PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
ESCOLA POLITÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - TELECOMUNICAÇÕES
PROJETO FÍSICO - SISTEMA AUTÔNOMO DE ALERTA DE
ACIDENTES AUTOMOBILÍSTICOS (SA4) EM AMBIENTE URBANO E
AUTOESTRADAS
CURITIBA
2013
ALEXANDER AUGUSTO FROELICH
ARTHUR GRANDINI RODELLA
SISTEMA DE AUTÔNOMO DE ALERTA DE ACIDENTES
AUTOMOBILÍSTICOS (SA4) EM AMBIENTE URBANO E
AUTOESTRADAS
Plano de projeto de Trabalho de
Conclusão de Curso apresentado ao
Curso de Graduação em Engenharia
Elétrica - Telecomunicações da
Pontifícia Universidade Católica do
Paraná.
Orientadores: Prof. Luiz Augusto de
Paula Lima Jr.
Prof. Marcelo Eduardo Pellenz.
CURITIBA
2013
i
SUMÁRIO
RESUMO ...................................................................................................................... ii
ABSTRACT ..................................................................................................................iii
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... iv
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................... v
LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... vi
1.
INTRODUÇÃO....................................................................................................... 1
2.
DETALHAMENTO DO PROBLEMA ...................................................................... 2
3.
TRABALHO A SER DESENVOLVIDO ................................................................... 4
3.1.
Microprocessador............................................................................................... 5
3.2.
GPS ................................................................................................................... 6
3.3.
ZigBee................................................................................................................ 7
3.4.
MP3 Player ........................................................................................................ 8
3.5.
Bluetooth ............................................................................................................ 9
3.6.
Programação do microcontrolador ................................................................... 10
3.7.
Principio de funcionamento do SA4.................................................................. 10
3.8.
Utilizando máquina de estados ........................................................................ 11
3.9.
Aplicativo para celular ...................................................................................... 15
3.10.
4.
Construção e funcionalidades dos pacotes ................................................... 17
PROCEDIMENTOS DE TESTE E VALIDAÇÃO DO PROJETO .......................... 18
4.1.
Testes de bancada com o GPS........................................................................ 18
4.2.
Testes de bancada com o MP3 Player ............................................................. 19
4.3.
Testes de bancada com o Zigbee .................................................................... 19
5.
VIABILIDADE ECONÔMICA ................................................................................ 19
Tabela 3 – Investimento do Projeto ......................................................................... 19
6.
RESULTADOS OBTIDOS ................................................................................... 20
7.
ANÁLISE DOS RISCOS ...................................................................................... 20
8.
CRONOGRAMA DO PROJETO .......................................................................... 21
9.
CONCLUSÃO ...................................................................................................... 22
10.
REFERÊNCIAS................................................................................................ 24
ii
RESUMO
O número de acidentes automobilísticos é muito grande em todo o mundo.
Partindo da ideia de que muitos acidentes poderiam ser evitados caso o
motorista fosse alertado que uma situação inesperada se encontra à frente,
este projeto tem como objetivo realizar uma comunicação entre veículos, para
informar os motoristas caso haja uma situação de risco. O funcionamento
consiste em, quando ocorrer um acidente, o veículo envolvido enviar uma
mensagem para os outros veículos que estão nas proximidades, informando
que ocorreu um acidente, e a que distância situa-se o incidente. Com esse
alerta, o motorista estará ciente de que deve adotar uma conduta mais
cuidadosa, para evitar novas colisões. Para isso, serão utilizados
microprocessadores Arduino, módulos XBee Pro 900HP, para realizar a
comunicação sem fio entre os veículos, módulos GPS, para calcular a distância
entre um veículo e o local do acidente, um shield MP3, para emitir um aviso de
alerta aos motoristas, evitando assim que eles precisem desviar a atenção da
estrada, e um módulo Bluetooth, para realizar a comunicação entre o Arduino e
um telefone celular.
Palavras-chave: Arduino;
prevenção de acidentes.
