jornada de iniciaÇÃo cientÍfica, artÍstica e cultural 2010 edital cnpq/proantar nova arquitetura...
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JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL 2010
EDITAL CNPQ/PROANTAR
NOVA ARQUITETURA PARA ELETRÔNICA EMBARCADA DO ROV LUMA
AUTOR: TREVOR MATHEUS CARLOS VILELLA DO CARMO DOBBIN (CNPQ/PIBIC)[email protected]
ORIENTAÇÃO: RAMON ROMANKEVICIUS [email protected]
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2
OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Light Underwater Mobile AssetLUMA
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3
OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
LUMALight Underwater Mobile Asset
‣ AMPLA/ANEEL. Inspeções em túneis de adução em barragens.
‣ MABIREH. Fotografar e capturar imagens de vídeo das formas de vida encontradas no fundo da Baía do Amirantado.
‣ Aprimoramento do robô submarino LUMA para estudos de biodiversidade e impacto ambiental na antártica.
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4
OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
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5
OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
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6
OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
‣ Aprimoramento dos sistemas de controle e navegação transformando o atual veículo em um ARV.
‣ Armazenar/Transmitir o máximo de informação visual assim como informações do ambiente e de suporte a navegação.
‣ Capacidade de coletar amostras do ambiente.
‣ Aumentar a profundidade máxima para mais de 1000m.
PROANTAR
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OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Dificuldades
‣ Meio de comunicação limitado.
‣ Manipulabilidade e operação limitadas.
‣ Reparos e ajustes em ambiente com poucos recursos.
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‣ Modelagem da arquitetura atual.
‣ Avaliação e comparação dos requisitos.
‣ Proposta da nova arquitetura.OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Objetivos
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Arquitetura Atual
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‣ O sistema eletrônico do ROV LUMA já passou por refinamentos de arquitetura e organização.
‣ Atualmente sua estrutura é modular com processamento distribuído.
OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características ‣ Cada módulo contém
dispositivos e funções próprias.
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
IMUIMU
DriversDrivers
Controle Controle CâmerasCâmeras
GenéricaGenérica PMUPMU
LasersLasers
Câmeras
Câmera HD
LumináriaLumináriass
Embarcado
Meio de transmissãoOperador Remoto
Dados
VídeoLumináriaLuminária
ss
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OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
IMUIMU
DriversDrivers
Controle Controle CâmerasCâmeras
GenéricaGenérica PMUPMU
LasersLasers
Câmeras
Câmera HD
LumináriaLumináriass
Embarcado
UTP (2 pares)Operador Remoto
RS-485
Vídeo
≅500m
LumináriaLumináriass
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Protocolo
‣ SOT: Inicia a mensagem.‣ TAMANHO DA MENSAGEM: Número de bytes transmitidos.
‣ MENSAGEM:
‣ COMANDOS: Byte correspondente ao comando.‣ DADOS: Valores dos dados transmitidos.
‣ EOT: Fim da mensagem.
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Características
‣ Atualmente não é possível aproveitar a resolução da câmera HD.
‣ Não há armazenamento de informação visual de alta resolução.
‣ Atualmente não há tratamento dos erros de transmissão (CRC, paridade, etc.)
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‣ Processamento embarcado limitado. (AVR 8-bit)
‣ Os controles são simples por limitação da arquitetura do sistema eletrônico. Controles mais interessantes são desejados.
‣ O sistema em função de modificações em campo, não apresenta atualmente estrutura totalmente modular.
OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Características
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Características Arquitetura Atual Arquitetura Futura
Comprimento de umbilical 1000m 1000m
Definição do vídeo transmitido Standard Definition Standard Definition
Armazenamento de vídeoembarcado
- H.264 HD
Estatégia de controle PID discreto Amplas possibilidades
Gerenciamento autônomo - Presente
Gerenciamento de comunicação - Presente/
multicamadaModularidade Presente Presente
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Limitações
‣ Custo.
‣ Recursos.
‣ Integração.
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‣ Sistema de aquisição, armazenamento e processamento de vídeo e imagem embarcados.
‣ Mudanças em eletrônica que permitam controle refinado.
‣ Comunicação robusta e com redundância.OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Necessidades
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
IMUIMU
DriversDrivers
Controle Controle CâmerasCâmeras
GenéricaGenérica PMUPMU
LasersLasers
Câmeras
Câmera HD
LumináriaLumináriass
Embarcado
Meio de transmissãoOperador Remoto
Dados
VídeoLumináriaLuminária
ss
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
Câmeras
Câmera HD
Operador Remoto
LumináriLumináriaa
Sensores de Sensores de NavegaçãoNavegação
Controle das Controle das CâmerasCâmeras
Sensores do Sensores do sistemasistema
AcionamentAcionamento o
PropulsoresPropulsores
GenéricaGenéricaManipuladorManipulador
““Coletor”Coletor”
IMUProfundímetro Altímetro
SerialRelés Lasers
BateriaInundação Temperatura
DadosVídeo
Meio de transmissão
LumináriLumináriaa
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OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
Câmeras
Câmera HD
Operador Remoto
LumináriLumináriaa
Sensores de Sensores de NavegaçãoNavegação
Controle das Controle das CâmerasCâmeras
Sensores do Sensores do sistemasistema
AcionamentAcionamento o
PropulsoresPropulsores
GenéricaGenéricaManipuladorManipulador
““Coletor”Coletor”
IMUProfundímetro Altímetro
SerialRelés Lasers
BateriaInundação Temperatura
DadosVídeo
Meio de transmissão
LumináriLumináriaa
??
