UNIVERSIDADE PAULISTA

LVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAO DE VECULO AREO NO TRIPULADO: VANT PARA AUXILIO EM OPERAES DE LOCALIZAO E RECUPERAO DE VECULOS ROUBADOS.

Bauru 2011

II

UNIVERSIDADE PAULISTA

ALVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAO DE VECULO AREO NO TRIPULADO: VANT PARA AUXILIO EM OPERAES DE LOCALIZAO E RECUPERAO DE VECULOS ROUBADOS.

Trabalho de Concluso de Curso para obteno de ttulo de bacharelado em Engenharia Eltrica Universidade Paulista UNIP

Orientador: Prof. Dr. Breno Ortega Fernandez

Bauru 2011

III

ALVARO BERNINI JACKSON CRISTIANO GONALVES WILLIAM IGLECIA CATHARINO

APLICAO DE VECULO AREO NO TRIPULADO: VANT PARA AUXILIO EM OPERAES DE LOCALIZAO E RECUPERAO DE VECULOS ROUBADOS.

Trabalho de Concluso de Curso para obteno de ttulo de bacharelado em Engenharia Eltrica Universidade Paulista UNIP

Orientador: Prof. Dr. Breno Ortega Fernandez

Aprovado Em:

BANCA EXAMINADORA

_______________________________________________________ 08/12/2011 Prof. Dr. Breno Ortega Fernandez . Universidade Paulista UNIP

_______________________________________________________ 08/12/2011 Prof. Ms. Alexandre Universidade Paulista - UNIP

_______________________________________________________ 08/12/2011 Prof. Ms. Jos Augusto Florino Universidade Paulista UNIP

IV

DEDICATRIA

Dedicamos esse trabalho primeiramente a Deus por ter sempre estado presente e nos dado sade, paz e motivao para mais uma conquista em nossas vidas. Aos nossos pais, esposas, filhos, familiares e amigos que contriburam inmeras vezes para o trmino dessa etapa, e entenderam nas vezes que no pudemos estar presentes em virtude da dedicao que tivemos durante este perodo.

V

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a Deus por nossas vidas, nossa sade e de nossa famlia, e por nos dar f e esperana por um mundo melhor. Agradecemos aos nossos familiares, que sempre nos apoiaram e tiveram pacincia durante todos esses anos e que nos momentos mais difceis nos motivaram a continuar. Agradecemos aos nossos amigos da turma de Engenharia Eltrica de 2011, e tambm de outras turmas a qual conhecemos e que tambm contriburam e fizeram com que esses cinco anos fossem muito agradveis, em suas palavras de incentivo e em suas aes sempre motivando a todos para seguirem. Agradecemos em especial ao nosso orientador, Professor Breno Ortega que se mostrou alm de professor um grande amigo se dispondo de seu tempo particular para acompanhar as etapas deste trabalho e nos ajudando nas dificuldades pessoais que enfrentamos neste perodo.

VI

RESUMO

Um setor que vem preocupando a sociedade atualmente a segurana , com crescente aumento da frota de veculos nas cidades brasileiras, cresce tambm o ndice de veculos roubados e furtados no pas, acompanhando esse crescimento cresce tambm o numero de empresas que ocupam o lugar do estado e que se especializaram em oferecer servios de rastreamento e recuperao desses veculos. Uma modalidade de servio que vem crescendo a instalao de rastreadores e localizadores em veculos, que acionados atuam de modo a indicar a posio do veiculo em todo territrio global, dando assim condies para que essas empresas enviem um profissional treinado e capacitado na procura desses veculos. Este trabalho de concluso de curso visa apresentar solues para o desenvolvimento de um veiculo areo no tripulado que possa ser usado como ferramenta no auxlio localizao e recuperao de veculos sem o colocar a vida dos profissionais envolvidos em situao risco.

Palavras-chave: VANT, UAV e FPV

VII

ABSTRACT One sector that is worrying to society today is security, with increasing the vehicle fleet in Brazil's cities grows the rate of stolen vehicles and stolen in the country, accompanying this growth also increases the number of companies that take the place of the state and who specialize in offering tracking and recovery of vehicles. A type of service that is growing is the installation of trackers and locators in vehicles that triggered act to indicate the position of the vehicle in any global territory, thus conditions for these companies to send a trained and qualified in the demand for such vehicles. This conclusion of course work is to provide solutions for the development of an unmanned aerial vehicle that can be used as a tool to aid in the location and recovery of vehicles without putting the lives of professionals involved in risk situations.

Keywords: VANT, UAV e FPV

VIII

NDICE

Dedicatria ...........................................................................................................IV Agradecimentos......................................................................................................V Resumo ............................................................................................................... VI Abstract................................................................................................................VII Sumrio.................................................................................................................IX

IX

SUMRIO

1 - INTRODUO ............................................................................................................. 12 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Contextualizao do problema ............................................................................ 13 Rastreamento e localizao - Tcnologia LOJACK ........................................... 15 Atividade de risco Caadores de veculos roubados ......................................... 16 Soluo proposta ................................................................................................. 18 Objetivos Gerais .................................................................................................. 19 Objetivos especficos .......................................................................................... 20

2 REVISO LITERRIA ................................................................................................ 21 2.1 2.2 2.3 2.4 VANT fundamentao jurdico-constitucional. .................................................. 21 VANT (veiculo areo no tripulado) .................................................................. 22 VANT da era moderna ........................................................................................ 24 VANTs brasileiros ............................................................................................. 26 Gralha Azul ................................................................................................. 26 Arar ........................................................................................................... 27 Carcar ........................................................................................................ 28 Hermes 450 ................................................................................................. 29

2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4

3 - MATERIAIS E METODOS .......................................................................................... 31 3.1 3.2 3.3 Introduo ........................................................................................................... 31 Cronograma......................................................................................................... 32 Sistemas de video link e FPV .............................................................................. 33

3.3.1 Conceito ......................................................................................................... 35 3.3.2 Redes sem fio ................................................................................................. 35 3.3.3 Meios de transmisso sem fio ........................................................................ 36 3.3.4 Espectro eletromagntico ............................................................................... 37 3.3.5 Caractersticas de transmisso........................................................................38 3.3.5.1 Freqncia e atenuao FPV .................................................................. 38 3.3.5.2 Ganho e alcance ..................................................................................... 38 3.3.5.3 Potncia .................................................................................................. 39 3.3.5.4 ngulo de irradiao .............................................................................. 39 3.3.5.5 Planejamento da direo da polarizao ................................................. 40 3.4 Sistemas GPS - global position system ............................................................... 41

X

3.4.1 Histria do monitoramento de veculos por GPS ........................................... 41 3.4.2 Conceito .......................................................................................................... 42 3.4.3 Funcionamento .............................................................................................. 43 3.4.4 Segmento Espacial ......................................................................................... 44 3.5 Projeto conceitual ................................................................................................ 45

3.5.1 Plataforma de Vo .......................................................................................... 45 3.5.2 Fora Motriz ou Motorizao ......................................................................... 51 3.5.3 Eletrnica de vo da aeronave ........................................................................ 53 3.5.3.1 Radio Transmissor ................................................................................ 53 3.5.3.2 Servo motores ....................................................................................... 54 3.5.3.3 Sistema de transmisso de vdeo e Aquisio de dados ....................... 55 3.5.3.4 Captao e transmisso de dados .......................................................... 56 3.5.3.5 Sistema de aquisio de dados OSD..................................................... 57 3.5.3.6 Transmisso e recepo da imagem ..................................................... 57 3.5.3.7 Visualizao do operador ..................................................................... 58 3.6 montagem do prottipo ....................................................................................... 59

3.6.1 Isopor modelo denso tipo F6 ......................................................................... 59 3.6.2 Corte e unio das asas .................................................................................... 59 3.6.3 Abertura dos alojamentos .............................................................................. 60 3.6.4 Entelagem ...................................................................................................... 62 3.6.5 Instalao dos sistemas eletrnicos ............................................................... 63 3.7 testes e comissionamento .................................................................................... 65

3.7.1 teste em bancada ............................................................................................. 66 3.7.2 teste de vos....................................................................................................66 3.7.2.1 1 Vo teste com modelo com cauda ................................................... 66 3.7.2.2 1 Vo com modelo sem cauda............................................................ 67 3.7.2.3 2 Vo modelo sem cauda................................................................... 67 4 - COMCLUSES E RECOMENDAES ..................................................................... 68 5 - CONSIDERAES FINAIS ......................................................................................... 71 6 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 72

XI

7 REFERENCIAS DE FOTOS E IMAGENS.................................................................. 75 Apendice 1 ............................................................................................................. 76 Apendice 2 ............................................................................................................. 77 Apendice 3 ............................................................................................................. 78 Apendice 4 ............................................................................................................. 79

B528v

Bernini, lvaroVANT: Veiculo areo no tripulado para auxlio em operaes de localizao e recuperao de veculos roubados / lvaro

Bernini. -- Bauru, SP: UNIP, 2011. 65 f. Orientador: Prof. Dr. Breno Ortega Fernandes Co-orientador: Prof. Ms Luis Adriano Madalena Monografia (Graduao em Engenharia Eltrica (Eletrnica) UNIP Universidade Paulista, Bauru: 2011. 1. VANT 2. UAV 3. FPV I. Bernini, lvaro II. Gonalves, Jackson III. Catharino, Willian Iglecia IV. Universidade Paulista CDU: 62

APLICAO DE VECULO EREO NO TRIPULADO - VANT PARA AUXLIO EM OPERAES DE LOCALIZAO E RECUPERAO DE VECULOS ROUBADOS.