ZigBee;
GPS;
Redes
veiculares
(VANETs);
iii
ABSTRACT
The number of car accidents is high all over the world. Considering that a great
amount of collisions could be avoided if the driver had been alerted that an
unexpected situation would happen, this project has the objective of performing
vehicular communication to inform drivers about such hazardous situations. The
system consists in sending vehicles a message informing them that an accident
has happened nearby, as well as its distance. With this alert, drivers will be
aware that they must be careful, in order to avoid more collisions. To do this,
the following material will be used: Arduino microprocessors, XBee 900HP
modules, to perform wireless communication between vehicles; GPS modules,
to calculate the distance between the vehicle and the place of the accident; a
MP3 shield, to emit a sonorous alert, so the drivers’ attention will not be diverted
from the road; and a Bluetooth module, to perform the communication between
the Arduino and a cell phone.
Key-words: Arduino; ZigBee; GPS; Vehicular Networks (VANETs); collision
avoidance
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Representação ilustrativa de um acidente automobilístico, onde os veículos
envolvidos alertam os demais dentro de certo raio de distância. .................................. 4
Figura 2 - Diagrama de blocos do hardware deste projeto. ........................................... 5
Figura 3 - Microcontrolador Arduino Uno em vista (a) panorâmica e (b) superior.......... 6
Figura 4 - Representação ilustrativa do funcionamento de um GPS. ............................ 6
Figura 5 - Módulo GPS em vista (a) panorâmica e (b) inferior. ..................................... 7
Figura 6 - Módulo XBee Pro 900HP. ............................................................................. 7
Figura 7 - Shield XBee. ................................................................................................. 8
Figura 8 - Ilustração MP3 Shield. .................................................................................. 9
Figura 9 - Módulo Bluetooth blue SMiRF Silver............................................................. 9
Figura 10 - IDE de programação do Arduino ............................................................... 10
Figura 11 - Ilustração de funcionamento da máquina de estados ............................... 12
Figura 12 - Estrutura seletiva Switch Case utilizada no SA4 ....................................... 12
Figura 13 - Fluxograma estado AGUARDANDO GPS ................................................ 13
Figura 14 - Fluxograma estado OCIOSO .................................................................... 13
Figura 15 - Fluxograma estado ACIDENTADO ........................................................... 14
Figura 16 - Fluxograma estado ADICIONA ACIDENTE .............................................. 14
Figura 17 - Fluxograma estado ALERTADO ............................................................... 15
Figura 18 - AppInventor, parte gráfica......................................................................... 16
Figura 19 - AppInventor, parte lógica .......................................................................... 17
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Estrutura do pacote.................................................................................... 18
Tabela 2 - Conteúdo de cada campo do pacote.......................................................... 18
Tabela 3 - Investimento do Projeto ............................................................................. 19
Tabela 4 - Análise FMEA ............................................................................................ 20
Tabela 5 - Cronograma de atividades ......................................................................... 21
vi
LISTA DE ANEXOS
1
1. INTRODUÇÃO
No Brasil, o número de acidentes automobilísticos em 2011 é de
188.925 ocorrências, incluindo acidentes com mortes, feridos, sem vítimas e
não informados (DPRF, 2012). O número de mortes passa de 7000. Portanto,
qualquer artifício que venha ajudar na diminuição desses dados é relevante.
Muitos acidentes de trânsito poderiam ser evitados se um alerta de
perigo fosse informado. Por exemplo, ao dirigir a noite em uma estrada mal
iluminada, um motorista perde o controle do carro e colide contra uma árvore,
deixando o carro no meio da pista. Se outros motoristas que estão em direção
ao acidente receberem um alerta do perigo que se encontra em frente, muitos
engavetamentos podem ser evitados. Nas cidades esse alerta pode ser útil
para evitar congestionamentos, pois ao receber o alerta de acidente, o
motorista pode usar uma rota alternativa para chegar ao seu destino.
O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar um sistema de alerta
de acidentes capaz de informar aos motoristas dentro de certo perímetro a
ocorrência de uma colisão e a gravidade da mesma, seja em ambiente urbano
como em rodovias ou estradas.
As sessões seguintes deste documento descreverão em detalhes o
problema abordado neste trabalho (Seção 2), a proposta do projeto e as
tecnologias utilizadas (Seção 3), os procedimentos de testes parciais do
sistema (Seção 4), uma análise de riscos do projeto (Seção 6) e, por fim, o
cronograma do mesmo (Seção 7). As conclusões são apresentadas na Seção
8.
