“UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN” Facultad de Ingeniería Industrial, Sistemas e Informática Escuela Académica Profesional Ingeniería Electrónica COMUNICACIONES DIGITALES Proyecto sistema telemétrico para una motocicleta Docente: JORGE A. DEL CARPIO SALINAS Integrante: - SARMIENTO ZARZOSA ANGEL MAURICIO - JEAN PIERRE GERARDO SILVA CERNA - JIMÉNEZ ABARCA TIFANNY - RULLER FELIPE SAAVEDRA QUINTEROS - LEONCIO RIVERA MARLON FRICSON Ciclo: VIII Huacho – 2022-I Índice 1) Introducción Importancia Aplicaciones 2) Objetivo general y Objetivos específicos 3) Cronograma de actividades 4) Presupuesto 5) Personal 6) Diagrama de bloques 7) Descripción 8) Desarrollo teórico de varias etapas 9) Resultados esperados 10) Conclusiones 11) Recomendaciones 12) Referencias Bibliográficas 13) Anexos 1. Introducción En el presente proyecto se estudiará la viabilidad y se realizará el desarrollo de una unidad telemétrica basada en Arduino y con componentes de reducido coste, así como su implementación en una motocicleta real para intentar alcanzar unos resultados similares a los que logran obtener los equipos de competición, siempre recordando el carácter amateur del proyecto pero con la finalidad de conseguir unos resultados lo mejores y más similares posibles a los de equipos profesionales manteniendo el coste total del proyecto al mínimo. Uso/Aplicación Una vez expuestos los objetivos se continua con la elección de las variables ymagnitudes relevantes para la conducción de una motocicleta en circuito: • • • Tiempo por vuelta Velocidad actual Ángulos de inclinación (Roll) • • Ángulos de picado (Pitch) Posicionamiento GPS Con la medición de estas variables se puede conocer los tiempos por vuelta al circuito de la motocicleta, su velocidad, su posición con el plano, así como la posibilidad de realizar una representación de la trazada efectuada por el piloto en la pista. Además de esto, se registrarán velocidades máximas, así como ángulos máximos de inclinación y picado para conocer las situaciones más extremas que ha alcanzado el piloto. Para realizar todas estas mediciones se necesitará un módulo GPS con antena propia, una unidad inercial IMU, un módulo de lectura/escritura SD y una pantalla LCD 2. Objetivos y Objetivos Específicos En este proyecto se busca la creación e implementación de una unidad electrónica de adquisición de datos para una motocicleta. Este sistema estará basado en un microcontrolador Arduino caracterizado por ser una plataforma de software y hardware totalmente libre y con una gran comunidad de usuarios. Además de la medición de los datos telemétricos de la motocicleta, estos serán mostrados en tiempo real al piloto mediante el uso de una pantalla y almacenados en una tarjeta microSD para un posterior estudio y análisis por parte del mismo piloto o de su equipo. • Búsqueda y estudio de las técnicas telemétricas utilizadas por los equipos de alta competición. • Búsqueda de alternativas viables y accesibles económicamente para obtener mediciones similares a las obtenidas en competición. • Búsqueda y elección del microcontrolador principal del proyecto. • Búsqueda y elección de los componentes y módulos de adquisición de datos los cuales proporcionen unos resultados aceptables sin un coste elevado. • Montaje, programación y sincronización del microcontrolador y de todos sus módulos. • Prueba del prototipo final y estudio de los datos obtenidos. 3. Presupuesto Como se detallará a continuación, se han elaborado distintos presupuestos correspondiéndose con el desarrollo del producto, la fabricación por unidad y por último la fabricación de una unidad aún más “low cost” a la conseguida con el desarrollo de este proyecto. Debido al tipo de materiales empleados, no se han encontrado grandes empresas que suministren al por mayor estos componentes por lo que no se puede estimar una reducción adecuada del coste total obtenida por descuentos aplicados con la compra de grandes cantidades. Es importante remarcar que no se han incluido los costes del encapsulado y la batería que debería llevar el módulo de adquisición de datos en caso de considerarse viable su implementación en una motocicleta. Costes de Desarrollo Producto Unidades Coste Total Arduiono UNO 1 S/. 36.20 S/. 38.00 Arduino MEGA 1 S/. 