\chapter{Sistema experimental}\label{chapter:sistema_exp}
\thispagestyle{myheadings}
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% intro
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Neste capítulo apresenta-se todo o sistema experimental que teve de sofrer intervenção no âmbito desta dissertação, tudo relacionado com os sistemas de segurança do veículo.



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% Trabalho realizado anterior
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%		LINHAS EXISTENTES NO CARRO
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\section{Circuitos existentes}\label{sec:linhas_existentes_rocha}
O Atlascar como todos os sistemas que envolvem automatismos necessita de uma unidade de emergência, algum tipo de dispositivo ou sistema que, em caso de avaria ou falha, possa ser ativado para imobilização da máquina.
\newline
O Atlascar possuí uma unidade responsável pelo controlo de todos os atuadores do veículo, essa unidade é um autómato industrial PLC, e a sua interação com os sistemas existentes no veículo podem ser consultados na figura \ref{fig:plc_carro}.

\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[width=9.9cm]{Imagens/plc_imagem}
                \caption{Interação entre o autómato e os diversos módulos, adaptado de \citep{tese_do_rocha_2011}}
                \label{fig:plc_carro}
\end{figure}


Neste caso o veículo possui 2 linhas de emergência, como exemplificado na figura \ref{fig:emergencia_atlascar} uma capaz de ativar uma rotina de emergência no PLC, que se encontra esquematizada na figura \ref{fig:esq_rot_emergencia}, e outra que interrompe o circuito de alimentação dos atuadores do veículo.\citep{tese_do_rocha_2011}

Existe ainda uma linha responsável pelo corte/ativação da ignição, que já anteriormente tinha sofrido alterações para que fosse possível ligar e desligar o veiculo através de instruções do PLC, estando esquematizado o sistema implementado na figura \ref{fig:esq_ignicao}. 

\begin{figure}[H]
        \centering
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[scale=0.20]{Imagens/emergencias_atlas}
                \caption{Ponto de ativação da linha de emergência presentes no Atlascar. }
                \label{fig:emergencia_atlascar}
       \end{minipage}
       ~
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
       \centering
                \includegraphics[scale=0.4]{Imagens/esquema_ignicao}
                \caption{Esquema de funcionamento da ignição}
                \label{fig:esq_ignicao}
       \end{minipage}
%         \caption{Veículos autónomos}
\caption{Imagens das linhas existentes no AtlasCar. Adaptado\citep{tese_do_rocha_2011}}\label{fig:linhas_atlas}  
 \end{figure}      


A rotina de emergência é ativada quando um botão, da linha B na figura \ref{fig:emergencia_atlascar}, é pressionado, interrompendo uma linha de sinal que está ligada ao PLC do veículo. Ao ser ativada a emergência dá-se início a uma série de ações como o acionamento das caixas do travão e da embraiagem, o fecho da borboleta do acelerador do veiculo e, por fim, colocando o volante no modo de atuação manual figura \ref{fig:esq_rot_emergencia}. Estes procedimentos são efetuados para retirar o controlo do veiculo aos computadores.


\begin{figure}[h!]
        \centering
                \includegraphics[scale=0.6]{Imagens/esquema_rotina_emergencia}
                \caption{Rotina de Emergência implementada no PLC do AtlasCar. Adaptado \citep{tese_do_rocha_2011}}
                \label{fig:esq_rot_emergencia}
\end{figure}




% +++++++++++++++++++++++++
%  Caixas de atuação
% ++++++++++++++++++++++++++++++++
\section{Sistema de atuação das caixas}\label{sec:setup_caixas}
O AtlasCar, (figura \ref{fig:atlascar}), é um veículo com alguns anos, e por isso, os sistemas de travagem e de embraiagem são de atuação mecânica. Logo, se o objetivo seria ter um robô à escala real, ter-se-ia de alterar o sistema de atuação,  fazendo com que fosse possível a atuação eletrónica do sistema de travagem e de embraiagem. O sistema pensado seria atuado eletronicamente, e quando atuado teria de ser capaz de movimentar os sistemas de travão e de embraiagem do veículo, mas depois de implementado a condução manual do veículo teria de continuar a ser possível. Então foi implementado um sistema de atuação elétrica que através de um cabo de aço puxa os pedais do veiculo, figuras \ref{fig:atua_travao} e \ref{fig:atua_travao1} .\citep{tese_do_rocha_2011}.