2
2. DETALHAMENTO DO PROBLEMA
Tanto no trânsito urbano como em rodovias, é possível verificar a
ocorrência de acidentes e/ou engavetamentos devido a uma colisão primária
de veículos. Esse fator pode prejudicar em diversas esferas os motoristas
envolvidos, seja devido ao stress de um congestionamento, prejuízos
financeiros devido a atrasos de entregas (em relação ao setor comercial), e até
mesmo danos físicos devido a um possível acidente. Nesse contexto, a ideia
central deste projeto consiste em informar a ocorrência de um acidente para
todos os motoristas situados dentro de certo raio do mesmo, no intuito de evitar
acidentes subsequentes e/ou engavetamentos.
No estudo realizado por (VIGNESH e VIGNESH, 2012)., foi proposto um
modelo onde o sistema teria controle sobre a aceleração, freios e também ao
volante de veículos. Para a realização daquele projeto, utilizou-se o
microcontrolador Arduino juntamente com módulos XBeeSeries 2. Estes
módulos seriam instalados em postes de luz, que informariam a posição dos
veículos para o sistema principal. O sistema principal por sua vez estabeleceria
uma comunicação com módulos instalados nos carros, e poderia assumir o
comando do veículo para evitar um acidente.
Em (BUCHENSCHEIT et al., 2009), foi apresentado um sistema cujo
principal objetivo seria auxiliar a mobilidade de veículos de emergência em
meio ao tráfego urbano. Para isso, seria utilizada comunicação via rádio, para
que os veículos pudessem se comunicar tanto com automóveis (para que estes
possam desviar da rota do veículo de emergência) como com semáforos (para
organizar o trânsito, diminuindo o tempo de chegada do veículo ao local de
destino). Para a realização do protótipo, o desenvolvimento baseou-se no
U²VAS (plataforma de experimentos para VANETs – Vehicular Ad Hoc
Network).
(ZALDIVAR et al., 2011).implementaram um aplicativo para o sistema
operacional Android, que monitoraria o veículo através da interface OBD-II
(OnBoardDiagnostics), e seria capaz de detectar a ocorrência de acidentes.
Assim que um acidente fosse constatado, o smartphone enviaria e-mail, ou
3
mensagens de texto, para um destinatário pré-definido, e também realizaria
uma ligação automática para o serviço de emergência.
Durante seu mestrado, o engenheiro Eduardo Bertoldi desenvolveu um
sistema anti-colisão de alerta ao motorista com o uso de estímulo auditivo e
hepático. O objetivo desde projeto é evitar acidentes causados pelos pontos
cegos. Com sensores equipados nas laterais do veículo, o sistema é capaz de
detectar outros veículos a vinte metros de distância. Quando uma situação de
risco é detectada, alarmes internos são acionados (um sonoro e outro
vibratório), informando o motorista da possível colisão. O desenvolvimento do
projeto foi realizado com o auxílio de jogos eletrônicos, e contou com a
participação de voluntários (USP, 2011).
Além dos estudos apresentados, há outros produtos com tecnologia similar
(transferência de dados envolvendo veículos) que estão começando a ser
comercializados, dos quais destacam-se o SINRAV, o SINIAV e Cohda
Wireless. O SINIAV tem como objetivo fiscalizar os veículos, a partir de uma
tecnologia que prevê a inserção de chips eletrônicos nos veículos para que os
mesmos
sejam
identificados
e
rastreados,
por
meio
de
antenas
estrategicamente posicionadas (SINIAV, 2011). O SINRAV é um equipamento
antifurto, integrado ao carro, que permite o rastreamento do veículo. Este
dispositivo realiza comunicação carro-infraestrutura via rede celular (IG, 2012).
Outro produto, que está começando a ser comercializado, é o Cohda Wireless.