48.30 S/. 72.00 MPU6050 2 S/. 6.43 S/. 12.90 GPS 2 S/. 60.30 S/. 120.70 Modulo SD + MicroSD 1 S/. 20.00 S/. 20.00 ProtoBoard 2 S/. 34 S/. 68.00 Pantalla Nextion 1 S/. 113.90 S/. 113.40 Conexiones 1 S/. 40.90 S/. 40.90 S/. 140.80 S/. 140.80 Horas de trabajo Total 300 S/. 627.7 4. Personal En cuanto al personal del proyecto, esta constituyendo 5 estudiantes de la ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA del 8vo ciclo y con el apoyo de alumnos de ciclos superiores 5. Diagrama de bloques Diagrama de bloques MPU6050 : Diagrama de bloques GPS Diagrama de bloques SD 6. Descripción Se ha realizado una comparativa basada en las características más importantes para la elección de controlador del proyecto valorando 4 posibles candidatos y puntuando (de 4 a 1) sus características más determinantes. • • • • • • N COSTE CAPACIDAD DE COMPUTO DIFICULTAD MEMORIA NUMERO DE PUERTOS INFORMACIO DISPONIBLE Las distintas opciones son: - Arduino UNO • - Arduino MEGA • - Explicado en su apartado correspondiente más adelante (pag.23). Explicado en su apartado correspondiente más adelante (pag.26). RaspBerry Pi • COSTE: [30-50€] Dependiendo modelo y tienda de compra. • CAPACIDAD DE COMPUTO: [700MHz - 1.5GHz] • DIFICULTAD: Alta ya que se debe instalar un SO sobre el cual luego se trabaja media otra plataforma con los sensores del proyecto. • MEMORIA: [256 MB – 3GB] • NUMERO DE PUERTOS: Depende del modelo, pero salvo en Arduino uno hay más que suficientes. • INFORMACION DISPONIBLE: Existe bastante información disponible en forma de manuales, tutoriales y ejemplos de proyectos. - STM32F4 • COSTE: [20-30€] • CAPACIDAD DE COMPUTO: [84-180MHz] • DIFICULTAD: Muy alta ya que existe poca información de fácil acceso, así como la cantidad de ejemplos también es muy baja en comparación con los otros micros. • MEMORIA: [512-2048KB] • NUMERO DE PUERTOS: • INFORMACION DISPONIBLE: Información muy escasa en comparación con las otras alternativas. Valorando estas características el resultado inicial que se comprobará finalmente en las conclusiones del proyecto es que el controlador más viable para realizar con éxito el proyecto es el Arduino Mega. 7. Desarrollo teórico de varias etapas SISTEMA DE TELEMETRIA VEHICULAR Seguramente muchos se preguntan qué es la telemetría vehicular. Es un sistema que permite controlar a distancia procesos como la ubicación de un vehículo, gasto de combustible, el estado de la carga y desempeño, entre otros factores de seguridad y gestión. El uso de la telemetría vehicular sirve para optimizar los procesos y acciones de los que depende el correcto funcionamiento de un negocio u organización, ayudando a la gestión de activos y mejorando los sistemas de seguridad, controlando el mantenimiento de las unidades, el estado de la temperatura y de la carga transportada. Luego de un tiempo de uso, también se analiza el desempeño y la mejora de uso de una flota de camiones. ¿CÓMO FUNCIONA LA TELEMETRÍA? El hecho de medir a distancia ciertas magnitudes y procesos es un avance que, en la actualidad, está revolucionando la industria y la logística. En el caso de las empresas de transporte, el uso de la telemetría genera muchos beneficios y significa una fuerte ventaja competitiva al contar con información constante de sus procesos para hacerlos más eficientes. La telemetría consta de una serie de implementaciones que miden el funcionamiento de aparatos y equipos, como el desempeño de los motores, el consumo del combustible, la temperatura y el estado de la carga, las rutas y la ubicación del vehículo para poder evitar robos o ataques. Hay sensores especiales que envían los datos en tiempo real a una central en la que se pueden tomar las decisiones sobre las rutas, la coordinación entre las unidades y las condiciones de recepción o entrega. Para que todo esto pueda tener sus aplicaciones correctas, se necesitan los siguientes elementos básicos con los que cuenta un sistema de telemetría. Lo primero es la recopilación de datos. Esto se realiza en los puntos claves del vehículo, donde se instalan sensores capaces de medir datos como velocidad, ubicación o estado de carga, entre otros. Lo segundo es recoger los datos por medio de aparatos externos a los equipos, por lo que no interfieren en su