1

INTRODUO

VANT (veiculo areo no tripulado) ou UAV, do ingls (Unmanned aerial vehicle) um termo utilizado para descrever qualquer tipo de aeronave que no necessita de pilotos embarcados para voar na atmosfera, este sistema utiliza meios de controle a distancia atravs de joystick, computadores e meios de transmisso sem fio, esse tipo de aeronave vem sendo muito utilizada para fins militares tanto em misses de ataque como tambm de reconhecimento, espionagem, fiscalizaes de fronteiras e como apoio ttico. Atualmente devido ao avano, disseminao e a diminuio dos custos desta tecnologia, o VANT vem sendo bastante utilizadas para fins civis, entre suas aplicaes temos utilizao em fotos areas, medies de grandes reas, vistoriar e acompanhar obras piblicas como rodovias, elaborao de mapas e relatrios, inspeo para verificar levantamento de pragas na agricultura, detalhamento topogrfico. O VANT vem se mostrando um veiculo bastante verstil que pode ser adaptado e inserido em varias atividades, bem como a atividade de rastreamento e localizao de veculos roubados, tema deste projeto.

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1.2 CONTEXTUALIZAO DO PROBLEMA

Atualmente uma rea que merece muita ateno do governo e das reas e setores responsveis a segurana, principalmente no setor automobilstico onde temos um ndice de veculos roubados que preocupa todos em qualquer lugar do Brasil. De acordo site (NEGOCIOSVEICULOS,2011) durante um levantamento foi identificado que o maior ndice de roubos e furtos compreendendo o perodo de janeiro de 2011 est concentrado em So Paulo com cerca de 47054 veculos roubados e num geral de 191.537 incluindo outras 9 cidades brasileiras. Acompanhando esse crescimento, cresce tambm o numero de empresas de segurana privada voltadas para o setor de rastreamento e localizao de veculos roubados. Essas empresas por sua vez esto inseridas em um contexto social no qual suas aes interferem diretamente na preservao da ordem publica e na preservao do patrimnio da sociedade, entretanto a busca incessante de estratgias, mecanismos, preparao e capacitao profissional dessas empresas para o cumprimento de sua misso se esbarram em alguns critrios de preservao a segurana e a integridade fsica de seus colaboradores, que atuam diretamente em operaes de localizao e recuperao desses veculos, e tambm no alto custo operacional para utilizao e manuteno de veculos areos tripulados (avies e helicpteros). Um grupo de profissionais das empresas de rastreamento e recuperao de veculos, trabalham somente na localizao de veculos roubados ou furtados, so os chamados Caadores de Veculos roubados antes de falar sobre esta atividade daremos uma breve explicao de como funciona uma empresa de rastreamento e localizao de veculos. Tomaremos como exemplo a tecnologia LOJACK que representada no Brasil desde 1999 pela empresa Tracker do Brasil ltda, que pertence ao VSR Group; de acordo com a Tracker existem centenas de opes de rastreadores no mercado que se dividem em dois segmentos: Rastreamento / localizao e monitoramento de veculos. As

empresas de rastreamento e localizao atuam diretamente na busca e localizao em casos de roubo ou furto de veculos, mediante aviso do cliente, e monitoramento onde as empresas atuam no gernciamento logstico de sua frota.

13

1.3 Rastreamento e localizao de Veculos - Tcnologia LOJACK

Desenvolvido a partir de estudos especficos no MIT (massachusetts institute of technology) e patenteado pela corporation em 1986, o sistema se expandiu por todo o mundo. A Tecnologia Lojack operada exclusivamente no Brasil pela empresa Tracker do Brasil, e homologado pela Anatel (agncia nacional de telecomunicaes), o equipamento hoje produzido pela Motorola emite sinal de rdio frequncia livre de obstrues que captado por uma extensa rede de antenas fixas espalhadas por todo territorio nacional e em pases vizinhos onde tambm h empresas que trabalham com esta tecnologa, possibilitando assim rastrear veculos antenas. Alguns pontos podem no oferecer suporte para triangulao de sinal de atravs da triangulao de

maneira a limitar a rea de atuao dos profissionais denominados caadores de veculos roubados, que atuam utilizando equipamentos que recebem o sinal transmitido pelo rastreador do veiculo roubado e informando sua localizao (LOJACK,2011). Primeiramente os servios de rastreamento so contratados por uma pessoal fsica ou jurdica e o equipamento transmissor de sinal de radio freqncia instalado em seu veiculo sob total sigilo, quando o veiculo roubado ou furtado o dono dever comunicar o ocorrido com a central da empresa de rastreamento imediatamente, assim a empresa devera ativar o transmissor e assim comear a rastrear o veiculo atravz de suas antenas receptoras. As antenas fixas espalhadas pelo territrio nacional vao receber o sinal, demonstrando para central da empresa quais antenas fixas esto recebendo este sinal assim delimitando a rea de busca no raio de alcance dessa antena, deslocando os caadores de veiculos para este setor, logo a antena receptora do veculo do caador tambm recebera o sinal, que poder ser vista atravz de um display, mostrando a direao e a intensidade do sinal como mostra a figura 1.

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Figura 1 Sistema indicador de direo e intensidade do sinal (LOJACK,2011)

Com o sinal disposto no display inicia-se a caada ao veiculo roubando, os caadores seguem o sinal atravz da indicao do display e do som que o equipamento emite chamado de melodia, at que consigam ter uma indicao de poucos metros do veiculo rastreado, mesmo que o mesmo esteja dentro de uma garagem. Aps a localizao do veiculo os caadores ficam a paisana e a policia acionada para fazer a apreenso do veiculo e dos bandidos caso estejem no local. Depois de executado todo procedimento policial o veiculo devolvido ao dono, lembrando que em alguns casos o veiculo j est sendo desmanchado ou adulterado.

Figura 2 Painel do euipamento instalado em helicptero(LOJACK,2011)

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1.4 Atividade de risco Caadores de veculos roubados Os caadores de veculos roubados fazem parte do quadro de funcionarios do crescente nmero de empresas que oferecem servios de rastreamento e localizao de veculos. As atividades diarias desse caadores se destacam em procurar veculos roubados seguindo as orientaes de um equipamento receptor de ondas de radio dentro de seu veiculo e do auxlio da central de comando da empresa. Aps o cliente dar queixa do roubo de seu veiculo na central de comando, o equipamento de seu carro ativado e comea emitir um sinal de radio, logo os caadores so acionados pela central de comando e deslocados ao raio de ao de uma de suas antenas fixa a qual j est recebendo o sinal do rastreador.

Figura 3 Etapas de Rastreamento e recuperao de veculos roubados(LOJACK,2011)

Os veculos roubados so levados para reas de desmanche, estacionamentos subterrneos, favlas, empresas e galpes abandonados, e em zonas rurais foco de aplicao de uso do VANT de nosso projeto.

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Logo que os caadores so deslocados para a rea onde possivelmente o veiculo rastreado se encontra, eles seguem as indicaes do equipamento instalado em seu veiculo at que tenham o maior nvel de sinal e se possvel o reconhecimento visual do veiculo rastreado para ento acionar a polcia. Esses caadores so pessoas civis sem autorizao para portar armas ou fazer qualquer tipo de investida afim de recuperar o veiculo ou aprender o bandido, os mesmos devem adentrar nesses locais de difcil acesso como fazendas, canaviais e reas com terreno muito acidentado, somente para ter uma possivel identificao visual do veiculo colocando-o num alto nivel de periculosidade. Correndo riscos de se deparar com bandidos, animais peonhentos, atolamento e quebra de seu carro, bem como problemas jurdicos de invaso de rea particular, somente para ter certeza que o veiculo roubado est mesmo no local, lembrando que o rastreador pode ter sido retirado e deixado no local ainda funcionando. Em virtude a essas dificuldades, pretendemos com este projeto de TCC verificar a viabilidade do uso de VANT- (veiculo areo nao tripulado) no auxilio localizao de veculos roubados em locais de difcil acesso.

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1.5 Soluo proposta

A soluo proposta neste projeto apresentar solues para fabricao de um VANT utilizando aeromodelo convencional integrado a sistemas embarcados de transmisso sem fio de vdeo e telemetria, de maneira que se possa demonstrar a viabilidade de seu uso na utilizao como ferramenta de auxlio aos caadores de veculos roubados durante operaes de rastreamento e localizao de veculos roubados. O sistema dever transmitir em tempo real imagens e informaes de telemetria como coordenadas GPS da rea sobrevoada, evitando que os profissionais adentrem em locais de difcil acesso ou de alta periculosidade sem que haja um prvio reconhecimento areo do local, entendem-se como locais de difcil acesso e de alta periculosidade canaviais, matas, terrenos, locais abandonado ou qualquer outro local onde veculos roubados so deixados, escondidos ou possam estar sendo desmanchados.