Este produto realiza tanto comunicação entre veículos como de veículos com
infraestruturas. A base de funcionamento nas duas situações é a mesma: os
veículos se comunicam com outros veículos, ou infraestrutura, através de uma
comunicação via rádio, e a comunicação ocorre o tempo todo. Com a
comunicação entre veículos, o Cohda é capaz, além de sinalizar se há um
acidente à frente, emitir um aviso informando que não é seguro realizar uma
ultrapassagem. Já com a comunicação veículo-infraestrutura, ele é capaz de se
comunicar com, por exemplo, um semáforo, e, a partir disso, informar se outro
veículo desrespeitou a sinalização. Também é possível a comunicação com
alguma infraestrutura próxima a uma escola, por exemplo, e ,quando algum
veículo se aproxima, recebe o alerta de que é uma área escolar, e deve
diminuir a velocidade (COHDA WIRELESS, 2012).
4
Dessa forma, não encontramos na literatura nenhum outro estudo para o
desenvolvimento de um sistema de alerta de acidentes automobilísticos (SA4)
com as mesmas características propostas por este projeto.
3. TRABALHO A SER DESENVOLVIDO
Neste projeto, foi desenvolvido um sistema de detecção e alerta de
acidentes automobilísticos em trânsito urbano e em autoestradas, tal como
ilustra a Figura 1.
Figura 1 – Representação ilustrativa de um acidente automobilístico, onde os veículos
envolvidos alertam os demais dentro de certo raio de distância.
Fonte: o autor, 2013.
Após um veículo receber um alerta, o mesmo será capaz de retransmiti-lo,
pois cada veículo possuirá um SA4, se transformando em uma nova fonte de
transmissão, possibilitando que a área de veículos que serão alertados sobre o
acidente seja muito maior, porém com certa limitação de distância do veículo
acidentado. Para que o motorista não desvie sua atenção, o alerta é do tipo
sonoro, informando à que distância se encontra o acidente. Além do alerta
sonoro, há também um aplicativo para celular (sistema operacional android),
que recebe as coordenadas do acidente, e o localiza em um mapa, mostrando
com mais precisão onde ele ocorreu.
5
A parte física (hardware) desse sistema é apresentada em diagrama de
blocos preliminar da Figura 2.
Figura 2 - Diagrama de blocos do hardware deste projeto.
Fonte: o autor, 2013.
3.1.
Microprocessador
Durante o processo de escolha do microprocessador, o Arduino Uno (Figura
3) atendeu todos os pré-requisitos do projeto, tais como: baixo custo, número
de canais digitais/analógicos, memória flash, interface USB para gravação de
códigos e compatibilidade com outros módulos eletrônicos utilizados no
sistema por meio de shields.
6
(a)
(b)
Figura 3 - Microcontrolador Arduino Uno em vista (a) panorâmica e (b) superior.
Fonte: Sparkfun, 2013.
Outra vantagem observada no Arduino Uno é a sua tensão de
alimentação, que pode ser de 6 a 20 Volts (ARDUINO, 2013; MULTILÓGICA
SHOP, 2013). Isso porque os veículos possuem uma saída de alimentação
com 12 Volts.
3.2.
GPS
Um dispositivo essencial para o projeto é o GPS, que fornece a posição
atual e a posição do acidente.
Figura 4 - Representação ilustrativa do funcionamento de um GPS.
Fonte: TECHMUNDO, 2012.
Para que o GPS funcione, é necessário que no mínimo quatro satélites
estejam em linha de visão com o receptor que se encontrará nos veículos.
Dessa forma, através da comparação de tempo em que o sinal que viaja na
velocidade da luz foi enviado com o momento em que ele foi recebido, é
7
possível determinar a distância exata entre o receptor e o satélite
(TECHMUNDO, 2012).
No projeto do SA4, foi utilizado um módulo GPS ME-1000RW (Figura 5),
podendo ser conectado diretamente em um pino digital do Arduino, e
alimentado pelo pino de 5 Volts do próprio Arduino.
(b)
(a)
Figura 5 - Módulo GPS em vista (a) panorâmica e (b) inferior.
Fonte: ME Componentes e Equipamentos Eletrônicos, 2012.
3.3.
ZigBee
Uma importante etapa do projeto é realizar a comunicação entre os
veículos. Para isso, foi projetada uma rede sem fio, utilizando módulos ZigBee.
ZigBee é uma tecnologia de baixo custo desenvolvida para operar com baixo
consumo de energia (ZIGBEE ALLIANCE, 2013). O módulo escolhido para
realizar esta tarefa foi o XBee Pro 900HP (Figura 6).