funcionamiento ni es necesario desmontar las piezas originales para su instalación Los sensores nunca tocan los equipos. Como tercer elemento básico está la transmisión a un emisor instalado en el vehículo. En este caso, los datos recogidos pasan por transmisión inalámbrica a un dispositivo instalado en el camión, que puede ser un teléfono celular u otro transmisor conectado a una red por radio o comunicación satelital. Además, existe el levantamiento de datos, en donde son recogidos por los sensores y son convertidos en magnitudes comunes que se leen de modo rápido, como los kilómetros por hora, la temperatura, los niveles de combustible o la ubicación en un mapa satelital. La comunicación inalámbrica es otro elemento que cumple un rol importante. Puede que sea por una red celular o por red satelital y los datos se transmiten desde el dispositivo a una central ubicada a distancia, en la que se centralizan los datos en tiempo real. Por último, y no menos importante, está la retroalimentación inmediata. Para que esto se cumpla, la central está en condiciones de recibir y analizar los datos en todo momento. Gracias a esto, se pueden enviar órdenes de forma inmediata, ya sea a través del contacto con un operador humano o por medio de una orden automatizada. ¿EN QUÉ MOMENTO SE RECOMIENDA USAR LA TELEMETRÍA? La telemetría es necesaria, por ejemplo, para la gestión de flotas de transporte de carga, donde será necesario prevenir accidentes, detectar ciertas fallas, problemas con la ruta o con el conductor, prevenir robos de vehículos o de gasolina. Además, la telemetría se usa para la prevención de accidentes, debido a que, al monitorear lo que sucede en tiempo real, se puede observar la velocidad, el frenado y el arranque de cada unidad. En caso de que se llegue a observar que el conductor no respeta los niveles máximos de velocidad o que haga maniobras que no estén permitidas, es muy simple comunicarse con él y poder comentarle lo que está haciendo para corregir su desempeño mientras conduce. Por eso, gracias a la telemetría, las empresas pueden obtener todos estos datos de modo instantáneo y se pueden evitar muchos malos hábitos y problemas a futuro. YPF RUTA TE ACERCA UNA TELEMETRÍA VEHICULAR AVANZADA La nueva plataforma de YPF Ruta combina eficazmente los datos que genera cada vehículo a través del GPS o el CanBus. Si bien, obtener la ubicación de la unidad es esencial, el potencial es mucho mayor si se considera la interpretación de esos datos conjugados con otras fuentes. Y, si los mismos están combinados con la información de la performance de la unidad (CanBus), se podrá saber a distancia cómo es su comportamiento a fin de anticiparse a las fallas y corrigiendo desvíos en las conductas de operación. ¿QUÉ DATOS ON-LINE SE PUEDEN OBTENER AUTOMÁTICAMENTE? Nivel del tanque de combustible Evitá faltantes de combustible al recibir alarmas por cualquier cambio anormal del nivel de combustible, a fin de detectar: anomalías mecánicas como fugas, el consumo excesivo, diferencias entre los remitos y el ingreso de los litros al tanque de la unidad o vaciado del tanque. Consumo y rendimiento real de combustible Determiná el rendimiento exacto de kilómetros por litro de cada vehículo gracias a la información proveniente de la unidad. Además, podrás compararla con el rendimiento teórico. Distancia real de km recorridos Mayor exactitud de distancia, ya que realiza una lectura remota del odómetro real de la unidad. Velocidad y presión del acelerador A diferencia de otros sistemas del mercado, podés generar hábitos de conducción más seguros y eficientes conociendo: los excesos de velocidad reales de cada tramo vial, la presión sobre el acelerador y el freno (aceleraciones y frenadas bruscas) y los giros a alta velocidad (riesgo de vuelco o pérdida de la estabilidad). Revoluciones x minuto (RPM) Comprobé si la conducción es adecuada o si se está forzando el motor, a fin de evitar excesos de consumo. Temperatura del motor Identificá situaciones de esfuerzo para evitar daños o futuras fallas. Detección de ignición y tiempo de funcionamiento de motor No sólo cuentan los kilómetros, sino también las horas de encendido para tener un mejor control de los tiempos de uso y consumo en Ralentí. Otros a demanda Dependiendo