Integração dos subsistemas
O projeto Gotinho envolve a integração de componentes eletrônicos, software e estrutura física para criar um sistema de medição de dados climáticos e coleta de água da chuva para análise. Na parte eletrônica, o sistema é composto por cinco sistemas, responsáveis por medição de dados de umidade, temperatura, velocidade do vento, pressão atmosférica e transmissão e recepção de dados. O software desempenha um papel crucial no armazenamento e processamento dos dados capturados pelos sensores. Utilizando comunicação Wi-Fi, os dados são enviados para serem analisados e gerados gráficos em aplicação Web. Ademais, haverá um aplicativo para receber notificações sobre o funcionamento dos sistemas e controlá-lo remotamente, caso necessário. A estrutura física é projetada para acomodar todos os componentes eletrônicos de maneira organizada, eficiente e segura. É essencial que a estrutura ofereça um acesso adequado aos componentes eletrônicos e os mantenha protegidos da chuva. Ademais, a estrutura precisa ser estável para coletar a água da chuva adequadamente no recipiente.
Estrutura e energia
Alojamento dos Componentes
Os componentes eletrônicos e de energia estão alocados de tal forma que se torne viável a locomoção do sistema. Os componentes estarão bem alocados e os que tiverem necessidade de proteção contra o ambiente externo ficarão protegidos. Para isso, serão desenvolvidas caixas para acomodarem os componentes que necessitarem proteção.
Cabeamento e Conectores
Os cabos serão alocados junto a estrutura, utilizando a estrutura como conduíte e os conectores que ficarem expostos suportarão as intempéries climáticas, tendo vedação contra água e umidade. Os cabeamentos terão um tamanho adequado para permitir uma boa distância entre os diferentes componentes.
Posicionamento
A estrutura e os componentes serão montados de modo que suportem as diversas intempéries climáticas, como calor e chuvas fortes. A estrutura do sistema receberá tratamento para evitar corrosões, ser capaz de suportar choques mecânicos e não ficar instável. Os componentes eletrônicos que não puderem ter contato com água terão proteções, assim como os conectores serão capazes de evitar a entrada de umidade a fim de não gerarem interferências ou mau funcionamento de outros componentes.
Estrutura e eletrônica
Pelo fato da área de eletrônica ser dividida em diferentes módulos, cada módulo tem requisitos específicos para estruturas, então devem ser discutidos separadamente.
Aqui estão alguns requisitos da estrutura do sensor de velocidade e direção do vento e suas respectivas medidas.
Módulo de Velocidade e Direção do Vento
O módulo de sensoreamento de vento é dividido em duas partes, medição de velocidade e direção do vento, ambos estão na mesma "caixa":
O medidor de velocidade do Vento
Este medidor conta com uma roda perfurada acoplada ao eixo rotativo da velocidade do vento e um sensor encoder que entrega sinais de tensão à placa medidora de direção do vento.
O sensor encoder estará separado da placa principal e a ligação será feita através de fios ou um cabo. O requisito estrutural deste sensor é encaixar com a roda perfurada e o eixo rotativo.
Medidas da Roda Perfurada
- Raio: 25.75mm;
- Furos quadrados: 1.2mm x 4mm (L x A);
- Número de furos: 20;
- Distância para encaixe do eixo: 3.55mm;
Medidas do Sensor encoder
- Placa: 31mm x 10mm x 13.3mm (L x A x P);
- Distância entre os sensores: 5mm;
O medidor de direção do Vento
Esta será a placa principal que receberá os pulsos do sensor de velocidade e realizará as medidas da direção do vento, cálculos, e conversões necessárias. Este sistema funcionará com um eixo rotativo que tem um imã acoplado e este eixo estará no centro de um losango que contém 4 sensores magnéticos, através das leituras destes sensores serão feitos os cálculos para obter a direção do vento. A distância dos sensores até o centro é de 15mm, ou seja, o eixo deve ser projetado para, junto com o imã, caber nessa distância. Aqui está as imagens 2D e 3D desta placa e posteriormente suas medidas:
- Placa: 50mm x 130mm (A x L);
- Distância sensores ao centro: 15mm;
- Centro do furo central: 25mm x 65mm (A x L);
- Raio dos furos: 1.6mm;
- Distância entre furos (Largura): 122.8mm;
- Distância entre furos (Altura): 43.9mm;
Conexão com Outros Módulos
Para comunicação e integração com outros módulos se necessita do espaço para 1 conector do tipo MIKE, deve haver um espaço para passagem dos fios vindos deste conector que irão para a placa principal. Se aconselha que estes conectores se encaixem por baixo da caixa da estrutura de modo a minimizar efeitos do tempo. Segue imagem do conextor e suas dimensões, os furos do conector MIKE podem ser feitos posteriormente com furadeira para melhor adequação.