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1.6 Objetivos Gerais

Este trabalho de concluso de curso (TCC) tem como objetivo apresentar solues para o desenvolvimento de um veculo areo no tripulado que possa demonstrar a viabilidade ou no de sua utilizao como ferramenta de auxlio aos caadores de veculos roubados durante as operaes de rastreamento e localizao desses veculos em reas de difcil acesso e de alto nvel de perigo a integridade fsica do colaborador.

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1.7 Objetivos especficos

Pesquisar e analisar solues similares Determinar os requisitos necessrios execuo do projeto Pesquisar e compreender os conceitos e tecnologias necessrias implementao do projeto

Realizar a modelagem conceitual do sistema Testar e verificar a implantao do sistema Testar e validar a utilidade e funcionalidade do sistema Documentar o desenvolvimento e os resultados Desenvolvimento do prottipo Teste, correes e validao prottipo

20

2

REVISO LITERRIA

2.1 VANT fundamentao jurdico-constitucional.

O espao areo quase em sua totalidade composto por veculos tripulados, e esta passando por uma reestruturao a fim de ampliar sua capacidade, respondendo as novas demandas, sem que com isso tenha sua segurana negligenciada. A chegada de um novo paradigma de aeronaves no tripuladas no pode interferir negativamente neste ambiente. preciso uma adaptao, da forma mais simplificada possvel, com riscos devidamente calculados ( MIRANDA,2010). Em outros pases onde essa tecnologia j vem sendo empregada a mais tempo, j foram detectados diversos problemas com normalizaes para o uso do VANT, pois apesar de ser uma tecnologia j conhecida, no h uma normalizao vigente em nosso pas adaptada para a utilizao destes veculos nos dias de hoje, j que sua utilizao est em constante crescimento devido ao avano, disseminao e barateamento do custo dessa tecnologia e lembrando que estes veculos atuam em um espao areo j utilizado por aeronaves tripuladas.

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2.2 VANT (veiculo areo no tripulado)

VANT (Veculo Areo No Tripulado), tambm chamado UAV, do ingls (unmanned aerial vehicle) o termo usado para descrever aeronaves que no necessitam de pilotos embarcados para ser pilotada. Estes avies so geralmente de pequeno porte e so controlados distncia por meio de sistemas remotos e monitorados por pessoal em uma base de apoio em terra com apoio de equipamentos eletrnicos de transmissao de dados e video, Vants oferecem uma srie de vantagens sobre as aeronaves tradicionais, a principal o fato de que os Vants no criam perigo para os pilotos, permitindo que a aeronave possa ser utilizada em regies hostis sem que haja perigo aos pilotos. Por serem muito menores e no portarem uma serie de itens de suporte e segurana a bordo seus custo so substancialmente menores que as aeronaves tradicionais. Inicialmente o Vant foi desenvolvido para fins militares, o relato mais antigo seria segundo (HARDGRAV, 2005), que em 22 de agosto de 1849, os austracos que controlavam grande parte da Itlia na poca, lanaram cerca de 200 bales no tripulados contra a cidade de Veneza, os bales foram armados com bombas controladas por fusveis cronometrados, e levadas pelo vento at as linhas inimigas, algumas das bombas explodiram como planejadas, mas com uma mudana da direo do vento os bales foram tocados para cima das prprias tropas austracas.

Figura 4 - Foto tirada no Museu da Cincia, em Londres, em 02-Jan-06 por Caius Cornelius (STRINGFELLOWS, 2006)

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O grande precursor dos UAV's hoje relatado como sendo o Curtiss / Sperry Bomba Voadora da Marinha americana. Tratava-se de um mssil de cruzeiro

primitivo que voou pela primeira vez em 6 de maro de 1918. To logo veio o Charles Kettering torpedo areo, tambm conhecido como o Bug Kettering, O "Bug" foi um bi-plano com propulso a combusto de gasolina

abastecida impulsionada por hlice que voou em um curso pr-definidos para cerca de 50 milhas no final de 1918. Os sistemas de orientao para ambas as aeronaves, composta por um giroscpio e Barmetro / altmetro foram desenhados por Elmer Sperry.

Figura 5 modelo em tamanho real exposto no museu nacional do Estados unidos, fora area em Dayton,Ohio(STRINGFELLOWS, 2006)

Em meio 1 e 2 guerra mundial, houve um grande crescimento e difuso da tecnologia aeronutica e eletrnica, acompanhando a corrida mundial por armamento blico os veculos areos no tripulados estariam em pauta em vrios projetos armamentistas, entre os pases mais desenvolvidos naquela poca.

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2.3 VANT da ra moderna

O desenvolvimento de UAVs continuou por varias dcadas aos poucos com alguns crticos questionando sua utilidade, mas fatos histricos como a impressionante vitria da Fora Area israelense sobre a Sria em 1982, com a coordenadas georeferenciadas. Israel com aeronaves tripuladas e no tripuladas obteve xito em destruir 86 avies da Sria em um curto espao de tempo sobre o Vale do Bekaa, com mnimas perdas. Os UAVs israelenses foram utilizados como iscas eletrnicas confundindo os radares inimigos e tambm para vigilncia. deu incio a era moderna do UAV. A guerra global contra o terrorismo tem visto a expanso do uso de todas as formas de UAVs. Em 2002, um mssil foi lanado com sucesso a partir de um Poderia argumentar-se que esta campanha utilizao das

"Predador" UAV em um carro em movimento com um lder da Al-Qaeda no Imen.

Figura 6 - RQ-4/MQ-4 Global Hawk(U.S AIR FORCE,2011)

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Figura 7 - VANT Predator (U.S AIR FORCE,2011)

Existem tambm vrios projetos de VANTs com capacidade hipersnica, ou seja, com velocidade superior a velocidade do som. No caso dos hipersnicos, h inclusive um projeto brasileiro chamado 14X, estas mquinas voadoras de ltima gerao foram concebidas, projetadas e contrudas para serem usadas em misses muito perigosas a serem executadas por seres humanos, nas reas de inteligncia militar, apoio e controle de tiro de artilharia, apoio areo s tropas de infantaria, controle de msseis de cruzeiro, atividades de patrulhamento urbano, costeiro, ambiental e de fronteiras, atividades de busca e resgate, entre outras. No entanto o avano tecnologico permitiu o surgimento de uma nova familia de UAVs, atualmente estao sendo utilizados em varias areas de uso civil, entre suas aplicaes temos por exemplo na utilizao para fazer fotos areas, medies de grandes reas, vistoriar e acompanhar obras publicas como rodovias, elaborao de mapas e relatrios, inspeo para verificar levantamento de pragas na agricultura e detalhamento topogrfico.

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2.4 VANTs brasileiros

O primeiro VANT de que se tem registro no Brasil foi o BQM1BR, fabricado pela extinta CBT (Companhia Brasileira de Tratores), de propulso a jato. Este prottipo serviria como alvo areo e realizou um vo em 1983.

Figura 8 - 1 VANT brasileiro RPV BQM-1BR, exposto Museu da TAM em So Carlos.(BONACIM, 2011)

2.4.1 Gralha Azul

A partir do ano 2000, os VANTs para uso civil comearam a ganhar fora no mercado brasileiro o VANT Gralha Azul como foi batizado , foi produzido pela Embravant - Empresa Brasileira de Veculos Areos No Tripulados, consiste em uma aeronave de mais de 4 metros de envergadura, com capacidade de transportar uma carga de at 40 quilos, com autonomia de 3 horas. Suas atribuies consistem em Transporte, topografia, imageamento, superviso e reconhecimento geral, levantamento de dados e imagens agrcolas, pecuria, geolgica, biolgica e qumica e publicidade. Os dois primeiros prottipos do Gralha Azul realizaram vrios ensaios em vo operando com rdio-controle. (IMCUBAERO ,2011)

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Figura 9 - Galha aZul da Embravante (IMCUBAERO ,2011)

2.4.2 Arar

Outro projeto VANT foi desenvolvido no Brasil em meados de 2000 pela empresa AGX Tecnologia, junto com o Instituto de Cincias Matemticas e Computao da Universidade de So Paulo (ICMC-USP) e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria (Embrapa), eles desenvolveram o projeto Arara (Aeronave de Reconhecimento Autnoma e Remotamente Assistida). O projeto de origem em abril de 2005, seria o primeiro VANT de asa fixa desenvolvido com tecnologia 100% brasileira. Trata-se de uma aeronave no tripulada, autnoma, planejada para sobrevoar as plantaes e captar imagens que depois sero analisadas e processadas por softwares especializados, tem autonomia de vo de quatro horas e capacidade para registrar 6 mil fotos por dia, voando a 100 metros do solo. As imagens, captadas por uma cmera digital acoplada aeronave, podem ser usadas pelos produtores rurais para detectar vrios problemas no desenvolvimento das culturas, como falhas no plantio.(VASCONCELOS,2006)

Figura 10 - VANT ARAR produdido pela empresa AGX de Sao Carlos. (AGX TECNOLOGIA,2011)

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Figura 11 - modelo de imagem area com informaes georeferenciadas (MEDEIROS, 2007)