del tipo de vehículo, se podrían obtener datos tales como: si el cinturón de seguridad está colocado, si las luces están encendidas, saber en qué momento y lugar se abre el portón de carga, entre otros. Como vemos, utilizar un GPS únicamente para determinar la posición sería malgastar ese costo y desaprovechar todo su potencial. YPF Ruta es la herramienta que transforma el gasto en una verdadera. Mejorar la productividad de tu flota es posible con YPF Ruta. Contar con un sistema de telemetría en los vehículos ayuda a reducir costos y mejorar productividad Mayor seguridad. Al ubicar exactamente dónde se encuentran tus vehículos, puedes saber si están dentro de la ruta establecida y si todo va bien con su funcionamiento o con su itinerario. También puedes saber si está ocurriendo algo extraño como la apertura de puertas en algún lugar en el que no se debieron abrir. Ahorro de combustible. Saber dónde están tus autos impide que los conductores los utilicen para actividades no relacionadas con sus tareas, evitando que se incremente el gasto de combustible. Además, estos sistemas proporcionan las rutas más rápidas y menos conflictivas para que tus vehículos lleguen a su destino. Recuperación en caso de robo. Si alguno de tus vehículos es robado, es mucho más fácil recuperarlo si se sabe exactamente dónde se encuentra. Recuerda que es muy importante que levantes el acta correspondiente y que permitas a las autoridades que se encarguen de la recuperación, ya sea que cuentes con un sistema de telemetría o no. Mayor productividad. Los conductores, al saber que están siendo monitoreados constantemente, realizarán mejor y más eficientemente sus tareas, aumentando la productividad de tu automóvil Reducir costos. Todo lo anterior se traduce no solo en un aumento en la productividad, sino también en una reducción de los costos operativos de tu automóvil. Previniendo situaciones peligrosas Frente al escenario de accidentes y robos en autos, motos, camiones, la telemetría representa una solución para el transporte de carga, pues ayuda a prevenir riesgos y pérdidas. A través de este sistema tecnológico se puede evaluar de forma remota el estado de las unidades otorgando mayor seguridad a la empresa completa. Analizando posibles fallas del motor Con telemetría es posible medir y analizar datos extraídos directamente de los vehículos, por ejemplo, del motor. Al obtener estos datos, se pueden identificar anomalías y enviar alertas para tomar los correctivos necesarios y dejar un registro detallado para decisiones futuras. Corregir exceso de velocidad Detectar y corregir el exceso de velocidad a distancia es posible midiendo la presión y temperatura de los neumáticos, como también controlar el peso del cargamento. Debido a que el exceso de velocidad es una de las principales causas de accidentes, controlar este parámetro es clave para evitarlos. Controlar la apertura y cierre de puertas Tener un control de la apertura y cierre de puertas es fundamental para evitar robos y asaltos a los camiones. Con la telemetría se pueden generar alertas tempranas que ayudan a evitar robos. Evitar robo de combustible Además, el sistema es capaz de informar acerca del uso de combustible. Por medio del análisis de distintos parámetros, es posible saber exactamente cuánto gasta un vehículo en una trayectoria determinada. Si se consume más combustible en determinado momento puede ser por robo de combustible o por mal uso de este. Control de temperatura Otra de las grandes ventajas de la telemetría es que posibilita llevar un control de la temperatura durante todo el trayecto. Con esto se evitan cortes accidentales de la cadena de frío, parámetro muy importante para vehículos con cargas refrigeradas. Virtual Master Driver (VMD) Este es un asistente para la conducción desarrollado por Sitrack que permite ajustar la forma de manejo de cada conductor. Por medio del análisis de datos es posible conocer malas prácticas que dañan los vehículos y hacer mejoras que reducen considerablemente el consumo de combustible, así como también prolongar la vida útil de los activos. 