Figura 6 - Módulo XBee Pro 900HP.
Fonte: Albacore, 2013
8
Este módulo possui banda de frequência de 902 a 928 MHz e taxa de
transferência de até 200 Kbps. Uma importante característica que contribuiu
para eleger a utilização deste módulo foi a elevada distância de transmissão
(até 45 km, utilizando uma antena de alto ganho) (DIGI INTERNATIONAL,
2012). Para a comunicação com o do módulo com o Arduino, será necessário o
uso de um shield XBee (Figura 7).
Figura 7 - Shield XBee.
Fonte: Multilógica, 2013
3.4.
MP3 Player
Para notificar o motorista de um acidente, foi utilizado um shield MP3 Player
compatível com o Arduino (Figura 8), desta forma, o motorista não precisará
desviar a sua atenção na estrada, sendo necessário apenas escutar a
mensagem pré gravada em mp3 em um cartão micro SD.
9
Figura 8 - Ilustração MP3 Shield.
Fonte: Sparkfun, 2013.
3.5.
Bluetooth
Para realizar a comunicação entre o microcontrolador Arduino e o
celular, foi utilizada a tecnologia Bluetooth que permite comunicação sem fio
entre dispositivos a curta distância. A função do Bluetooth é enviar as
coordenadas do acidente para o celular.
O módulo bluetooth utilizado foi o blue SMiRF Silver (Figura 9).
Figura 9 - Módulo Bluetooth blue SMiRF Silver
Fonte: Sparkfun, 2013.
10
3.6.
Programação do microcontrolador
O desenvolvimento do software que foi embarcado no microprocessador
Arduino foi realizado através do Arduino IDE (Integrated Development
Environment), em linguagem de programação C/C++ (Figura 9).
Figura 10 - IDE de programação do Arduino
Fonte: O autor, 2013.
3.7.
Principio de funcionamento do SA4
Quando ocorre um acidente, o módulo do carro acidentado deve ser
acionado. Ele então constrói uma mensagem com a coordenada do local do
acidente. O veículo acidentado envia, através de um módulo ZigBee,
mensagens de alerta contendo a coordenada do acidente, para outros veículos
próximos do acidente (distância pré-determinada). Os veículos próximos
11
recebem a mensagem, que é transformada em um alerta sonoro (para não
desviar a atenção do motorista), informando a que distância, aproximadamente,
encontra-se o acidente. Também foi desenvolvido um aplicativo para sistema
Android. Este aplicativo recebe as coordenadas do acidente, via Bluetooth, e
abre um mapa (Google Maps), mostrando o local onde ocorreu o acidente.
Cada veículo que recebe a mensagem transforma-se em uma nova fonte
de difusão da mensagem até que uma determinada distância do acidente tenha
sido atingida. Em caso de mais de um acidente, mensagens de todos os
acidentes são transmitidas, porém o alerta sonoro avisa somente sobre o
acidente mais próximo na direção do qual o veículo se movimenta. Caso o
veículo acidentado se mova, o alerta de acidente é automaticamente
interrompido.
Por questões de conectividade (insuficiência de portas lógicas) são
utilizados dois microcontroladores para comunicação com todos os módulos
(GPS, ZigBee, Bluetooth e MP3).
3.8.
Utilizando máquina de estados
Como no SA4 existe vários hardwares periféricos (GPS, ZigBee, MP3 e
Bluetooth) conectados ao Arduino, foi utilizado um diagrama de máquinas de
estados para estruturar o código do programa de forma que o mesmo se torne
mais intuitivo e organizado, facilitando na correção de eventuais bugs e erros.
A (Figura 10) ilustra como foi desenvolvido essa máquina de estados.
12
Figura 11 - Ilustração de funcionamento da máquina de estados
Fonte: O autor, 2013.
Como o software do SA4 é programado em C++, foi adotado o uso de
Switch-Case como estrutura seletiva, ilustrado na figura 11 a seguir.
Figura 12 - Estrutura seletiva Switch Case utilizada no SA4
Fonte: O autor, 2013.