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
BowtechColor
BowtechB-W
KongsbergColor
RossHD color
NTSC
NTSC
PAL-B
Y-Pb-Pr
Controle das Controle das CâmerasCâmeras
ConversorConversorAnalog/SDIAnalog/SDI
ConversorConversorSDI/AnalogSDI/Analog
HD-SDI
SD
Vídeo
Módulo de Módulo de ArmazenamentoArmazenamento??
LAN
?Subsistema de Vídeo
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‣ Sistema Operacional
‣ Baixo Consumo
‣ EmpilhávelOrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
PC/104Adaptação de desktops para aplicações embarcadas.
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‣ Intel® Atom™ (3 W)‣ Power Management‣ Up to 2GB DDR2-DRAM 10/100/1000 Base-T Ethernet‣ 8x USB2.0 Ports PATA Storage Interface‣ COM1, COM2 (RS-232, RS-485)‣ PC/104 -Plus embedded form factor
OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
ADLS15PC - Intel Atom CPU 1.1GHz - 1.60GHz
PC/104
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26
‣ VGA, CVBS, YUV, RGB input‣ YUV, RGB, DVI output‣ MPEG-4/H.264 compression, low storage demand 1024×768 or higher resolution‣ One channel High Definition Video‣ 2 channels of Standard Definition video‣ MPEG-4 VBR/CBR bit rate control
OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
PC/104SBS - SysExpanModuleMPEG4-HD: High-Definition VideoCompression Module
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OrganizaçãoEstrutura
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
PC/104
Ultra Low Power PC/104+ Crusoe Computer
Tiny886ULP
‣ FANLESS OPERATION‣ Crusoe TM5x00 processors to 1GHz‣ 128 - 512 MBytes SDRAM‣ 16MBytes - 1GByte DOC FlashDisk‣ Up to 6GBytes Compact Flash (on IDE) ‣ 10/100MBit Ethernet‣ Available in Extended Temperature
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OrganizaçãoEstrutura
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2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Unidade Unidade Remota Remota
de de ControleControle
Operador Remoto
LumináriLumináriaa
Sensores de Sensores de NavegaçãoNavegação
Sensores do Sensores do sistemasistema
AcionamentAcionamento o
PropulsoresPropulsores
GenéricaGenéricaManipuladorManipulador
““Coletor”Coletor”
Dados
Meio de transmissão
LumináriLumináriaa Subsistema de Subsistema de
VídeoVídeo
Vídeo
Tiny886ULP
ADLS15PC
SysExpanModuleMódulo de
Armazenamento
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
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Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Benefícios
‣ Documentação
‣ Aumenta modularidade e integração Baixo Consumo
‣ Capacidade de aproveitar a informação visual para malha “semi-automática” de navegação.
‣ Capacidade de realizar levantamento topológico e ambiental com processamento refinado.
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Benefícios
‣ Plataforma de desenvolvimento de estudos de controladores avançados.
‣ Capacidade de aprimorar o protocolo de comunicação.
‣ Baixo custo financeiro.
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Conclusão
‣ Alta complexidade.
‣ Aplicação Embarcada.
‣ Aproveitamento dos recursos atendendo a requisitos.
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‣ Analisar possibilidades e incluir RTOS no sistema.
‣ Implementar eletrônica de interfaceamento e dos novos módulos.
‣ Desenvolver controles de navegação com técnicas de processamento de imagem.
OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Trabalhos Futuros
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Agradecimentos
‣ Agradeço a minha família, pelo incrível suporte.
‣ Agradeço ao meu orientador Ramon pela dedicação e a Rodrigo Carneiro pela grande colaboração, assim como toda equipe do LUMA e do GSCAR.
‣ Agradeço ao CNPq por tornar possível o trabalho aqui apresentado.
![Page 34: JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL 2010 EDITAL CNPQ/PROANTAR NOVA ARQUITETURA PARA ELETRÔNICA EMBARCADA DO ROV LUMA AUTOR: TREVOR MATHEUS](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/570638481a28abb8238f3f76/html5/thumbnails/34.jpg)
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OrganizaçãoEstrutura
JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, ARTÍSTICA E CULTURAL
2010
Introdução
Arquitetura AtualEstrutura
Arquitetura Futura
Conclusão
Comunicação
LUMAObjetivos
Benefícios
Características
Obrigado!