8. Resultados esperados 9. Conclusiones Con las pruebas finales realizadas con el prototipo, se puede observar que se ha conseguido acercarse al objetivo inicial del proyecto, aunque hay varios puntos a tener en cuenta que se detallaran a continuación por los que se acaba concluyendo que no es totalmente viable el uso de Arduino y componentes low-cost si se busca conseguir unos resultados útiles y cercanos a los necesitados para un equipo de motociclismo y por lo que finalmente no se ha añadido la creación de un encapsulado para su uso. La unidad telemétrica queda totalmente condicionada por la incapacidad del microcontrolador Arduino para realizar multitarea ya que como se ha podido comprobar en el desarrollo del proyecto, la ejecución de las distintas funciones por separado proporciona unos resultados fluidos y en tiempo real que permiten un visionado por pantalla perfecto y sin ningún tipo de interrupción. El problema reside cuando se intentan implementar todas las funciones de manera simultánea ya que algunas de ellas necesitan periodos de tiempo bastante amplios (hasta 1 segundo) para completarse y esto ocasiona que todo lo demás se detenga, llegando incluso a producir un desbordamiento del código que arroja medidas ilógicas. Las principales causantes de este problema son la función GPS, la cual para funcionar correctamente debe estar continuamente en ejecución para no perder ninguna trama de datos recibida. La función que guarda los datos en la tarjeta SD también es crítica ya que, aunque se ha intentado optimizar mediante la programación el guardad de datos, la acción de abrir, escribir y cerrar el archivo lleva un tiempo en el que el microcontrolador pierde distintas mediciones. Las conclusiones del proyecto son que, aunque para un uso de recreo, este sería viable, si se busca alcanzar una adquisición de datos útil para un equipo de competición, se necesita mínimo, una unidad de procesamiento de datos más potente y con la opción de realizar multitarea. 10. Recomendaciones Tal y como se ha expuesto en las conclusiones, las carencias del proyecto son claras y se detallaran las posibles recomendaciones a continuación. • • • • • Emplear un procesador con varios núcleos para conseguir una multitarea capaz de ejecutar todas las funciones al mismo tiempo. GPS con mayor precisión y capacidad de conexión para una configuración más rápida y unos datos almacenados más precisos. Creación de una PCB específica para el montaje de los componentes y así poder evitar posibles fallos causados por los cableados, conexiones y vibraciones, así como disminuir el grosor del conjunto. Creación de un encapsulado para todo el conjunto que incluya una batería para la alimentación del dispositivo, así como un sistema de sujeción a la motocicleta, empleando como se había pensado en un inicio, un acople para cámaras de acción tipo GoPro. Implementación de una conexión con el BUS CAN de la ECU de la motocicleta para obtener parámetros de esta, tales como velocidades, rpm, porcentaje del acelerador empleado muy utilizadas en el estudio de telemetría y necesarias para generar canales calculados que devuelvan información de marcha engranada, sobre régimen del motor etc. 11. • • • • • Referencias Bibliográficas https://es.wikipedia.org/wiki/Telemetr%C3%ADa http://www.aficionadosalamecanica.com/sistemas-telemetria-en- lacompeticion/ https://www.sercomperu.pe/cual-es-el-aporte-de-la-telemetria-en-las-flotasvehiculares/#:~:text=La%20telemetr%C3%ADa%20es%20una%20rama,de%20fo rma%20manual%20o%20autom%C3%A1tica. https://landing.sitrack.com/telemetria-y-sus-aplicaciones Lenguaje de Programación • • https://es.wikibooks.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n_Arduino https://playground.arduino.cc/ArduinoNotebookTraduccion/Structure Protocolos de Comunicación • • • • • https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/introduccion-al-i2c-bus https://es.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C https://es.wikipedia.org/wiki/Universal_Asynchronous_ReceiverTransmitte r https://www.rinconingenieril.es/funciona-puerto-serie-la-uart/ https://www.luisllamas.es/arduino-spi/ NMEA • • https://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm#nmea http://www.informaticaabordo.com/2011/10/%C2%BFquees-el- standarnmea/ Arduino/Arduino Mega 2560 • • https://www.xataka.com/basics/que-arduino-comofunciona-que- puedeshacer-uno https://es.wikipedia.org/wiki/Arduino