Para entender as funções de cada estado do software do SA4, será
ilustrado, a seguir, cinco fluxogramas e cinco algoritmos que ilustram o
13
funcionamento do estado AGUARDANDO GPS, OCIOSO, ACIDENTADO,
ADICIONA ACIDENTE E ALERTADO, respectivamente.
AGUARDANDO GPS
Figura 13 - Fluxograma estado AGUARDANDO GPS
Fonte: O autor, 2013.
Enquanto o sinal do GPS não for estabelecido, o programa não muda de
estado. Após o sinal ser totalmente estabelecido o software passa a executar
as funções do estado ocioso.
OCIOSO
Figura 14 - Fluxograma estado OCIOSO
14
Fonte: O autor, 2013.
No estado ocioso o programa apenas executa a leitura das coordenadas
e verifica se chegou algum pacote de um acidente, ou se o usuário pressionou
o botão de emergência.
ACIDENTADO
Figura 15 - Fluxograma estado ACIDENTADO
Fonte: O autor, 2013.
No estado acidentado, enquanto o botão de emergência permanecer
ligado será transmitido vários pacotes com as coordenadas da localização do
acidente ocorrido.
ADICIONA ACIDENTE
Figura 16 - Fluxograma estado ADICIONA ACIDENTE
Fonte: O autor, 2013.
As coordenadas de um novo acidente serão adicionadas em um vetor
para armazenamento dos dados da localização.
15
ALERTADO
Figura 17 - Fluxograma estado ALERTADO
Fonte: O autor, 2013.
Já no estado alertado, a mensagem com a localização dos acidentes
presentes no vetor será reenviada até que atinjam um raio limite. Existe um
monitoramento do zigbee para que quando chegar uma nova mensagem, o
programa consiga identificar se mensagem corresponde com a localização de
um acidente já conhecido, ou se a localização é de um acidente ainda não
conhecido, no caso sendo necessária a mudança para o estado adiciona vetor.
Quando todos os acidentes ultrapassarem o raio limite da propagação
das mensagens, o programa volta para o estado ocioso.
3.9.
Aplicativo para celular
Para o desenvolvimento do aplicativo para celular, foi utilizada a
ferramenta AppInventor, do Massachusetts Institute of Technology (MIT).
16
Esta é uma ferramenta que permite a criação de aplicativos para sistema
operacional Android por meio de blocos, ou seja, não é necessário
conhecimentos da linguagem de programação utilizada no sistema Android.
Para criar um aplicativo, existem duas fases: a primeira (Figura 17) é a
parte gráfica, onde são selecionadas cores do aplicativo e os componentes
(botões, atalhos para outros aplicativos, etc.). Na segunda etapa (Figura
18), desenvolve-se a lógica do programa.
Figura 18 - AppInventor, parte gráfica
Fonte: O autor, 2013.
17
Figura 19 - AppInventor, parte lógica
Fonte: O autor, 2013.
Os componentes do aplicativo são: Quatro botões (conectar bluetooth,
desconectar bluetooth, obter coordenadas e limpar) e um visualizador, para
mostrar o mapa.
A lógica do aplicativo consistem em receber coordenadas do módulo
bluetooth, e abrir um mapa, indicando onde localiza-se o acidente.
3.10. Construção e funcionalidades dos pacotes
O conteúdo do pacote que é transmitido através do protocolo API do
Zigbee, entre os SA4 presentes nos veículos é composto por um vetor (em
C++) de índice 26, ou seja, possuindo 26 campos. Para a transmissão dos
dados no protocolo API, todos os campos possuem o mesmo tipo de variável
contendo um byte. Portanto, como a latitude e longitude são pontos flutuantes,
ou seja, um float, para a transmissão, as mesmas são transformadas em um
18
long e em seguida divididas em quatro bytes. A seguir, as Tabela 1 e 2,
ilustram a estrutura do pacote e o conteúdo de cada campo respectivamente.
Tabela 1 - Estrutura do pacote
Tipo
BYTE
Conteúdo
do
Campo
BYTE
BYTE
BYTE
BYTE
Overhead do protocolo API
BYTE
BYTE
BYTE
Latitude
Longitude
CRC
17 - 20
21 - 24
25
Índice
0
1
2
...
16
Tabela 2 - Conteúdo de cada campo do pacote
Overhead do
Cabeçalho de informações para que o pacote seja em enviado em modo
protocolo API
API. (Start byte) (Tamanho do pacote) (Broadcast)...
