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PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS Bruno Augusto Ferreira Vitorino 200419790 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE.

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1 PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS Bruno Augusto Ferreira Vitorino UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA – ELE0325

2 Diagrama Geral de um Instrumento Sensor e transdutor Conformador Processamento de Sinal Interface Homem Máquina Sinal Elétrico Ente Físico

3 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 PCDs facilitam o processo pois são sistemas de supervisão automáticos. Com o surgimento das PCDs, 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 PCDs.

4 Características das PCDs As PCDs 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 PCDs espalhadas pelo nosso território para os Centros de Missão do INPE para que sejam utilizadas principalmente nas previsões meteorológicas.

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6 Sensores das PCDs Uma PCD comum tem em média 8 sensores, sendo os mais comuns: Velocidade e direção do Vento Temperatura Radiação Solar Precipitação Pressão Atmosférica Radiação Ultravioleta Temperatura do Solo Fluxo de calor no Solo

7 Sensores das PCDs Pluviômetro Ultras sônico de Vento Temperatura e Umidade Nível de curso de água Radiômetro Barômetro Vento

8 Sensores e transdutores das PCDs O sensor de temperatura é um 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. 1,0 Volt = +70ºC Temperatura e Umidade O 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%

9 Sensores e transdutores das PCDs 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)

10 Sensores e transdutores das PCDs Pluviômetro 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. Produz um pulso que é encaminhado a uma entrada contadora de pulsos da PCD. Capacidade ilimitada, pois o líquido é descartado.

11 Conformação e Processamento dos Dados Unidade Controladora Transmissor de RF 401,62 MHz Sinais de sensores Dados binários seriais Antena

12 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.

13 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 MHz (SCD) e 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.

14 Transmissores de PCDs Os transmissores das PCDs 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 MODULADOR PSK 60º BASEADO NO CORDIC RECEPTOR DE DADOS SERIAIS +/- 10V MAX232 0V/5V RXD 2 Baud Rate FPGA N TRANSMISSOR DE RF 401,62 MHz

15 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 PCDs, entre empresas privadas, instituições de pesquisa e universidades.

16 Interface Homem-Máquina

17 Referências J. P. Dubút, C. D. Aquino, Plataforma de Coleta de Dados para o Sistema ARGOS (Manual Técnico).


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