Projeto e implementação de um nodo sensor para aquisição de sinais de extensômetros em redes de sensores sem fio aplicado ao monitoramento de deformações em estruturas

Esta dissertação tem como objetivo principal propor um nodo (ou nó) sensor sem fio para ser utilizado em redes de sensores sem fio, em sistemas de aquisição de dados de extensômetros. O sistema de aquisição para os extensômetros é baseado na ponte de Wheatstone e de modo a permitir várias configurações de extensômetros. O processamento e a comunicação sem fio é realizada pelo ATmega128RFA1, composto por um microcontrolador e um transceiver Rádio-Frequência com o padrão Zigbee. O nodo foi projetado para garantir confiabilidade na aquisição de dados e ser totalmente controlado remotamente. Entre os parâmetros controláveis estão: o ganho do sinal e a taxa de amostragem. Além disso, o nodo possui recursos para efetuar o equilíbrio da ponte de Wheatstone automaticamente. A escolha de seus componentes, baseou-se em critérios relacionados ao consumo de energia do mesmo e ao custo. Foi concebida uma placa de circuito impresso (PCI) para o nodo, e sobre ela foram realizadas estimativas sobre o consumo de energia e valor agregado do protótipo, com o objetivo de analisar a sua viabilidade. Além do projeto do nodo sensor, o trabalho apresenta a proposta de integração do mesmo em uma rede de sensores sem fio (RSSF), incluindo a sugestão do hardware complementar e desenvolvimentos dos softwares. Para os testes do nodo sensor, foi construido experimentalmente um transdutor de força.

ABSTRACT: This dissertation’s main objective is to propose a node wireless sensor for use in wireless sensor networks, in data strain gage acquisition systems. The acquisition system for the strain is based on the Wheatstone bridge and enables various settings. The processing and wireless communication is performed by ATmega128RFA1, composed of a microcontroller and a radio-frequency transceiver with the Zigbee standard. The node is designed to ensure reliability in data acquisition and be fully controlled remotely. Among the controllable parameters are: the signal gain and sampling rate. In addition, the node has resources to make the balance of the Wheatstone bridge automatically. The choice of components, based on criteria related to energy consumption and cost the same. It was designed a printed circuit board (PCB) for the node, and regarding it, estimates of energy consumption and value of the prototype were made, with the aim of analyzing its viability. Besides the design of the sensor node, the dissertation presents the proposal of its integration in a wireless sensor network (WSN), including the suggestion of complementary hardware and software developments. For testing, a node sensor was constructed experimentally and used a force transducer.