Latitude
Coordenadas de uma localização
Longitude
Coordenadas de uma localização
CRC
Detecção de erros
4. PROCEDIMENTOS DE TESTE E VALIDAÇÃO DO PROJETO
4.1.
Testes de bancada com o GPS
Para avaliação do funcionamento do GPS, o receptor foi conectado ao
Arduino, utilizando um pino para alimentação (5 volts) e outro pino digital
qualquer para que o software recebesse os dados enviados pelo módulo GPS.
19
4.2.
Testes de bancada com o MP3 Player
Para verificar o funcionamento do MP3 Player, o mesmo foi conectado ao
microprocessador Arduino. Um arquivo no formato mp3 foi inserido, por meio
do cartão micro SD, e, utilizando o ambiente de desenvolvimento do Arduino,
foi desenvolvido um código para que fosse possível reproduzir o arquivo mp3.
4.3.
Testes de bancada com o Zigbee
Para a realização de testes com o módulo ZigBee, será executada uma
comunicação entre dois módulos XBee Pro 900HP, devidamente conectados
ao Arduino através do shield Xbee. Para o teste, será desenvolvida uma lógica
para que um módulo envie um comando simples ao outro (acender um LED,
por exemplo).
4.4.
Validação do Projeto
Para validação do projeto, foi realizada uma simulação. Utilizou-se dois
SA4, um com a função era enviar diferentes coordenadas, simulando acidentes
a diferentes distâncias, e outro com função de receber e processar os dados.
5. VIABILIDADE ECONÔMICA
A tabela 3 mostra o investimento feito para a realização do projeto
Tabela 3 – Investimento do Projeto
Item
Quantidade
Preço
Cartão MicroSD
1
R$ 21,00
Componentes eletrônicos
-
R$ 32,00
20
Arduino Uno R3
2
2 X R$ 89,00
Shield MP3 Player
1
R$ 165,00
Shield XBee
1
R$ 74,00
Módulo XBee
1
R$ 153,47
Módulo GPS
1
R$ 100,00
-
-
R$ 723,47
Total
O custo de venda do SA4 seria R$ 723,47 + 35% = 1198,75 (produto e
instalação no veículo do cliente).
6. RESULTADOS OBTIDOS
Com os testes em ambiente indoor, e com apenas dois SA4 um ao lado do
outro, foi possível verificar o completo funcionamento do projeto, que através
de simulações de acidente geradas por um SA4 compilado com coordenadas
pré-determinadas, e com o auxilio do Serial Monitor do Arduino (Figura 9), foi
possível testar todos os estados previstos.
7. ANÁLISE DOS RISCOS
A verificação dos riscos existentes neste projeto final de curso foi realizada
através da análise FMEA e relacionada na Tabela 4.
Tabela 4 - Análise FMEA
Item
Arduino
Modo
potencial
de falha
Efeito em
potencial
S
Quebrar
Perda da
função
Perda da
8
Queimar
Causa em
potencial
Colisão do
veículo
8 Sobrecarga
O Dispositivo
de controle
D
RP
N
Ações
recomend
adas
3
Nenhum
10
240
3
Nenhum
10
240
Substituir o
dispositivo
Substituir o
21
função
MP3
Player
Módulo
GPS
Módulo
XBee
PRO
900HP
Quebrar
Queimar
Quebrar
Queimar
Quebrar
Queimar
de corrente
dispositivo
Perda da
função
Perda da
função
8
Colisão do
veículo
8 Sobrecarga
de corrente
3
Nenhum
10
240
3
Nenhum
10
240
Perda da
função
Perda da
função
8
Colisão do
veículo
8 Sobrecarga
de corrente
3
Nenhum
10
240
3
Nenhum
10
240
Perda da
função
Perda da
função
8
3
Nenhum
10
240
3
Nenhum
10
240
Colisão do
veículo
8 Sobrecarga
de corrente
Substituir o
dispositivo
Substituir o
dispositivo
Substituir o
dispositivo
Substituir o
dispositivo
Substituir o
dispositivo
Substituir o
dispositivo
8. CRONOGRAMA DO PROJETO
A Tabela 5 mostra o cronograma de atividades deste projeto de final de
curso.
