UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA – ELE0325
PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS
Bruno Augusto Ferreira Vitorino
200419790
Diagrama Geral de um
Instrumento
Ente
Físico
Sensor e
transdutor
Sinal
Elétrico
Conformador
Processamento
de Sinal
Interface
Homem
Máquina
Plataforma de Coleta de Dados
Meteorológicos
• Necessidade de se obter dados em lugares remotos
• Antigamente a única forma de se colher dados
meteorológicos era instalando aparelhos de registro e
inspecionando os mesmos para verificar as medidas.
• As PCD’s facilitam o
supervisão automáticos.
processo
pois
são
sistemas
de
• Com o surgimento das PCD’s, o sistema de supervisão
meteorológica para futuras previsões se tornou muito mais
rápido e confiável e cresce cada vez mais com a instalação de
novas PCD’s.
Características das PCD’s
As PCD’s são constituídas de
vários sensores, um painel
solar para alimentação e um
transmissor, que envia os dados
colhidos para os satélites do
sistema de coleta de dados.
No Sistema Brasileiro de
Coleta de Dados são 3 satélites,
que
retransmitem
as
informações de cerca de 600
PCD’s espalhadas pelo nosso
território para os Centros de
Missão do INPE para que sejam
utilizadas principalmente nas
previsões meteorológicas.
Sensores das PCD’s
Uma PCD comum tem em
média 8 sensores, sendo os
mais comuns:
• Velocidade
Vento
e
direção
• Temperatura
• Radiação Solar
• Precipitação
• Pressão Atmosférica
• Radiação Ultravioleta
• Temperatura do Solo
• Fluxo de calor no Solo
do
Sensores das PCD’s
Pluviômetro
Nível de curso de
água
Radiômetro
Ultras sônico
de Vento
Vento
Temperatura
e Umidade
Barômetro
Sensores e transdutores das PCD’s
• O sensor de temperatura é um • O
resistor de platina, com relação estável
entre resistência e temperatura.
• Exatidão de ± 0.2ºC
• As variações de resistência são
medidas por um circuito eletrônico que
apresenta em sua saída uma tensão
contínua com:
0,0 Volt = – 30ºC.
elemento
sensor
de
umidade relativa do ar é um
filme higroscópico posicionado
entre
dois
eletrodos,
constituindo um capacitor.
• A capacitância varia com a
umidade absorvida pelo filme
(dielétrico).
• A capacitância medida é
convertida numa tensão:
0,0 Volt = umidade 0%
1,0 Volt = umidade 100%
1,0 Volt = +70ºC
Temperatura
e Umidade
Sensores e transdutores das PCD’s
Vento
• A velocidade do vento é medida usando-se
um reed-switch selado, que gera uma série de
pulsos a uma taxa proporcional à velocidade
de rotação do sensor.
• A direção do vento é medida usando-se uma
vane
diretamente
acoplada
a
um
potenciômetro de precisão. Variações na
direção
produzem
uma
correspondente
mudança de tensão no potenciômetro.
Especificações (modelo S2014 da Squitter)
Sensores e transdutores das PCD’s
• Funil com 200 mm de diâmetro
de abertura.
• Encaminha a água para um
sistema de básculas alternadas que
formam uma espécie de gangorra.
• Quando a quantidade de chuva
acumulada em uma concha, atinge
0,25 mm, o peso aciona o
mecanismo, fechando um relé
magnético.
Pluviômetro
• Produz
um
pulso
que
é
encaminhado
a
uma
entrada
contadora de pulsos da PCD.
• Capacidade ilimitada,
líquido é descartado.
pois
o
Conformação e Processamento dos
Dados
Dados
binários
seriais
Sinais de
sensores
Unidade
Controladora
Transmissor
de RF
401,62 MHz
Antena
Conformação e Processamento dos
Dados
Os dados colhidos nos sensores da
plataforma são enviados diretamente
a circuitos de controle presentes
numa unidade controladora. Lá, cada
sinal
dos
diversos
sensores
é
transformado em uma seqüência de
bits.
Esses bits são enviados, geralmente
de forma serial, a um transmissor de
rádio freqüência, que modula esses
sinais e amplifica, para que sejam
enviados aos satélites.
Conformação e Processamento dos
Dados
• O transmissor de rádio, alojado na caixa metálica da Unidade
Controladora, consiste de um sintetizador digital direto controlado
por um microprocessador capaz de transmitir a uma potência de
1.8 W.
• Foi homologado para o satélite brasileiro SCD e o francês Argos,
operando nas faixas de freqüência 401.620 MHz (SCD) e 401.620
MHz (Argos). A precisão do relógio é melhor que 10 segundos por
3 meses.
• As transmissões são realizadas a cada 90 segundos, com a
duração de menos de um segundo, a uma taxa de 400 bps.
• A antena é hemisfericamente omni direcional e montada no
interior de um recipiente.
Transmissores de PCD’s
Os transmissores das PCD’s precisam realizar duas
tarefas: modular os bits relativos aos dados dos sensores e
amplificar os sinais modulados, para que sejam levados até
a antena. A modulação padrão do Sistema Brasileiro é PSK,
onde cada bit modifica a fase de uma portadora. A
transmissão é feita numa freqüência padrão de 401,62 MHz.
Projeto de Transmissor Configurável baseado em FPGA
Baud Rate
2
+/- 10V
0V/5V
RXD
RECEPTOR
DE DADOS
SERIAIS
MAX232
FPGA
MODULADOR
PSK 60º
BASEADO
NO CORDIC
N
TRANSMISSOR
DE RF
401,62 MHz
Interface Homem-Máquina
Quando os dados chegam aos
Centros de Missão do INPE, eles são
demodulados e decodificados para
que as informações dos sensores
sejam
utilizadas
para
previsão
meteorológica,
controle
de
reservatórios ou outra finalidade.
De acordo com o site do INPE no
total são cerca de 110 usuários dos
dados colhidos pelas PCD’s, entre
empresas privadas, instituições de
pesquisa e universidades.
Interface Homem-Máquina
Referências
• http://www.cptec.inpe.br/
• http://www.simge.mg.gov.br/simge/pcds.html
• J. P. Dubút, C. D. Aquino, Plataforma de Coleta de
Dados para o Sistema ARGOS (Manual Técnico).