2.4.3 Carcar

O emprego do VANT, denominado Carcar, tem o propsito de aprimorar o adestramento das tropas na Operao Amaznia, auxiliando no reconhecimento de reas de difcil acesso, compilao do quadro ttico e indicao de possveis alvos de forma silenciosa e sutil. Uma empresa brasileira chamada de Santos Lab desenvolve UAVs, tendo realizado Venda de seus primeiros aparelhos Marinha do Brasil em 2007, O primeiro peloto de veculos areos no tripulados (PelVANT) equipado com aparelhos da Santos Lab entrou em atividade no Batalho de Controlo Aero ttico e Defesa Antiarea no Corpo de Fuzileiros Navais (CFN). O CFN realizou testes com diversos aeromodelos at a escolha do Carcar, que atendeu plenamente aos requisitos estabelecidos: simplicidade, portabilidade, facilidade de operao, facilidade de treinamento, facilidade de manuteno, robustez, recuperabilidade e baixo custo. ( FAB, 2011)

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Figura 12 - imagem do VANT Carcar utilizado pelo exercito brasileiro ( FAB,2011 )

2.4.4 Hermes 450

O mais recente Vant brasileiro o Hermes 450 com capacidade de voar a mais de cinco mil metros de altitude e levar uma carga til de 150 kg. O equipamento pode cumprir misses de busca, controle areo avanado e reconhecimento, com a vantagem de voar por longos perodos com revezamento de tripulaes que no cam expostas ao fogo hostil. O veiculo foi adquirido pela Fora Area Brasileira (FAB) que selecionou o Sistema Hermes 450 da israelense Elbit para uma requisio operacional de dois iniciais veculos areos no tripulados (VANTs) e uma estao de controle terrestre, foram adquiridos dois veculos que esto sendo testados para definio de seus requerimentos futuros pela FAB e a Aeroeletronica, subsidiaria brasileira da Elbit ficou responsvel pela demonstrao do modelo Hermes 450 (VALDUGA,2009). O VANT Hermes tem uma autonomia de mais de 18 horas, atingi uma altitude de 18.000 Ps, envergadura de 10,6 metros, comprimento 6,1metros,peso Maximo de decolagem 550 kg

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Figura 13 - Hermes 450 da Elbit sendo avaliado pela Fora Area Brasileira (VALDUGA,2009)

Figura 14 - Militares inspecionam o Vant no hangar (DIVULGAO, 2010).

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3 MATERIAIS E METODOS

3.1 Introduo

Este trabalho composto de pesquisa bibliogrfica para o estudo e anlise da parte terica, e para o desenvolvimento da parte especfica sero citados de forma sistmica e concisa um conjunto de informaes necessrias para o desenvolvimento do VANT. Este capitulo ser dividido em duas partes, onde uma se refere aos principais materiais e equipamento aplicados ao projeto do prottipo e a outra trata-se da fabricao, instalao e rotina de teste.

31

3.2 Cronograma

ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Nome da Tarefa PROJETO TCC - VANT inicio levantamento bibliografico coleta de material bibliografico estudo dos materiais coletados Pr-projeto de pesquisa elaborao do relatrio edio relatrio entrega do pr-projeto TCC desenvolvimento TCC 2 semestre materiais e metodos definio do prototipo aquisio de materiais e equipamento montagem do prottipo testes e condicionamentos concluses e recomendaes edio e confeco do material escrito apresentao pr-banca apresentao banca correes e nota final entrega do projeto TCC final corrigido fim

Durao 226 dias? 215 dias? 77 dias? 77 dias? 66 dias? 63 dias? 55 dias? 30 dias? 30 dias? 94 dias? 74 dias? 74 dias? 24 dias? 37 dias? 15 dias? 15 dias? 8 dias? 1 dia? 1 dia? 12 dias? 12 dias? 1 dia?

Incio 14/02/11 14/02/11 14/02/11 14/02/11 01/03/11 01/04/11 01/04/11 18/05/11 18/05/11 02/08/11 02/08/11 02/08/11 02/08/11 09/09/11 01/11/11 01/11/11 20/11/11 29/11/11 08/12/11 08/12/11 08/12/11 23/11/11

Concluso 23/12/11 08/12/11 31/05/11 31/05/11 31/05/11 28/06/11 16/06/11 28/06/11 28/06/11 08/12/11 11/11/11 11/11/11 02/09/11 31/10/11 20/11/11 20/11/11 29/11/11 29/11/11 08/12/11 23/12/11 23/12/11 23/11/11

Tabela1 Cronograma

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3.3 Sistemas de FPV e Video Link

3.3.1 Conceito

FPV a sigla em ingls para first person view, que traduzido para portugus significa Viso em Primeira Pessoa. O vo realizado normalmente pelos aeromodelistas com o radio controle na mo e visualizando diretamente o aeromodelo do solo sem qualquer dispositivo de vdeo conhecido como RPV que significa remote piloted vehicles (veculos pilotados remotamente). Alguns praticantes desta modalidade tambm se referem ao FPV como sigla para Flight Pilots View(Vo pela viso do piloto)(FPVBRASIL,2011) A viso em primeira pessoa utilizada em muitos games onde o jogador tem a sensao de fazer parte do cenrio, tendo a viso pelo personagem. Apesar de ainda ser pouco difundido em nosso pas, o FPV abrange aeromodelos, automodelos, nautimodelos e demais dispositivos que possam ser controlados a distncia. Mais popular entre os aeromodelistas, usa o conceito bsico dos primeiros veculos areos no tripulados (UAVs) onde o operador controlava o vo atravs de uma tela, tendo as imagens vindas do veculo. Para se conseguir a viso em primeira pessoa necessrio que o aeromodelo transmita as imagens do vo para o piloto em solo e este realize a pilotagem sem contato visual direto, mas sim exclusivamente pelas informaes da cmera de bordo. Desta forma precisamos adicionar ao aeromodelo uma mini cmera ligada a um transmissor de vdeo e em solo precisamos de um receptor de vdeo e um dispositivo para visualizar as imagens. Esta configurao mnima permitir o voo em FPV, para a visualizao das informaes necessrio a transmisso da imagem e informaes de telemetria do avio ate o receptor, onde isto feito atravs de radio freqncia. A transferncia de informao atravs de radio freqncia muito usada em sistemas em diversas aplicaes. A idia da comunicao sem fio resultado de uma srie de evolues da cincia, em campos como a matemtica e a fsica. A informao de vdeo transmitida

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atravs de modulao AM do transmissor do aeromodelo ate o receptor do monitor do operador. A modulao corresponde a um processo de converso de sinais para fins de transmisso, sendo definido como um sistema que recebe duas entradas ( informao e portadora) e fornece um sinal de sada que ser utilizado no transporte da informao.(LASKOSKI,2006).

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3.3.2 Redes sem fio

Em meados do sculo XIX, a partir das teorias de dois fsicos ingleses, Michael Faraday e James Clerk Maxwell, Heinrich Hertz construiu um transmissor centelhador, um dispositivo que gerava ondas de rdio a partir de uma centelha eltrica. Essa descoberta contribuiu para o estudo desse importante meio de comunicao. (ELIOT,2007) Uma outra etapa de destaque se deve a inveno do telgrafo sem fio em 1901, pelo fsico italiano Guglielmo Marconi, que transmitia informaes de um navio para o litoral por meio de cdigo Morse. (YENNE,2004) . No incio do sculo XX, avanos na tecnologia de tubo de vcuo, desenvolvidos pelo professor ingls John Ambrose Fleming e pelo fsico norte americano Lee De Forest, tornou possvel modular e amplificar sinais sem fio para o envio de transmisses de voz. O alcance e a clareza das transmisses vocais aumentaram medida que se fizeram novos progressos na tecnologia. (HAYKIN,2001) Durante a Primeira Guerra Mundial, houve muitas interceptaes de comunicaes, que gerou interesse pelo desenvolvimento de novas formas de comunicaes que pudessem ser mais seguras. Mas foi durante a Segunda Guerra Mundial que o uso das redes sem fio foi realmente difundido e muito til para as circunstncias blicas. As informaes eram transmitidas de forma segura via onda de rdio. No final da dcada de 1960 entrou em funcionamento uma rede chamada ALOHA, desenvolvida na Universidade do Hawaii, que deu incio a moderna comunicao digital. (GALLO,2003). Durante o ltimo sculo, progressos na tecnologia sem fio tornaram possveis criao do rdio, da televiso, da telefonia mvel e da comunicao via satlite. Todo o tipo de informao pode agora ser enviada a todos os lugares do mundo. Atualmente, grande parte da ateno tem sido voltada para a comunicao de satlites, redes sem fio e tecnologia celular.

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3.3.3

Meios de transmisso sem fio

O meio de transmisso de uma rede sem fio o ar, o que a caracteriza pela total ausncia de fios ou cabos. Essa transmisso feita por meio de ondas eletromagnticas. Uma grande caracterstica deste meio que o sinal se difunde igualmente em todas as direes, a menos que seja restringido, e continua a se propagar indefinidamente. medida que distncia da origem aumenta, a energia se difunde por uma rea maior, tornando o sinal cada vez mais fraco. No caminho do sinal eletromagntico, ele afetado por distrbios naturais que podem interferir como sinal.