Módulo da Central de Aquisição Atmosférica
Para a estação meteorológica que possui a função de medir pressão, temperatura, humidade e radiação solar, foram feitas o modelo de placa 2D e 3D.
A central de aquisição atmosférica necessita de uma caixa que suporte a seguinte placa:
- Placa: 80.01 mm x 69.77mm (A x L);
Conexão com Outros Módulos
A caixa desse módulo também deve ter o espaço para a intalação de **1** Conector MIKE.
Módulo da Central de Transmissão
A central de transmissão precisa de uma caixa que comporte uma placa com as seguintes medidas:
- Placa: 71.755 mm x 70.34mm (A x L);
Conexão com Outros Módulos
Nesta caixá será instalado 1 Conector MIKE.
Módulo de Controle da Comporta
Este módulo necessita de uma caixa que comporte a placa com as seguintes dimensões:
- Placa: 80.01 mm x 80.0mm (A x L);
Conexão com Outros Módulos
Esta caixa também precisa comportar Conectores MIKE, neste caso são 4 conectores.
Módulo de Monitoramento do recipiente
Este módulo que faz as medidas internas do recipiente deve ter uma caixa capaz de comportar uma placa com as seguintes dimensões.
- Placa: 53 mm x 77mm (A x L);
Conexão com Outros Módulos
Esta caixa deve ter o espaço para instalação de 1 Conector MIKE.
Software e eletrônica (PC2/PC3)
O projeto de integração entre software e eletrônica combina tecnologias robustas e escaláveis para criar uma estação meteorológica inteligente. Sensores conectados a microcontroladores capturam dados ambientais como temperatura, umidade, pressão e radiação solar. Esses dados são transmitidos via protocolo MQTT para o backend, onde são processados e armazenados em um banco de dados PostgreSQL. Interfaces web e mobile permitem a visualização dos dados em tempo real e o controle remoto de componentes eletrônicos, como o recipiente de armazenamento de água. Essa abordagem promove eficiência, confiabilidade e facilidade de operação, garantindo uma solução completa e integrada.
Desafios (PC2/PC3)
Durante a fase de testes e integração do projeto, diversos desafios foram enfrentados, especialmente relacionados aos sensores utilizados. O sensor ultrassônico escolhido para medir o nível da água apresentou um problema crítico: sua abertura era maior que o diâmetro do funil, o que comprometia a precisão da medição e a eficácia do sistema de coleta. Diante dessa limitação, foi necessário reavaliar a escolha do sensor e buscar alternativas que garantissem um funcionamento adequado dentro das dimensões do funil.
Outro ponto de atenção foi a seleção dos sensores de radiação e pressão atmosférica. Inicialmente, optou-se por versões de menor custo, porém, durante os testes, verificou-se que esses sensores não eram resistentes à água. Isso exigiu um cuidado extra para evitar que se molhassem, tornando os testes mais complexos e exigindo soluções temporárias de proteção. Para a versão final do projeto, tornou-se evidente a necessidade de substituir esses sensores por modelos mais robustos e à prova d’água, garantindo a durabilidade e confiabilidade do sistema em condições reais de uso.
Além disso, a organização dos cabos da parte elétrica e eletrônica foi um desafio adicional. Para garantir um acabamento mais profissional e proteger a fiação, os cabos foram passados por dentro da estrutura de metalom, ocultando-os e conferindo uma aparência mais limpa e segura ao sistema. Essa abordagem não apenas melhorou a estética do projeto, mas também reduziu riscos de danos e interferências externas nos componentes eletrônicos.
Tabela de versionamento
| Versão | Data | Descrição | Responsável |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 29/10/2024 | Adicionando placeholder para imagens inexistentes. | Arthur José |
| 1.1 | 24/11/2024 | Adicionando a integração eletrônica e energia. | Pedro Zago |
| 1.2 | 24/11/2024 | Integração entre Estrutura e Energia. | Luciel |
| 1.3 | 25/11/2024 | Correção de conflito e correção de formatação das imagens. | João Gabriel P Nespolo |
| 1.4 | 25/11/2024 | Alteração da integração de software/eletrônica e desafios que serão feitos para o PC2/PC3. | João Gabriel P Nespolo |
| 1.5 | 04/11/2024 | Alteração da integração de estrutura/eletrônica. | Pablo Santos |
| 1.6 | 19/02/2025 | Atualização dos desafios enfrentados. | João Gabriel P Nespolo |