um monitoramento dentro de uma faixa coerente de medições, que quando convertidas, não demonstram grandes variações angulares, o que foi coerente com o observado no local.

Assim, com o presente resumo, podemos concluir que o equipamento é estável e possui dados coerentes com os observados. Ademais, serão feitos mais testes a fim de averiguar o seu comportamento durante uma simulação de deslizamento.

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REFERÊNCIAS

CARVALHO, C. S.; GALVÃO. T. Prevenção de riscos de deslizamentos em encostas. Guia para Elaboração de Políticas Municipais. n. 1, p. 111–p, 2017 /Brasília: Ministério das Cidades;

Cities Alliance, 2017. Disponível em: Prevenção de Riscos de Deslizamentos em Encostas: Guia para Elaboração de Políticas Municipais / Celso

Acesso em: 20 abr. 2021.

ETC1. MPU-6050 Datasheet (PDF)- List of Unclassified Manufacture. All datasheet. 2012.

Disponível emhttps://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/517744/ETC1/MPU-6050.html Acesso em: 21 abr. 2021.

KIM, H, W, (2016) "Development of wireless sensor node for landslide detection," Proceedings of the AsiaPacific advanced network, vol 42

MARICATO, E.; OGURA, A. T.; e COMARU, F. Crise urbana, produção do habitat e doença.

Meio ambiente e saúde: o desafio das metrópoles. Tradução . São Paulo: Ex-Libris, 2010. Acesso em: 15 nov. 2022.

SEMIONE, A.; HOFMANN, K.Desenvolvimento de Módulos para Monitoramento de

Encostas com o Uso de Sensoriamento Wireless.XIII Seminário integrado de Ensino, pesquisa e extensão - SIEPE. 2022.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à prefeitura de Niterói / RJ pelo apoio ao projeto “Sistema de Monitoramento de Estabilidade de Encostas e Focos de Incêndios com Sensores de Baixo Custo”

através do Programa de Desenvolvimento de Projetos Aplicados (PDPA). O Projeto foi a base para o presente trabalho. Adicionalmente os autores gostariam de agradecer ao apoio recebido pelo Laboratório de Monitoramento e Modelagem de Sistemas Climáticos (LAMMOC), assim como todo o apoio técnico do Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente, especialmente ao apoio técnico brindado pela Izabela Pontes do Couto e a Ana Caroline Lopes Maria.