(JARDIM,2007)

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3.3.4 Espectro eletromagntico

Quando se movem, os eltrons criam ondas eletromagnticas que podem se propagar atravs do espao livre (inclusive em um vcuo). Essas ondas foram previstas pelo fsico ingls James Clerk Maxwell em 1865 e produzidas e observadas pela primeira vez pelo fsico alemo Heinrich Hertz em 1887. O nmero de oscilaes por segundo de uma onda eletromagntica chamado de freqncia, f, e medida em Hertz (em homenagem a Heinrich Hertz). distncia entre dois pontos mximos (ou mnimos) consecutivos chamada de comprimento de onda, que universalmente designada pela letra grega lambda. (ULABY,1997) . Em redes sem fio, o rdio, microonda e o raio infravermelho so os mais utilizados para transmisso de informaes, desde que sejam moduladas a freqncia, amplitude ou fase de ondas. Quanto maior a freqncia, maior a taxa de transmisso de dados, porm ondas como a luz ultravioleta, raio X e raio gama, apesar de possurem Freqncias mais altas, tm difcil produo e modulao e so mais nocivos aos seres vivos. O uso das freqncias dentro do espectro eletromagntico obedece a acordos e convenes nacionais e internacionais. O rgo regulador no Brasil a Anatel. (JARDIM,2007).

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3.3.5 Caractersticas do sistema FPV.

3.3.5.1 Freqncia e atenuao FPV

De acordo site (FPVBRASIL,2011) o enfraquecimento do sinal transmitido aumenta com o aumento da distancia. Freqncias mais baixas sofrem menos perdas e tendem a ter maior alcance, porem exigem maior potencia para transmisso do sinal alem de uma antena de maior dimenso, uma vez que o tamanho da antena proporcional ao comprimento de onda. A tabela 2 compara as variaes de alcances desprezando quaisquer outras caractersticas seno a freqncia.

Tabela 2 Relaes de alcance entre freqncias(FPVBRASIL,2011)

Nota-se com isso o porqu de os sistemas de longo alcance (long range) preferencialmente trabalharem prximos a 900MHz e em alguns casos com 400MHz.

3.3.5.2 Ganho e alcance

A tabela 3 relaciona a utilizao de uma antena com um ganho apresentado e sua repercusso na variao do alcance.

Tabela 3 Relaes entre alcance e ganho de antenas (FPVBRASIL,2011)

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Ex.: Trocar uma antena qualquer em um sistema que alcanasse 1000m por uma com ganho de 5dB a mais, permitir aumentar o alcance para 1800m

3.3.5.3 Potncia

Ligar um transmissor sem uma antena pode danific-lo, especialmente se for de potncia alta. Quadruplicar a potncia do transmissor dobrar o alcance. Duplicar a potncia do transmissor aumentar o alcance em aproximadamente 0,4. Levar metade a potncia do transmissor diminuir o alcance em 30%.

3.3.5.3 ngulo de irradiao

Note que as antenas tm reas de irradiao mais fracas ou nulas. De maneira geral, quanto maior o ganho, menor o ngulo "alpha" e maior a regio de baixa eficincia ou eficincia nula.

Figura 15 ngulo de irradiao (FPVBRASIL,2011).

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3.3.5.5 Planejamento da direo da polarizao

A polarizao refere-se direo da antena (nos casos em que a polarizao linear, que o modo mais utilizado em na transmisso de imagem). Observe a anlise do efeito do ngulo entre as polarizaes no alcance da sua transmisso:

Figura 16 Planejamento de direo da polarizao (Site FPV Brasil,2011).

Essa anlise puramente terica e simplista. Na prtica h diversos outros fatores. H interferncias destrutivas e interferncias construtivas. Mesmo que as antenas estejam a 90 entre elas, dever haver alguma recepo. Tira-se como concluso que a melhor posio das antenas a vertical, visto que, quando o modelo navegar para longe, indo, vindo ou cruzando de um lado para outro, elas ficaro paralelas e se enxergaro dentro do ngulo "alpha". Qualquer outra configurao no ser to favorvel. Observa-se tambm que em casos em que se voe alto (longe) imediatamente acima da antena (em relao ao solo) a configurao vertical no ser adequada, devendo as antenas ser posicionadas na horizontal.

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3.4 SISTEMAS GPS GLOBAL POSITION SYSTEM

3.4.1 Histria do monitoramento de veculos por GPS.

Segundo (Belorio, 2005), devido a muitas falhas no sistema na proteo oferecidas pelas instituies oficias, obriga as pessoas e empresas a procurarem por conta prpria um sistema capaz de suprir essa deficincia do sistema oficial. Presente no Brasil mais de dez anos tem sido uma ferramenta muito importante para empresas de transporte, para evitar roubo de cargas em geral. um servio oferecido por empresas privadas onde se coleta a posio desses veculos via satlite. Sendo assim existem vrias empresas explorando esse mercado de monitoramento e bloqueio via satlite tais como: Autotrac; Combat; Digitalsat entre outras. instalado no veiculo um comunicador que acoplado a um receptor GPS (Global Positioning System), determinando os dados de latitude, longitude, altitude, hora e data para rastreamento, esses dados so transmitidos a uma central onde se faz todo o processamento desses dados. Dentre todos os servios oferecido por essas empresas um deles o de recuperao do veculo roubado, nesse servio deslocado uma ou mais pessoas em busca do veiculo, porem isso tambm oferece um grande risco as pessoas envolvidas nessa captura, levando em considerao que um veculo roubado na maioria dos casos so feitos por indivduos altamente armados e tambm pertencentes a organizaes criminosas especializadas nesse tipo de operao, e mais uma vez torna-se necessrio o auxilio da tecnologia para que essas possas tenham um pouco mais de segurana, que tem como qualquer outro trabalho o direito do uso de EPI(equipamento de proteo Individual) e EPCs (Equipamento de proteo Coletiva) a proposta deste trabalho a de desenvolver tal equipamento para o uso especifico para este caso em particular, ferramenta essa que tem se mostrado bem til em vrios casos como j visto anteriormente.

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3.4.2 Conceito

Um sistema de radio navegao com o uso de satlites, receptores moveis e estaes fixas de monitoramento, desenvolvido e monitorado pelo departamento de Defesa dos Estados Unidos da Amrica do Norte. Este aparelho permite em qualquer parte do planeta no ar terra ou mar, determinar sua posio tridimensional (latitude, longitude e latitude), com os dados de velocidade, tempo de deslocamento, distancia. O termo GPS surgiu da simplificao do projeto militar Norte Americano Navstar GPS ( Navigation Satellite Timing and Raning Global Position System), Os satlites GPS transmitem continuamente sinais de radio e com 6 centsimos de segundo atingem os receptores em todo o mundo. Em toda a historia da sociedade sempre buscamos solucionar um problema que hoje simples, nossa localizao, antigamente usando referencias como vizinhanas, comrcios e com a sociedade moderna veio a necessidade de posicionamento mais preciso. Segundo Monico (2000, p.20) como determinar a posio de uma embarcao em alto-mar? O astrolbio, a despeito do seu peso e tamanho, possibilitava apenas a obteno da latitude, sujeita a grande margem de erro. Devido a esses e muitos outros problemas com os sistemas de navegao como, por exemplo, o LORAN ( long-range navigation system), o DECCA ( low frequency continuous wave phase comparison navigation) e o mega ( global low frequency navigation system), todos esses sistemas baseiam-se na transmio via radio, os dois primeiros funcionam muito bem em faixas costeiras, mas tem grandes problemas em posicionamento global devido as interferncias eletrnicas e variaes de relevo. Uma soluo com melhores benefcios s surgiu na dcada de 1970 com o GPS a proposta reduziria custos e melhoraria muito a preciso de posicionamento global (Monico, 2000).

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3.4.3 Funcionamento

O GPS foi desenvolvido pelo exercito dos Estados Unidos, como citado anteriormente o intuito do sistema segundo Monico (2000, p.21) de ser o principal sistema de navegao das foras armadas americanas. O sistema em questo proporcionava uma preciso e uma confiabilidade jamais vista nos outros sistemas de navegao citados anteriormente, devido a sua alta preciso e alta tecnologia envolvida, levantou-se na comunidade global um interesse sobre o novo sistemas para varais aplicaes diferentes como, por exemplo, na agricultura de preciso, controle de frotas, agrimensura entre outras e tambm a proposta deste trabalho o VANT. Como o prprio nome sugere o sistema permite a localizao global, ou seja, em qualquer lugar no planeta, em terra ou prximo dela, onde houver a necessidade de posicionamento preciso esse sistema pode ser incorporado. O sistema conta com 4 satlites a disposio dos usurios que permite o posicionamento em tempo real, em qualquer lugar do planeta em qualquer hora e condies climticas adversas (MONICO, 2000). A localizao baseia na distancia entre a antena do usurio a quatro satlites, seriam necessrios apenas trs satlites para uma localizao precisa, desde que no pertencente ao mesmo plano, porem os relgios dos satlites e da antena no so sincronizados, adicionado mais uma incgnita a equao da posio necessitando assim mais um satlite para aplicao. A dois tipos de servios no GPS o SPS ( Standard Positioning Service servio de posicionamento Padro) e o PPS ( Precise Positioning Service Servio de posicionamento Preciso), o SPS disponvel a todos, sem cobrana, na verdade esse sistema sempre possibilitava precises melhores, mas devido a possveis problemas com segurana foram introduzidos cdigos manipulados para reduzir a preciso do GPS, limitando ento o nvel de preciso do GPS no caso do SPS e o PPS era liberado apenas para uso militar ou usurios cadastrados. Para que fosse possvel a limitao da acuracidade do sistema o sinal era criptografado pelo cdigo P, para que no fosse possvel o uso desses recursos por usurios no autorizados e a manipulao dos mesmos por AS( anti-spooging) e as (selective availability disponibilidade seletiva) esse sistema era utilizado para diminuir

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a preciso do GPS, com a manipulao do cdigo P um dos cdigos utilizados no GPS porem as 0h de 2 de maio de 2000 esse sistema foi abolido, melhorando em dez vezes a preciso do GPS.

