PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS

1. 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

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

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 PCD’s facilitam o processo pois são sistemas de supervisão automáticos. • 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.

4. 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.

6. Sensores das PCD’s • 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. Pluviômetro Temperatura e Umidade Radiômetro Nível de curso de água Barômetro Vento Sensores das PCD’s Ultras sônico de Vento

8. Temperatura e Umidade Sensores e transdutores das PCD’s • 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% • 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

9. Vento Sensores e transdutores das PCD’s • 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. Pluviômetro 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. • 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 Dados binários seriais Unidade Controladora Transmissor de RF 401,62 MHz Sinais de sensores 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 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.

14. MAX232 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 RECEPTOR DE DADOS SERIAIS MODULADOR PSK 60º BASEADO NO CORDIC 2 TRANSMISSOR DE RF 401,62 MHz N +/- 10V 0V/5V RXD FPGA

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 PCD’s, entre empresas privadas, instituições de pesquisa e universidades.

16. Interface Homem-Máquina

17. 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).