\begin{figure}[H]
%        \centering
%       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[height=4cm]{Imagens/caixa_aberta}
                \caption{Caixa de atuação do pedal travão}
                \label{fig:atua_travao}
%                  \end{minipage}
\end{figure}
\begin{figure}
[H]
%\end{figure}       
%       ~
%       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
       \centering
                \includegraphics[scale=0.4]{Imagens/pedal_travao}
                \caption{Fixação do cabo ao pedal do travão}
               
%        \end{minipage}
%        \caption{Sistema de atuação do travão Atlascar} 
\label{fig:atua_travao1}        
        
\end{figure}


As caixas de atuação encontravam-se na parte inferior do veiculo; uma vez que possuíam cabos curtos aí seria o melhor ponto para a sua instalação; porém essa solução apresentou-se pouco interessante, dado que corriam o risco de embater com o chão e estavam muito expostas a poeiras e líquidos, o que poderia originar danos catastróficos.
\newline
Assim pensou-se numa alternativa para a recolocação das caixas, um espaço onde estas ficassem protegidas. Foram propostas duas soluções de intervenção: uma recolocar as caixas no local destinado ao pneu suplente, figura \ref{fig:caixas_pneu}, outra solução seria a recolocação por baixo do banco do condutor do veículo, figura \ref{fig:caixas_banco}.


\begin{figure}[H]
        \centering
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[height=8.4cm]{Imagens/caixas_banco}
                \caption{Dentro do habitáculo}
                \label{fig:caixas_banco}
       \end{minipage}
       ~
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
       \centering
                \includegraphics[height=8.4cm]{Imagens/esquema1_caixasatlas}
                \caption{Local do pneu suplente}
               \label{fig:caixas_pneu}
       \end{minipage}
%         \caption{Veículos autónomos}
\caption{Possibilidades de recolocação das caixas de atuação}\label{fig:esquema_recoloc}    
 \end{figure}      





%%\begin{figure}[H]
%%\centering
%%        \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
%%        \centering
%%                \includegraphics[width=6cm]{Imagens/caixas_banco}
%%                \caption{Solução dentro do habitáculo}
%%                \label{fig:caixas_banco}
%%                 \end{subfigure}
%%        ~ 
%% \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
%%                \centering
%%                \includegraphics[width=6cm]{Imagens/esquema1_caixasatlas}
%%                \caption{Solução no local do pneu suplente}
%%               \label{fig:caixas_pneu}
%%        \end{subfigure}
%%        \caption{Possibilidades de recolocação das caixas de atuação}\label{fig:esquema_recoloc}        
%%        
%%\end{figure}


A melhor solução encontrada para instalação das caixas no carro, foi a sua colocação por baixo do banco do condutor, local em que estas ficariam relativamente próximas dos pontos de atuação. Assim, seria apenas necessário fazer passar os cabos para o exterior do habitáculo, sendo que a partir daí teriam de ser enxertado para os fazer chegar aos pontos de atuação. A extensão dos cabos é efetuada recorrendo a um sistema de 2 batentes instalados no fundo do veículo. O desenho dos batentes pode ser consultado no anexo \ref{anexo:caixas} e a implementação do sistema pode ser consultada na figura \ref{fig:sist_recolocacao}.  

\begin{figure}[H]
        \centering
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[height=4cm]{Imagens/caixa_banco}
%                \caption{Posicionamento das caixas no Atlascar}
                

       \end{minipage}
       ~
       \begin{minipage}{0.48\textwidth}
       \centering
                \includegraphics[height=4cm]{Imagens/fundoatlas_batentes}
                
%                \caption{Local do pneu suplente}
%               \label{fig:caixas_pneu}
       \end{minipage}
%         \caption{Veículos autónomos}
\caption{Sistema desenvolvido para recolocação das caixas de atuação}\label{fig:sist_recolocacao}    
 \end{figure} 
% 
% 
% \begin{figure}[H]
%\centering
%        \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
%        \centering
%                \includegraphics[width=6cm]{Imagens/caixa_banco}
%                \caption{Posicionamento das caixas no Atlascar}
%                
%                 \end{subfigure}
%        ~ 
% \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
%                \centering
%                \includegraphics[width=6cm]{Imagens/fundoatlas_batentes}
%                \caption{Sistema de batentes criados para acoplamento dos cabos}
%              
%        \end{subfigure}
%        \caption{Sistema desenvolvido para recolocação das caixas de atuação}\label{fig:sist_recolocacao}        
%        
%\end{figure}