3.4.4 Segmento Espacial

O segmento espacial composto por uma constelao de vinte e quatro satlites, que orbitam a terra em uma altitude aproximada de 20.200 km acima do nvel do mar (Fernandez, 2010, APOUD DONA,2000 ) Estes satlites percorrem seis rbitas inclinadas em relao ao equador, estveis e assncronas com quatro satlites em cada uma. Estes perfazem uma orbita completa a cada 12 horas sendo que cada satlite possui 28 de cobertura da superfcie terrestre (Fernandez, 2010). Portanto em qualquer ponto em qualquer instante, esteja sob a cobertura de pelo menos quatro satlites. Como na figura abaixo.

Figura 17 rbitas dos satlites do sistema GPS (Fernadez,2010 Apud DANA, 2000)

Cada satlite gera duas portadoras L1 e L2 elas so geradas a partir da freqncia fundamental de 10,23 Mhz e multiplicadas por 154 e 120, respectivamente. Dessa forma, as freqncia L1 e L2 e os comprimentos de onda so (Monico, 2000) L1= 1575,42 MHz e = 19 cm L1= 1227,60 MHz e = 24 cm

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3.5

PROJETO CONCEITUAL

3.5.1 Plataforma de vo

O primeiro tema a ser discutido foi a plataforma de vo onde foram levantadas as necessidades e interferncias que o projeto dever atender. Para a escolha destes itens sero utilizados referencias bibliogrfica, entrevistas com praticantes do esporte Aeromodelismo e tambm atravs de testes em bancada. A escolha da aeronave teve um processo baseados na verificao de vrios modelos, onde a escolhida foi a que apresentou melhor resposta aos questionamentos iniciais As questes abordadas para a escolha da aeronave esto representadas no diagrama abaixo.

LEVANTAMENTO DE MODELOS DE AERONAVES

MOBILIDADE NECESSIDADE DE RESISTNCIA AO MEIO

CUSTO E CONDIES PARA FABRICAO

MANUTENO POUSO E DECOLAGEM TRANSPORTE DE CARGA

ESCOLHA DA AERONAVE

Figura 18 - Diagrama para determinao da plataforma de vo

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Nesta fase verificamos as plataformas de vo disponveis que poderiam ser adaptadas a necessidade do projeto. Entende-se por plataforma de vo o tipo de modelo utilizado para voar e transportar cargas. Atualmente com o avano da tecnologia existem varias plataformas de vo a serem utilizadas para monitoramento, aquisio de dados e uso para hobby, as mais utilizadas no modelismo so avies, helicpteros , quadricopteros e dirigveis. Trata-se de aeromodelos radio controlados usados principalmente para lazer, mas que podem ser modificados e usados para outros fins.

Figura 19 Aeromodelo Avio eltrico (HOBBYKUNG,2011)

Figura 20 Quadricptero para FPV (E-VOO,2011)

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Figura 21 Helicptero para FPV (E-VOO,2011)

Figura 22 Dirigvel para FPV (HOBBYKING,2011)

Cada modelo tem caractersticas distintas que devem ser analisadas para cada tipo de aplicao, segundo MEDEIROS (2007) para a concepo da plataforma de vo deve-se levar em conta alguns aspectos de cada modelo como: rea de pouso e decolagens, trajetria, condies climticas, custos, transporte, capacidade de carga. O questionamento Mobilidade referente ao transporte e armazenamento do experimento, uma vez que o mesmo se destina ao uso pelo operador em campo, o que o

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obriga a ter um tamanho que caiba em um carro para seu transporte. A configurao do experimento deve ser feita de tal forma que sua montagem e desmontagem sejam fceis, agilizando o trabalho do operador. Outro tema importante a necessidade de resistncia ao meio,que visa a verificao do meio em que a aeronave vai atuar e se este meio pode vir a danificar a mesma. Foi analisado tambm o custo e condies para fabricao, Neste item verificamos dentre os modelos quais apresentavam menor custo de materiais e processo de fabricao de maior facilidade, sem necessitar de poderosas mquinas de fabricao. Este item foi avaliado levando em conta as ferramentas disponveis e disponibilidade de materiais no mercado. Tambm verificamos dentre as configuraes de aeronaves a que oferecia melhor condio de manuteno, uma vez que quedas e pequenos acidentes so inevitveis. O modelo proposto deveria ser de fcil conserto onde este pode ser feito at pelo prprio operador em campo habilitado a aeronave para voar novamente. A decolagem e aterrissagem do aeromodelo foi analisada da melhor forma possvel, porem existe um limitante que foi fundamental em nossa escolha, que o local de atuao da aeronave. O projeto VANT visa dar uma ferramenta de reconhecimento em terrenos difceis, ou seja, dificilmente teremos a disposio uma pista para pouso e decolagem, o que nos obrigou a eliminar o trem de pouso da configurao e fazer a decolagem atravs de arremesso da aeronave, onde o pouso pode ser no prprio gramado da regio que este estiver atuando. Depois de analise das caractersticas desejadas e comparao dos modelos levantados optamos por trabalhar com uma plataforma de vo semelhante ao de um avio popularmente conhecida com asa voadora ou asa zagi. Esta configurao tem um conceito semelhante ao do avio, porem tem fabricao e manuteno fcil e barata. Sua configurao oferece excelentes condies de vo possuindo tambm uma alta resistncia a quedas, e pousos mais desastrados.

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Figura 23 - Representao isomtrica de zagi.(ISCOLD,2008)

O projeto do VANT foi iniciado seguindo especificaes do manual bsico para construo de asas voadoras do tipo ZAGI. Segundo NOGUEIRA, o perfil da asa tem funo fundamental na constituio deste tipo de modelo, onde perfis mais grossos resultam num vo mais lento e estvel e perfis mais finos resultam num vo mais rpido e gil porem menos estvel. Em virtude do conceito do projeto ser o reconhecimento, a escolha do perfil foi o de maior espessura, onde so usados comumente 4 tipos de perfis na construo da ZAGI

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figura 24 Manual bsico de construo do zagi.(NOGUEIRA,2008)

O perfil utilizado para construo foi a ZAGI12, onde foi fabricado um gabarito com as medidas deste perfil que ser utilizado no corte do isopor para construo da asa. Outro ponto que foi considerado foi o enflechamento da asa. Segundo Nogueira(2008) o enflechamento o quanto a ponta da asa fechada para trs, esse enflechamento auxilia na correo do Centro de Gravidade do avio. No apndice 1 segue projeto com todos os itens do ZAGI, das partes da aeronave e parte eletrnica.

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3.5. 2 Fora Motriz

Neste item referimos ao tipo de motor eltrico a ser empregado no projeto, com objetivo de proporcionar a propulso necessria para o vo do VANT. Optamos no Uso do Motor tipo Brushless, que so motores sncronos de im permanente (PMSC Permanent Magnet Synchronous Motor),so classificados em motores Brushless AC e motores Brushless DC. Os circuitos de ambos os tipos de motores brushless AC e DC tem bastante semelhana onde o principal aspecto que os diferencia a forma de onda de corrente aplicada ao enrolamento da armadura e a distribuio do fluxo magntico (MONTEIRO,2002). Em nosso projeto optamos por trabalhar com o motor brushless AC que so alimentados por uma forma de onda senoidal trifsica e operam no mesmo principio dos campos girantes.

Figura 25 Motor Brushless (AEROMODELOSAMB, 2011)

De acordo com a plataforma utilizada e suas caractersticas optamos por um motor EMAX Brushless Motor GT2210/11 (1470kv) que atende suas necessidades e propicia o empuxo necessrio para o vo,

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Figura 26 - Dimenses principais de motor brushless

Especificaes do motor Modelo: GT 2210/11 RPM/V: 1470 KV No.of lipo cells: 2-3S Potencia mxima : 200W Corrente mxima :18 Peso: 55g Dimenso do estator: 22 X 10 mm Diametro: 28.5mm x L28.5mm Diametro do eixo: 14mm Comprimento do eixo: 15.5mm Maximo impulso; 870g Recomendado para modelos entre os pesos de: 500 800 Recomendado ESC: 18 A ou menor Recomendado hlice: 7x5, 7x6, 8x4, 8x4.3 (Lipo 3S) Recomendado hlice 9x5 (Lipo 2S)

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3.5.3 Eletrnica de vo da aeronave

Para determinao da parte eletrnica de vo da aeronave buscamos trabalhar com itens de fcil acesso no mercado e com boa relao custo beneficio, a configurao da eletrnica de vo consiste nos seguintes perifricos.