Tabela 5 - Cronograma de atividades
Cronograma de atividades - 2013
Etapas
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
1
2
3
4
5
1. Testes de bancada com os módulos GPS, MP3 Player e ZigBee
separadamente;
2. Projeto e início da programação do software do SAAA;
3. Implementação do software e testes com o sistema completo (módulos de
hardware interligados) e inserção do hardware em caixa de protótipo;
4. Testes práticos do sistema em ambiente indoor;
5. Análise dos resultados e confecção do relatório final.
22
9. CONCLUSÃO
Acidente automobilístico é um problema que afeta todos os países, e
ainda não há nenhum equipamento implantado para reduzir o número de
acidentes que ocorrem. O principal objetivo deste projeto é desenvolver um
equipamento que possa auxiliar na redução no número de acidentes. Para
isso, é proposta uma solução envolvendo GPS e uma rede sem fio, para
realizar uma comunicação entre os veículos, informando se há um acidente
e à que distância ele se encontra. O aviso ao motorista ocorre por meio de
um reprodutor de mp3.
A ideia inicial era conectar todos os dispositivos (XBee, GPS, MP3 e
Bluetooth) em um único Arduino, pois, dessa forma, os gastos seriam
menores, e o tamanho físico do projeto também, facilitando os testes.
Porém, por motivos de insuficiência de portas lógicas, foi necessário
adicionar mais um Arduino ao projeto. Desta forma, os dispositivos ficaram
distribuídos. Um Arduino controla o Xbee e o GPS, e envia os dados para o
outro Arduino, que contém o MP3 e o Bluetooth.
Este projeto foi inscrito no concurso Renault Experience, sendo um dos
três projetos escolhidos para representar a Universidade na etapa nacional.
Durante o período do concurso, foram realizadas reuniões com funcionários
da Renault, o que foi de grande valia, pois dessa forma houve uma
proximidade entre o mundo acadêmico e o mundo profissional, e também
foi possível compreender um pouco de como funciona uma indústria
automobilística, e quais as etapas necessárias para a implementação de um
projeto de um sistema, como o apresentado neste relatório, em um veículo.
O SA4 possui um alto custo, e, por isso, ainda é um projeto inviável
economicamente. Porém sua grande vantagem é ser um sistema
autônomo, ou seja, independe de infraestrutura.
Como trabalhos futuros, sugere-se uma possível migração para outra
plataforma (Android, por exemplo), ou a compactação da tecnologia em um
chip, reduzindo consideravelmente seu preço. Outro possível trabalho seria
promover melhorias no algoritmo (fazer cálculo da distância baseado nas
rotas das estradas) e melhorias no modo de acionar o módulo, como por
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exemplo, integrar o botão com o pisca-alerta ou airbag, neste último
tornando a ativação automática quando um acidente ocorre.
Considerando o hardware envolvido e a rede sem fio para a transmissão
e recepção dos dados, verifica-se que os conhecimentos necessários para
realizar este projeto envolvem muitas disciplinas do curso de engenharia
elétrica com ênfase em telecomunicações.
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10. REFERÊNCIAS
ALBACORE. Disponível em www.albacore.com.br Acesso em 15 abr. 2013
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12 jun. 2013
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Número de Acidentes por Gravidade de Ocorrência. Disponível em:
http://www.dnit.gov.br/rodovias/operacoes-rodoviarias/estatisticas-deacidentes/quadro-0101-numerodeacidentesporgravidade-anode2011.pdf
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<http://carros.ig.com.br/especiais/entenda+como+funcionara+o+chip+de+identif
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MULTILÓGICA. Arduino Uno R3. Disponível em: <http://multilogicashop.com/Arduino-Uno-R3>. Último acesso em 19 abril 2013.
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25
USP. Sistema anticolisão reduz acidentes causados por distração.
Disponível em http://www.usp.br/agen/?p=73220 Acesso em 23 jun. 2013
XBEE DATASHEET. Disponível em <www.digi.com/pdf/ds_xbeepro900hp.pdf
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ZIGBEE ALLIANCE. Disponível em: http://www.zigbee.org Acesso em 18 abr.
2013