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% Sistema de direção
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\section{Controlo do sistema de direção}\label{sec:setup_direcao}
A atuação do Atlascar é efetuada tendo em conta o estado da máquina. Para isso é necessário o envio de dados para o computador a bordo, dados esses com variáveis dos sensores instalados. O sistema de direção anteriormente instalado no veículo era de baixa fiabilidade; era composto por duas polias e um \textit{o-ring}, apresentando dois problemas, um era o erro de medição que ocorria pelo escorregamento na polia, o outro problema existente era o desgaste prematuro do sistema, sendo a substituição do \textit{o-ring} uma tarefa muito complicada.
\newline
Assim, para um bom funcionamento do veículo foi pensada e implementada uma nova solução para o problema, que passa pela alteração do sistema de transmissão, do potenciómetro usado e o seu posicionamento.
\newline
Em primeiro lugar o problema foi analisado e discutido,  pensado no melhor local para a recolocação do potenciómetro. Assim, surgiu a possibilidade de o potenciómetro ficar colocado por de trás do volante, para isso o relé dos "piscas" teria de ser recolocado; na figura \ref{fig:local_dir} é identificado o local para  instalação do potenciómetro. 


\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[height=12cm]{Imagens/volante_apontadores}
\caption{Esquema do novo posicionamento do potenciómetro de medição da posição do volante}\label{fig:local_dir}
\end{figure}


Depois de aprovada a nova solução encontrada passou-se à instalação do mesmo.
\newline
O material necessário para proceder a esta tarefa foi o seguinte:
\begin{itemize}
\item uma polia com sessenta dentes e um passo de 2.5mm
\item uma polia com vinte dentes e um passo de 2.5mm
\item uma correia com 235mm
\item um potenciómetro de 10 voltas
\item um suporte para instalação do potenciómetro
\end{itemize}

Com o material descrito anteriormente a relação de transmissão obtida é de 1:3, o que trouxe um beneficio ao sistema: a determinação do posicionamento do volante é mais preciso, pois o valor da tensão à saída do potenciómetro varia bastante com pequenos movimentos do volante, o que se traduz numa melhor determinação da sua posição do mesmo.

 \begin{figure}[H]
\centering
        \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[width=5.6cm]{Imagens/foto_pot_1}
                
                
                 \end{subfigure}
        ~ 
 \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
                \centering
                \includegraphics[width=5.6cm]{Imagens/foto_pot_2}
                
              
        \end{subfigure}
        \caption{Sistema desenvolvido para recolocação do sistema de medição da direção}\label{fig:sist_recolocacao_dir}        
        
\end{figure}

A interpretação do valor da variação da tensão do potenciómetro é feita através de um $\mu C$, um PIC 18F258. O seu código não sofreu qualquer alteração com a substituição do componente, pois em valor nominal o novo potenciómetro tem a mesma resistência que o anterior que se encontrava no carro, $10k\Omega$. A única intervenção a nível de software que se efetuou com esta alteração foi a redefinição dos extremos do potenciómetro, sendo que as variáveis alteradas são \textit{steeringwheel\_ min} =0.3 e \textit{steeringwheel\_ max} =4.4. Estes dois valores traduzem a leitura feita pelo PIC e é enviada para o computador quando o volante se encontra nos extremos do seu percurso.


\begin{figure}[H]
        \centering
                \includegraphics[width=6cm]{Imagens/pic_direcao}
                \caption{Imagem do $\mu C$ responsável pela leitura do potenciometro da diteção}
                \label{fig:pic_pot_dir}
\end{figure}

O reposicionamento do sistema de medição da direção levou a que se tivessem de proceder a uma série de alterações nos sistemas lá existentes; uma das alterações foi o reposicionamento do relé dos piscas, figura \ref{fig:recolocacao_rele}. A outra foi a instalação de um botão para a buzina do veículo, pois com o posicionamento da polia acoplada ao volante, o \textit{slipring} responsável pela continuidade do circuito da buzina teve de ser removido; com isto, o acionamento da buzina do veículo deixará de ser no centro do volante passando a ser no botão do lado esquerdo, por baixo do manípulo dos piscas figura \ref{fig:botao_buzina}.
 \begin{figure}[H]
\centering
        \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
        \centering
                \includegraphics[width=5cm]{Imagens/rele_carro}
                
                
                 \end{subfigure}
        ~ 
 \begin{subfigure}[c]{0.4\textwidth}
                \centering
                \includegraphics[width=5cm]{Imagens/rele_carro2}
                
              
        \end{subfigure}
        \caption{Reposicionamento do relé dos piscas do Atlascar}\label{fig:recolocacao_rele}        
        
\end{figure}


\begin{figure}[H]
        \centering
                \includegraphics[height=6cm]{Imagens/botao_buzina}
                \caption{Nova posição do botão da buzina}
                \label{fig:botao_buzina}
\end{figure}
