Desenvolvimento de um VeÃculo AÃ©reo NÃ£o-Tripulado - LARA ...

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Já o módulo auxiliar teria que lidar com tanto com dados disponíveis de forma contínua (como os dados analógicos), como com dados enviados para o módulo assim que disponíveis (GPS), e com módulos que podem ser programados para se comportarem de ambas as formas (leitura e geração de PWMs e IMU). A idéia foi utilizar um sistema operacional em tempo real, com tarefas periódicas para cada sensor ou módulo periférico. Quando uma requisição do processador principal era recebida, os dados disponíveis na memória interna eram repassados como resposta. Os períodos foram ajustados a fim de garantir que os dados mais recentes estavam sempre disponíveis na memória. Essa forma de projeto exigiu que os módulos programáveis fossem programados da forma mestre/escravo - ou seja, esses módulos enviam os dados mais recentes quanto requisitados pelo processador auxiliar. Dessa forma, os módulos críticos com requisição (como PWM e IMU) eram atualizados a uma frequência superior a frequência de amostragem do processador prinicipal, a fim de garantir que os dados mais recentes estavam disponíveis sempre. Os módulos não críticos de dinâmica mais lenta, como as tensões da bateria, eram amostrados a uma frequência mais baixa. Os dados que eram enviados de forma assíncrona eram armazenados em um buffer e processados de forma periódica a fim de garantir que eles fossem disponibilizados assim que sua transimssão fosse completada. Já a atuação (ação de controle) era enviada para o processador auxiliar, que armazenava os valores na memória. Esses valores eram enviados para o módulo de geração de PWM na frequência de atuação dos servos, a fim de garantir que o valor mais recente estava sendo gerado. Finalmente, os módulo de leitura de PWM atuava lendo os rádios de forma contínua através de interrupções, e guardando os valores mais recentes na memória. O módulo de geração de PWM sempre gerava o último valor recebido. Já o módulo da IMU fazia a aquisição contínua de todos os sensores (na maior frequência possível), armazenava esses dados na memória, e transmitia esses valores quando requisitado. Essa arquitetura se mostrou muito efetiva para garantir que os dados eram disponibilizados no período de amostragem correto, porém, ela se mostrou bastante complexa de implementar na prática. A principal dificuldade foi o atraso introduzido devido ao processamento necessário no módulo auxiliar, e na necessidade de gerência de tarefas ocorrendo de forma paralela e de prevenir mudanças de variáveis durante a transmissão de dados. A ilustração desse sistema está na Figura 4.2. 4.3.2 Protocolo de Comunicação Outro detalhe que deve ser comum entre os módulos é o protocolo de comunicação. Seguinte o princípio de modularização, um módulo de comunicação foi desenvolvido em torno de um protocolo flexível, robusto e rápido, de tal forma que ele resolvesse todas as necessidades de comunicação do projeto. O protocolo foi desenvolvido seguindo as orientações de [43, 44]. O protocolo foi uma evolução do protocolo desenvolvido para o projeto Bioloid do LARA 72
Requisição de dados Recebimento dos dados Nova requisição de dados Processador Principal Processamento Periódico t ... Processador Auxiliar Organização dos dados disponíveis na memória Aquisição Periódica (Processo 1) Aquisição Periódica (Processo 2) Aquisição Periódica (Processo n) Aquisição contínua Envio de dados ao módulo auxiliar Envio de dados (Resposta a aquisição periódica - Processo 1) Módulo Auxiliar (Síncrono) Módulo Auxiliar (Assíncrono) Figura 4.2: Organização do sistema de sincronismo de dados [45], que em si foi baseado em um esqueleto de protocolo genérico muito comum em sistema de comunicação serial. O protocolo em si está descrito na Figura 4.3 Header 1 Header 2 Tipo de pacote (ID) Tamanho (n bytes) Dados (Byte 1) Dados (Byte 2) . . . Dados (Byte n) Checksum Figura 4.3: Protocolo de comunicação utilizado no sistema Basicamente, o protocolo é serial, utilizando bytes como tamanho da palavra digital, a fim de utilizar esse protocolo em dispositivos UART ou SPI sem modificações. Ele é composto de dois digitos únicos, chamados de headers, que são utilizados para sinalizar o início de uma comunicação, seguido de um ID, que identifica o tipo de pacote a ser enviado (requisição de dados, dados de atuação, reset do sistema, etc.). O próximo dado é a quantidade de dados a ser enviados, seguido dos dados em si, e de um checksum, que são os bits menos significativos de todos os dados. O uso de dois headers garante que o sistema detecte de forma confiável o início de uma nova comunicação, facilitando a recuperação de eventuais erros de comunicação. O tipo de pacote e tamanho variáveis permitem a flexibilização da comunicação, enquanto que o checksum garante a integridade dos dados. O uso desse protocolo entre os dispositivos significa que para cada comunicação, só os headers, tipos de pacotes e formas de decodificação precisam ser definidas e testadas, facilitando muito o desenvolvimento. A decodificação foi implementada utilizando uma máquina de estados. Uma versão simplificada dessa máquina está ilustrada na Figura 4.4. A versão completa inclui algoritmos de validação dos IDs e timeouts. Durante os testes, esse protocolo mostrou taxas de erro de 0,005% em 3 horas de comunicação 73
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Agradecimentos É essa talvez a par
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UART UAV UKF UnB USB VANT WGS WMM X
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Tubo de Pitot Forma de Calibração
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