21b - EMB - AV1

• Manter o proctorio aberto o tempo todo!
• A cada 30 minutos você deverá fazer um commit no seu código!
  • Códigos que não tiverem commit a cada 30min ou que mudarem drasticamente entre os commits podem ter a entrega anulada.
  • Tente inserir mensagens condizentes nos commits!
• Duração total: 3h

Vocês vão precisar:

• ▶️ Conectar o OLED1 ao EXT-1

Descrição

Vocês irão desenvolver um sensor/ sistema embarcado para leitura da roda fônica de uma injeção eletrônica, esse sensor é um dos muitos existentes em um automóvel.

A roda fônica é um disco com dentes atrelada ao rotor do motor, um sensor magnético faz a leitura dos dentes do disco e gera um sinal elétrico (pulso) conforme os dentes vão passando por ele. Essa informação é utilizada pela injeção eletrônica para:

• Saber a fase atual do motor (ciclo oto)
• Identificar a velocidade de rotação do motor

A imagem a seguir ilustra uma roda fônica de um motor com 60 dentes e 2 faltando.

Imagem adaptada de https://www.canaldapeca.com.br/blog/qual-diferenca-entre-distribuidor-e-roda-fonica/

O período dos pulsos indica a velocidade angular do disco e por consequência a velocidade de rotação do motor. A imagem a seguir é um exemplo dos pulsos gerados pelo sensor atrelado a uma roda fônica com 10-1 dentes, neste caso o motor está girando a uma rotação constante. Notem que existe um pulso faltando, isso é por conta do dente "faltando", esse pulso faltando que define o ponto zero.

Vocês terão que desenvolver um sistema embarcado que:

1. Calcula a velocidade angula do motor e exibe no LCD.
2. Identifica o ponto Zero da roda.

Sistema de testes

Iremos utilizar uma técnica de simulação chamada de Hardware-in-the-loop Simulation (HIL), que de forma simplificada é um sistema que simula em tempo real uma planta/ sinal. No nosso caso, iremos simular a rotação da roda fônica (gerando os pulsos).

Isso será feito no próprio uC que vocês estarão desenvolvendo o sensor, em um sistema mais completo talvez seja necessário uma eletrônica mais sofisticada. O projeto disponível no repositório gera os pulsos simulados de uma roda fônica no pino PD30 do EXT2, para isso utilizamos o timer 2 (TC2), conforme imagem a seguir:

     /-----------\
     |    | TC2  |  PD30
     |    |      |-----> | | | |  | | | | | | |  | | | | |
     |    ------ |                  pulsos
     |           |
     | uc        |
     \-----------/

Utilizar os seguintes parâmetros como referência:

Avaliacão

A seguir a rubrica da avaliação.

C

Para obterem o conceito C, vocês devem entregar um firmware que:

• Faz a leitura dos pulsos simulados da roda fônica
• Identifica quando a roda passa pela origem.
• Piscar o LED 3 da placa OLED a cada pulso da roda!
• Piscar os LED 1 e LED 2 da placa OLED a cada sinal de referência (Zero)!
• usar pin_toggler!
• Exibe no OLED a velocidade de rotação média da roda em rotações por minuto - rpm (atualizar valor após uma rotação completa)

Vocês devem utilizar um periférico de tempo para calcular o dT entre os pulsos e interrupção no pino para a leitura do sinal gerado no PD30.

B/ A

Os pontos aqui valem apenas se o conceito C foi atingido (todos os itens!).

• (+1.0 conceito) Identifica quando a roda parou de girar e indicar velocidade de rotação: 0 rpm no LCD
• (+0.50 conceito) Organiza o código em funções:
  • Cálculo do rpm
  • Função para exibir o valor no LCD
• (+0.25 conceito) Só exibe a velocidade uma vez por rotação, quando encontrado
• (+0.50 conceito) Utiliza média móvel para o cálculo do rpm
• (+0.50 conceito) Exibe graficamente a velocidade no LCD.

Dicas

A seguir dicas para realizarem a entrega

C - Osciloscópio

A imagem a seguir é referente aos pulsos que são gerados no HIL, o tempo entre os pulsos é de 50 ms.

50ms = 20Hz / 10 dentes = 2 rps ou 120 rpm

C - Lendo o sinal

Vocês devem escolher um pino qualquer do uC, configurar como entrada sem pull_up ou debounce (usar PIO_DEFAULT), configurar interrupção e atrelar uma função de callback.

Pisque o LED3 da placa OLED a cada pulso recebido, com isso sabemos que a função está funcionando e é um dos itens da rubrica!

C - Calculando dT

Utilizem o RTT para calcular o tempo entre os pulsos, reiniciando o contador a cada novo pulso.

1. Detecta pulso e inicializa contagem de tempo
2. Lê o valor do tempo entre um pulso e outro

Como indicado na figura a seguir:

^     ^          ^     ^     ^ 
|     |          |     |     |
|     |          |     |     |
  51     102       51    51    ms

C - Velocidade angular

Agora com o dT você é capaz de:

1. Calcular a velocidade do disco em rps: $w = \frac{1}{dT}$
2. Converta de rotações por segundo para rotações por minuto (*60)
3. Exiba no LCD a velocidade

C - Identificando Zero

Para identificar o dente faltante é necessário "prevermos" quando um pulso deveria acontecer, isso pode ser feito através do alarme do RTT que deve ser configurado utilizando como base o dT calculado do pulso anterior (ou de uma média).

Um cuidado que vocês devem ter é com o valor usado no timeout do RTT, não usar o valor do dT com o dente estimado, usar o último valor válido.

A/B - Média móvel

A média móvel é um dos filtros mais simples que existe, suavizando o sinal no tempo e removendo ruídos (n), sua ideia é bem simples e vou explicar com um exemplo (filtro de janela 5).

      | sinal filtrado
      v
    y[1] = (x[1] + 0 + 0 + 0 + 0) / 5
    y[2] = (x[2] + x[1] + 0 + 0 + 0) / 5
    y[3] = (x[3] + x[2] + x[1] + 0 + 0) /5
    ...
    y[5] = (x[4] + x[3] + x[2] + x[1] + x[0]) / 5
    y[6] = (x[5] + x[4] + x[3] + x[2] + x[1]) / 5
           /                               
          /    ---------------------> shift
        Novo dado                          

Implemente o filtro em C e use para exibir o valor.

A/B - Identifica quando a roda parou de girar e indicar velocidade de rotação: 0 rpm no LCD

O botão da placa foi configurado para iniciar a frenagem do motor, uma vez apertado os pulsos vão se espaçando até parar. Se apertar novamente os pulsos voltam a velocidade padrão.