Projeto de Subsistema de Software

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Este documento descreve o projeto de um subsistema de software, destacando suas principais características, componentes e interações. O objetivo é fornecer uma visão geral das escolhas técnicas e de design que guiam o desenvolvimento do subsistema. Abaixo, a tabela resume os artefatos-chave do projeto e seus detalhes, com links que poderão ser atualizados para um acesso direto aos conteúdos completos.

Tabela 1: Descrição dos artefatos principais do subsistema e suas funções.

Artefato	Descrição
Arquitetura de Software	Documento que descreve a estrutura do subsistema, seus componentes, as metas e restrições arquiteturais, além dos diagramas de arquitetura.
Backlog do Produto	Lista priorizada de histórias de usuário, roadmap, kanban e tabelas que detalham os itens planejados para o produto, incluindo a gestão de versões.
Documento de Identidade Visual	Descrição da identidade visual do produto, abordando a proposta de valor, logo, cores, tipografia e outros elementos gráficos.
Fluxos de Usuário	Descrição dos diferentes fluxos de usuário, incluindo fluxogramas de fluxos felizes e de exceção, detalhando as interações com o sistema.

Comunicação com a Pixhawk e Raspberry

A comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi, os principais núcleos de controle do projeto, é fundamental para o funcionamento adequado do voo do drone. Ela permite que o Raspberry Pi processe dados de sensores e integre sistemas essenciais para a operação do drone, como o assistente de mira. Esta seção detalha os métodos e protocolos utilizados para essa comunicação, abordando a troca de dados e comandos entre o software e o hardware, com ênfase em aspectos como desempenho, segurança e confiabilidade.

Métodos de Comunicação

A interação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi ocorre por meio de interfaces de comunicação, permitindo que o Raspberry Pi atue como um hub de integração e controle adicional no sistema. Os principais métodos de comunicação incluem MAVLink e Comunicação Serial (UART), conforme detalhado na Tabela 2.

Tabela 2: Métodos de comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi.

Método de Comunicação	Descrição	Detalhamento
MAVLink (Micro Air Vehicle Link)	Protocolo eficiente e leve para comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi. Permite o envio de comandos e recepção de dados essenciais, como status de sensores, posição do drone, altitude, entre outros.	O MAVLink permite a troca bidirecional de dados, com baixa latência e alta eficiência. O Raspberry Pi pode enviar comandos ao Pixhawk, como ajustes de parâmetros de voo, e o Pixhawk envia dados sobre a navegação e status do drone. Projetado para sistemas embarcados, o MAVLink utiliza uma estrutura compacta de pacotes de dados para reduzir a latência.
Comunicação Serial (UART/USART)	Conexão direta através de uma porta serial (TX/RX) entre o Raspberry Pi e o Pixhawk. Permite a troca contínua de dados e comandos.	A comunicação serial via UART é simples de implementar e altamente confiável. A comunicação é síncrona, permitindo a troca contínua de dados em tempo real, o que é crucial para o controle preciso do voo. O Pixhawk envia dados sobre o estado dos sensores e a posição, enquanto o Raspberry Pi pode enviar comandos de controle e ler sensores conectados diretamente ao Raspberry Pi.

Desempenho e Eficiência

A comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi deve garantir um desempenho rápido e eficiente, minimizando falhas no sistema de voo. O uso de MAVLink e UART assegura baixa latência e troca eficiente de dados cruciais, como posição do drone e estado dos sensores, conforme ilustrado na Tabela 3.

Tabela 3: Aspectos de desempenho na comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi.

Aspecto	Importância
Desempenho Rápido	Minimiza o tempo de resposta entre o envio de comandos e a resposta do sistema.
Eficiência de Comunicação	Garante a troca de dados críticos durante o voo, com alta velocidade e confiabilidade.

Segurança e Confiabilidade

A segurança e confiabilidade da comunicação entre o Pixhawk e o Raspberry Pi são essenciais, especialmente em sistemas autônomos, onde falhas podem comprometer a missão. Para garantir a segurança, práticas como o uso de checksums são empregadas para validar a integridade dos dados transmitidos, conforme ilustrado na Tabela 4.

Tabela 4: Técnicas de segurança e verificação de dados na comunicação Pixhawk-Raspberry Pi.

Técnica de Segurança	Descrição
Checksums	O MAVLink utiliza checksums para verificar a integridade dos dados transmitidos, garantindo que os pacotes não sejam corrompidos durante a comunicação. Essa técnica é fundamental, já que falhas de comunicação podem comprometer a segurança do voo.
Verificação de Integridade	Assegura que os dados recebidos são válidos e não foram alterados ou corrompidos, o que é essencial em sistemas críticos como os de controle de voo.

Software Embarcado

Esta seção apresenta o software embarcado que opera na raspberry, incluindo funcionalidades, estrutura de código e integração com outros componentes do sistema. Ele é projetado para garantir precisão e robustez nas operações realizadas pelo hardware.

Simulação do Pêndulo

Essa funcionalidade tem como objetivo controlar e visualizar uma simulação de um pêndulo em uma interface gráfica na raspbarry, além de monitorar o uso da CPU. Ele utiliza a câmera para capturar imagens e sobrepõe gráficos na tela, criando uma visualização interativa do sistema conforme a Figura 1 abaixo:

Figura 1: Exemplo do funcionamento do pêndulo.

Estrutura do Código

O software segue uma estrutura modular, onde cada funcionalidade principal é implementada como uma função:

Monitoramento do Hardware:
Funções como get_cpu_temperature e get_cpu_usage obtêm dados do sistema operacional, garantindo um controle contínuo dos recursos da Raspberry Pi.
Desenho Gráfico:
draw_crosshair: Exibe um crosshair central na tela.
draw_cpu_info: Mostra temperatura e uso da CPU no canto superior direito.
draw_moc3_circles: Indica o estado da variável moc3 com círculos na parte superior esquerda.
draw_pendulum: Simula o movimento de um pêndulo na tela, baseado no ângulo fornecido.
Captura e Renderização de Frames:
A integração com a câmera é feita por meio da biblioteca Picamera2, com configuração personalizada para preview. Cada frame capturado é processado para incluir as sobreposições gráficas antes de ser exibido na tela.

Integração com Outros Componentes

Este software embarcado é projetado para interagir diretamente com o hardware da Raspberry Pi e a câmera. Além disso, pode ser estendido para integração com sensores adicionais, caso necessário.

Referências

MATHWORKS. CAN Communication with Pixhawk Using Raspberry Pi.
Acesso em: 15 nov. 2024.

ARDUPILOT. Communicating with Raspberry Pi via MAVLink.
Acesso em: 15 nov. 2024.

Histórico de Versões

Versão	Data	Descrição	Autor(es)
1.0	03/11/2024	Criação e estruturação inicial do documento	Gustavo Martins
1.1	15/11/2024	Desenvolvimento do tópico Arquitetura de Software	Felipe Freire
1.2	15/11/2024	Desenvolvimento do tópico Comunicação com a Pixhawk e Raspberry	Felipe Freire
1.3	21/11/2024	Revisão e correção geral e evolução do artefato	Gustavo Martins Ribeiro
1.4	22/11/2024	Desenvolvimento do tópico Software Embarcado	Felipe Freire