3.5.3.1 Radio transmissor.

Que tem a funo de enviar os comandos de vo a aeronave por meio de radio freqncia, esses comando esto divididos em canais. Levando em conta que utilizaremos dois canais para comandos de vo e estabilidade, um canal para controle da velocidade do motor, dois canais para controle de direcionamento da cmera, e um canal para o sistema retrtil da cmera. Temos um total de seis canais utilizados, assim nos levando a escolha de um radio com no mnimo seis canais, verificamos que no mercado a vrios fabricantes com diferentes configuraes e modulaes, as mais utilizadas e encontradas no mercado so de 900Mhz e 2.4Mhz. A transmisso de sinal a 900Mhz so menos suscetveis a interferncias causadas por obstculos, mas tambm possuem ondas mais curtas, j os sistemas 2.4 so mas suscetveis a interferncias por obstculo pois suas ondas so mais concentradas e potencializadas com isso aumentando seu alcance e tambm so menos suscetveis a interferncias por outras ondas de radio. Como uma das necessidades do projeto o alcance e autonomia do veiculo areo, e tambm a segurana do vo, optamos pelo modelo 2.4 da turnigy.

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Figura 27 Radio transmissor (HOBBYKING, 2011)

3.5.3.2 Servo motores.

Os servos motores so mecanismos utilizados para fazer o controle da aeronave e tambm de seus perifricos como sistema pantilt de controle da cmera de vdeo. Os servo motores (servo motors) ou servos RC (Rdio Controle) ou simplesmente servos, so compostos por um circuito eletrnico de controle, onde um pequeno potencimetro que roda solidrio com o eixo do servo de fora determina a posio atual do mecanismo de engrenagens. Foi utilizado tambm como critrio de escolha ao seu dimensionamento o peso deste mecanismo onde cada grama atenuada pode trazer melhor capacidade de vo.(FRANCISCO, 2004). A figura seguinte, so pequenos dispositivos constitudos basicamente por: um motor DC,

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Figura 28 Sistema de Servo Motores (Francisco, 2011)

funo dos servo motores o controle da aeronave pois atuam diretamente nos ailerons da aeronave. Os ailerons so partes mveis dos bordos de fuga das asas dos avies que servem para controlar o movimento de rolamento da aeronave. O profundor ou leme de profundidade uma superfcie de controlo mvel horizontal existente na extremidade traseira da cauda dos avies, responsvel pelo movimento do avio sobre seu Eixo Lateral.

3.5.3.3 Sistema de transmisso de vdeo e Aquisio de dados

O processo para escolha do sistema de transmisso de vdeo FPV foi divido em 4 etapas como pode ser visto no diagrama a baixo:ESCOLHA DO SISTEMA VDEO LINK FPV

CAPTAO DA IMAGEM

SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS OSD

TRANSMISSO E RECEPO DA IMAGEM

VISUALIZAO DO OPERADOR

Figura 29 Diagrama para determinao sistema FPV

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3.5.3.4 Captao de imagem

Este item visa o meio de captao de imagem atravs de uma mini cmera de vdeo. Para a escolha deste sistema verificamos a qualidade de imagem necessria para a aplicao proposta, o mercado oferece diversos modelos de cmeras, transmissores e receptores com qualidades de imagem variados. Mediante a variedade de equipamentos disponveis no mercado, usamos alguns requisitos para determinao da cmera como resoluo, peso e resistncia, Custo beneficio, Configurao mecnica, Peso da cmera, Qualidade de imagem.

Figura 30 Cmera para FPV ( FPV COMMUNITY, 2011)

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3.5.3.4 Sistema de aquisio de dados OSD

Este sistema une as informaes coletadas pelo GPS como coordenadas de latitude e longitude, altitude e velocidade dados de tenso das baterias dos equipamentos, essas informaes so sobrepostas no mesmo sinal de vdeo captado pela cmera assim possibilitando que o operador tenha essas informaes em pleno vo e no mesmo monitor da cmera. A escolha deste sistema consiste primeiramente em reconhecer que tipo de informao relevante para seu uso, pois a infinidades de equipamentos no mercado com as mais varveis informaes possveis, como o propsito do projeto consiste em construir um VANT e verificar a viabilidade de seu uso, optamos em adquirir um modelo de OSD que atende-se nossos fins Modulo de aquisio de dados da bateria e unio dos dados junto ao vdeo feito pela cmera. A escolha de ambos os itens levou em conta o peso que deveria ser mnimo, custo do equipamento e compatibilidade de linguagem, ou seja eles deveriam se comunicar com facilidade, por este motivo procuramos comprar ambos do mesmo fabricante.

3.5.3.5 Transmisso e recepo da imagem

Este item apresentou maior dificuldade para determinao, pois procuramos trabalhar com equipamentos com disponibilidade comercial.

As caractersticas que foram avaliadas para determinao deste item foram: - Freqncia de modulao para transmisso - Alcance - Qualidade da imagem

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- Custo As freqncias mais comuns so 900 Mhz; 1,2 ghz; 1.3ghz; 2.4 ghz e 5.8 ghz. Quanto maior a freqncia, em iguais condies de potncia e de ganho das antenas, menor o alcance e maior a possibilidade de perda de sinal por obstculos. O Link de 900 mhz tem alcance muito bom, mas h relatos de interferncia por suas harmnicas no sistema de GPS, complicando a vida de quem quer usar um OSD. Um filtro passa baixas tende a amenizar o problema; O link de 1.2 ghz muito bom, mas tem sua utilizao restrita em territrio nacional, tendo que operar longe de aeroportos ou em seus canais mais elevados, que inserem-se em 1.3ghz. Muito usado no mundo e portanto com boas opes de antenas. No costuma causar interferncia por harmnicas. Recomenda-se contudo ficar longe do receptor se for de 2.4 ghz. Link de 1.3 ghz muito prximo ao de 1.2 ghz sem suas desvantagens citadas. Contudo utiliza-se das antenas para 1.2 ghz (com pequena perda de qualidade) ou optase pela antena de 1.3 ghz, mais difcil de achar (e mais cara); Link de 5.8 ghz (menor alcance, mas menos risco de interferncia por sinal conflitante) Antenas menos comuns, ento mais caras e difceis de achar. A determinao deste item foi baseado no custo beneficio onde o que apresentou melhores resultados em virtude do custo foi o sistema na freqncia de 2,4GHz.

3.5.3.6 Visualizao do operador

Este item refere se de qual forma o operador vai visualizar as imagens para fazer o controle da imagem e do aeromodelo. O proposto e fazer a visualizao das imagens do aeromodelo na tela do notebook atravs de uma placa de captura. Desta forma o sistema oferece uma maior facilidade na gravao da imagem transmitida o que facilita em uma eventual necessidade de analise posterior a gravao.

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3.6

MONTAGEM DO PROTTIPO.

3.6.1 bloco de isopor denso tipo F6

Aps a determinao do perfil de asa como zagi12 iniciamos a confeco do gabarito para efetuar o corte em isopor, o isopor utilizado do tipo industrial modelo F6 que de um tipo mais denso e resistente, em seguida deve-se fazer as marcaes de corte do isopor e iniciar seu corte. O mtodo utilizado para o corte foi com fio quente, trata-se de um fio de nquelcromo que fechado em curto por uma fonte de alimentao de 24v 20, controlada por um potencimetro , funciona como uma resistncia de chuveiro assim que ligado o potencimetro controla o calor do fio de nquel-cromo fazendo com que o corte do isopor siga limpo e uniforme.

3.6.2 Corte e colagem

Aps o corte das asas deve-se ser feita a unio delas atravs de cola que no agrida ou reaja com isopor, no caso utilizamos cola epxi muito utilizado por aeromodelista. Junto com a unio das asas deve-se refor-la com varetas de fibra de vidro a fim de evitar que a mesma quebre durante o vo devido a fora G em algumas manobras.

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Figura 31 - Unio das asas

Figura 32 - Introduo de varetas de vibra de vidro

3.6.3 Alojamento de componentes

Antes da montagem dos componentes eletrnicos deve-se procurar o centro de gravidade do avio, este centro de gravidade o equilbrio que o avio deve ter para que possa fazer um bom vo e planeio. Para isso deve-se atentar a montagem dos componentes de modo que eles fiquem bem distribudos sem que interfiram no ponto onde se localiza o centro de grvida, essa distribuio de peso em funo do CG pode determinar o sucesso ou no de seu vo, e caso no seja possvel fazer a distribuio dos componentes o CG pode ser

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compensado com a colocao de pesinhos de chumbo utilizados para balancear rodas de automveis afim de compensar a m distribuio de peso em determinado local do avio.

Figura 33 marcao dos locais para corte.

Figura 34 - distribuio dos equipamentos de acordo com centro de gravidade do modelo

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Figura 35 corte das acomodaes.

3.6.4 Entelagem

Para entelagem utilizamos manta vinilica, trata-se de um adesivo plsticos muito utilizados para proteger a pintura de automveis e tambm em placas de sinalizao e outdoors. Este deve ser aplicado no avio a fim de deixar sua superfcie mais lisa evitando o efeito de arrasto que se trata do atrito do avio com o ar, o vinil tambm pode ser colocado em diversas cores de modo a ficar mais fcil sua visualizao no ar facilitando a pilotagem.

Figura 36 entelagem com vinil adesivo.

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3.6.5 Instalao dos sistemas eletrnicos

Aps a marcao dos locais aonde vo os componentes eletrnicos de acordo com o centro de gravidade, os locais devem ser preparados para a instalao de modo a no interferirem na dinmica de vo evitando efeitos de arrasto, e de modo que no se soltem durante o vo. Depois da preparao dos locais a instalao pode ser feita atentando-se as conexes que devem ser soldadas com estanho ou conectadas atravs de plug. Toda os diagramas da instalaes eletrnicas esto disponveis no apndice 1, apndice 2, apndice 3 e apndice 4.

Figura 37 sistema de direcionamento da cmera e cmera.

Figura 38 - motor e do controlador de velocidade.

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Figura 39 - acomodaes das instalaes

Figura 40 - transmissor vdeo link.

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3.7

Testes e comissionamento

Aps a instalao de todos os equipamentos foi necessrio verificar todos os itens eletrnicos, afim de garantir que no haja falhas durante o vo, deve-se verificar todas as conexes, plugs e soldas, deve se ligar as baterias e radio transmissor e se atentar aos seguintes itens: Sistema de controle de vo; Os servos esto respondendo aos comandos de direo da aeronave; motor esta sendo acionado e girando no sentido correto; Sistema de vdeo link; Os servos de controle da cmera esto respondendo A cmera est ligada e sem mau contatos O transmissor esta ligado e sem mal contatos Sistema de telemetria; O sensor GPS esta ligado e sem mau contatos O sistema de telemetria esta ligado e sem mau contatos Sistema de recepo e imagem; Receptor esta ligado e sem mau contatos; a antena direcional esta conectada; o computador esta ligado e desligado o modo stand by automtico para que o monitor no desligue sozinho durante o vo;

Para o condicionamento deve-se deixar todos os equipamentos ligados durante pelo menos 15 minutos ou at a descarga total da bateria, aproveitando para marcar o tempo

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que a bateria atua at o momento de desligamento automtico do controlador de velocidade control-speed. Aps este tempo verificar se esta tendo algum tipo de super aquecimento nos componentes, caso haja, verifique as instalaes e procure reposicionar o componente de maneira que receba algum tipo de ventilao durante o vo. Outra questo muito importante durante os testes verificar se esta havendo algum conflito de transmisso ou interferncia j que temos um radio controle transmissor e um transmissor de vdeo bem prximos, no foi verificado nenhum tipo de superaquecimento e nem falhas neste processo de testes mas percebemos que a imagens recebem interferncias provocadas pelo rudo do motor e pela transmisso de comandos de vo, para melhorar e atenuar este problema colocamos o transmissor de imagens o mais longe possvel do receptor do radio controle.

3.7.1 1 teste em bancada Neste teste de verificao e condicionamento dos equipamentos foram verificados todos os item anteriores, concluimos que no houve super aquecimento nos equipamentos no houve mau contato com equipamentos porem houveram algumas interferncias na imagem provenientes do radio controle;

3.7.2

Teste de Vos

3.7.2.1 1 Vo teste com modelo com cauda Devido a problemas de construo na calda o veiculo foi lanado e foi direto para o cho quebrando os suporte de fibra de carbono, como este material foi importado resolvemos construir outro veiculo areo sem a cauda.

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3.7.2.2 1 Vo com modelo sem cauda

Neste primeiro vo podemos verificar o quanto este modelo estvel e gil oferecendo bons controles de vo, percebemos que o alcance do sistema de vdeo link chegou sem interferncias at 500m de acordo com as informaes do GPS, depois desta distancia houve algumas interferncias que foram aumentando gradativamente, a mil metros de distancia resolvemos retornar pois o radio transmissor tem um alcance Maximo de 1500 m e no tnhamos certeza quanto a distancia apresentada no sistema de telemetria. 3.7.2.3 2 Vo modelo sem cauda

Este teste foi feito um vo de 3 minutos sobre a universidade, neste teste tivemos como objetivo testar a decolagem e o pouso em local com pouca extenso de rea, assim como testar todos os equipamentos de filmagem e telemetria, gravar um vdeo com o teste e verificar os resultados. De imediatos os resultados foram satisfatrios quanto utilizao do veiculo em curto espao, podendo verificar que a decolagem e o pouso foram bem tranqilos. As imagens tiveram muitas interferncias, mas conclumos que as mesmas so causadas por ondas de radio dos arredores j que um local bastante povoado contendo condomnios, bares, restaurantes e a prpria universidade, que por si utilizam internet sem fio, sistemas de segurana entre outros que utilizam meios de transmisso sem fio com freqncias prximas a 2.4 Ghz, assim no precisando de reparos como instalao de filtros ant-ruidos. Percebeu-se pequenas perdas de comando da aeronave, causada pela freqncia de transmisso do vdeo link, j que a mesma 2.4Ghz a mesma do radio controle, para solucionar necessrio trocar o Radio por um com uma freqncia mais baixa ou trocar o transmissor vdeo link por um com uma freqncia diferente, essa a melhor maneira contando que o custo cerca de 60% mais barata , e j possivel adquirir equipamento com freqncia 5.8 Ghz assim atenuando tambm as interferncias causada na imagem por fatores externos.

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4

CONCLUSES E RECOMENDAES.

Neste captulo sero abordadas as avaliaes conclusivas do assunto abordado neste trabalho, analisando o desenvolvimento do prottipo e sua aplicabilidade no auxlio a localizao de veculos roubados. Com embasamento nos resultados obtidos neste trabalho, sero apresentadas as principais concluses e sugestes para trabalhos futuros. O prottipo desenvolvido apresentou resultados satisfatrios no critrio vo, porm devero ser feitas algumas melhorias na plataforma de vo. A estrutura apresentou tima resistncia e tambm excelente estabilidade de vo propiciando fcil pilotagem e timas imagens. O modelo escolhido para construo do prottipo se apresentou como uma tima escolha pois seu manuseio e transporte atenderam as recomendaes iniciais. O sistema de comando ou radio controle transmissor, receptor e servo motores apresentaram algumas interferncias geradas pelo transmissor de vdeo que devem ser reprogetados. O sistema de vdeo teve xito onde conseguimos fazer as imagens necessrias que atenderam as especificaes desejadas, porem ao executarmos testes de vo por varias regies verificou se que o sistema de vdeo apresentou interferncias na imagem, suspeitamos que isto pode ter ocorrido por sinais de celular ou outras fontes de comunicao sem fio uma vez que estas interferncias ocorrero apenas em testes prximos as cidades, alem da interferncia causada pelo do prprio transmissor de radio controle e por harmnicas do sistema.

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Sugestes para projetos futuros: Utilizao de sistema de transmisso de vdeo com freqncia de transmisso prximas de 5.8Ghz afim de atenuar interferncias. Desenvolvimento de um software e hardware que transmita as imagens coletadas para uma central que faria a verificao e comparao dos dados do veiculo roubado com as imagens, facilitando a solicitao das autoridades policiais para efetuar a apreenso do veculo. Desenvolvimento de software e hardware que possibilite o vo da aeronave de forma autonoma, sobrevoando quadrantes estabelecidos por software, o que facilitaria a operao do operador, uma vez que este s estaria concentrado na visualizao das imagens captadas. Atualmente existe varias opes de equipamento de vdeo e telemetria, recomendamos o uso da cmera GO-pro HD que possui imagens de 1080 linhas contra 580 utilizadas em nosso projeto, porem com um custo mais elevado.

Figura 41 Cmera GO-pro HD cmera de alta resoluo(FPVBRASIL,2011)

Recomendamos tambm o uso de sistemas de telemetria OSD da angLe tree que trata-se de um sistema que aceita a incluso de outros sensores de telemetria como rotao do motor, temperatura, altitude, entre outros.

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Figura 42 Sistema Telemetria Angle tree(FPVBRASIL,2011)

Recomendamos tambm o sistema FY21 que se trata do controle autnomo de estabilidade de vo, o mesmo mantm o veiculo sempre na mesma altitude e estabilizado e em conjunto com equipamento AP117, este pode levar o veiculo at as coordenadas de GPS pr selecionadas ou mesmo trazer o veiculo de volta ao ponto de partida em caso de perda de sinal ou por acionamento voluntario.

Figura 43 Foto Sistema Telemetria FY 21 AP e AP 117(FPVBRASIL,2011)

Todos esse itens podem e devem ser utilizados para melhor utilizao do VANT, no entanto como o objetivo de nosso projeto testar a viabilidade do VANT , optamos por produtos mais baratos mas que atende-se nossas necessidades.

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CONSIDERAES FINAIS

Com base nos testes, ensaios e resultados obtidos verificamos que o VANT pode ser uma boa opo no auxlio de profissionais do ramo de recuperao de veculos roubados ou furtados, Devendo haver um investimento maior em tecnologia para que sua empregabilidade seja segura e eficaz. Foi verificado que para este tipo de plataforma a sua aplicabilidade fica restrita principalmente em zonas rurais onde a geografia destes locais possibilitam um vo mais seguro por conta de acidentes, e por esta plataforma de vo no realizar o vo pairado oferecendo uma melhor visualizao de locais em meio a prdios e residncias. Outro ponto positivo deste tipo de projeto foi o baixo custo para implantao dessas aeronaves, o que pode estimular a empresas de segurana no uso desta tecnologia. Sendo assim possvel seguir em frente com este tipo de projeto afim de adqua-lo com tcnologias mais avanadas proporcionando mais segurana em atividades que exponham pessoas a riscos, assim no restringindo seu uso abrangendo-o por outros setores da segurana como polcia, empresas de segurana privada, monitoramento de grandes condomnios, fazendas, etc...

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