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Dissertação de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Submitted by Isabel Melo (imelo@sa.isel.pt) on 2021-09-30T11:05:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 7577821 bytes, checksum: f9ae918faed319d49f59d5492ef647e1 (MD5) Made available in DSpace on 2021-09-30T11:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 7577821 bytes, checksum: f9ae918faed319d49f59d5492ef647e1 (MD5) Previous issue date: 2021-04 info:eu-repo/semantics/publishedVersion

Orientador: Gustavo Fraidenraich Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os requisitos de baixo consumo de energia e ampla cobertura de área fazem do \textit{Long Range} (LoRa) uma ótima candidata para concepção do conceito de \textit{Internet of Things}. Apesar de já existirem muitos trabalhos publicados nessa área, nenhum deles aborda a realidade brasileira, a de ser um grande produtor agrícola. Nosso projeto tem como objetivo desenvolver um protótipo de rastreamento bovino de baixo custo usando tal tecnologia de forma a fomentar a agropecuária de precisão e aumentar a produtividade do campo. Numa primeira etapa, são apresentados os estudos preliminares acerca do alcance da comunicação na zona rural. Através da análise dos dados, nós obtivemos o coeficiente de decaimento e concluímos que o ambiente é adequado para a propagação de sinais LoRa desde que haja linha de visada entre os dispositivos transmissor e receptor. Em seguida, nós desenvolvemos um segundo protótipo, agora empregando também o protocolo LoRaWan conectado a um servidor de aplicação. A partir de novos testes de campo, constatou-se que a energia solar gerada pela placa fotovoltaica é suficiente para alimentar a bateria e que nosso protótipo é viável e funcional. Dessa forma, o produtor rural pode acompanhar em tempo real a posição do animal rastreado Abstract: The requirements of low power consumption and comprehensive area coverage make \textit{Long Range} (LoRa) a great candidate for conceiving the concept of \textit{Internet of Things}. Although there are already many works published in this area, none address the Brazilian reality of being a large agricultural producer. Our project aims to develop a low-cost bovine tracking prototype using such technology to foster precision farming and increase field productivity. This article presents preliminary studies on the scope of communication in rural areas. Through data analysis, we obtain the decay coefficient and conclude that the environment is suitable for the propagation of LoRa signals as long as there is a line of sight between transmitter and receiver devices. We then developed a second prototype, now also employing the LoRaWan protocol connected to an application server. New field tests showed that the solar energy generated by the photovoltaic board is sufficient to power the battery and that the prototype is viable and functional. In this way, the rural producer can monitor the position of the tracked animal in real-time Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Ana Maria de Sousa Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2022-02-07T11:19:08Z No. of bitstreams: 1 DM_MEduardaBarbosa_2021_MEEC.pdf: 77575659 bytes, checksum: c2d925f8071144b709cfbd5599c769e4 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Maria de Sousa Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2022-02-07T11:33:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DM_MEduardaBarbosa_2021_MEEC.pdf: 77575659 bytes, checksum: c2d925f8071144b709cfbd5599c769e4 (MD5) Made available in DSpace on 2022-02-07T11:33:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_MEduardaBarbosa_2021_MEEC.pdf: 77575659 bytes, checksum: c2d925f8071144b709cfbd5599c769e4 (MD5) Previous issue date: 2021

Urban and rural water distribution systems have complex interactions between quantitative and qualitative water monitoring aspects. Such models still lack greater accuracy in providing real-time measurements and the impacts of their distribution on pipe networks over time. A loss estimation and location is one aspect that can be assessed through data acquisition methods using sensor networks and the Internet of Things (IoT) framework. This work developed an application prototype for the residential monitoring of water consumption using the ESP32 microprocessor, obtaining and analyzing measurement data over five months of observation, using statistical analysis tools to identify residential human consumption profiles and possible failures in distribution network. Nine water consumption points were monitored, where the sink for washing dishes had the highest consumption, followed successively by the shower in the bathroom suite, toilet in the bathroom suite, sink washing dishes, restroom toilet, restroom shower, washing machine, bathroom sink, and bathroom sink of the social toilet. The data were compared with the literature to assess peculiarities of our research and a path for the evolution of our application in future works. Los sistemas de distribución de agua, tanto urbanos como rurales, tienen interacciones complejas entre los aspectos cuantitativos y cualitativos del monitoreo del agua. Dichos modelos aún carecen de mayor precisión para hacer que las mediciones estén disponibles en tiempo real y los impactos de su distribución en las redes de tuberías a lo largo del tiempo. La estimación de pérdidas y su ubicación es un posible aspecto a evaluar mediante métodos de adquisición de datos utilizando redes de sensores y la estructura de Internet de las cosas (IoT). Este trabajo desarrolló un prototipo de aplicación para la monitorización residencial del consumo de agua mediante el microprocesador ESP32, obteniendo y analizando datos de medición durante cinco meses de observación, utilizando herramientas de análisis estadístico para identificar perfiles de consumo humano residencial y posibles fallas. en la red de distribución. Se monitorearon nueve puntos de consumo de agua, donde el fregadero para lavar platos mostró el mayor consumo, seguido sucesivamente por la ducha en el baño en suite, inodoro en el baño en suite, lavaplatos, inodoro en el baño social, ducha en el baño social, Lavadora, lavabo baño, lavabo en el baño. Los datos fueron comparados con la literatura para evaluar peculiaridades de nuestra investigación y caminos para la evolución de nuestra aplicación en trabajos futuros. Sistemas de distribuição de água, tanto urbanos quanto rurais, possuem complexas interações entre os aspectos de monitoramento quantitativos e qualitativos da água. Tais modelos carecem ainda de uma maior precisão na disponibilização de medidas em tempo real e os impactos de sua distribuição nas redes de canos ao longo do tempo. A estimação de perdas e sua localização é um aspecto possível de ser avaliado através de métodos de aquisição de dados usando redes de sensores e a estrutura de Internet das Coisas (IoT, no inglês). Este trabalho desenvolveu um protótipo de aplicação para o monitoramento residencial de consumo de água utilizando o microprocessador ESP32, obtendo e analisando os dados de medição ao longo de cinco meses de observação, utilizando ferramentas de análise estatísticas para identificar perfis de consumo humano residencial e possíveis falhas na rede de distribuição. Foram monitorados nove pontos de consumo de água, onde a pia de lavar louças apresentou o maior consumo, seguido sucessivamente pelo chuveiro do banheiro da suíte, vaso sanitário do banheiro da suíte, pia de lavar louças, vaso sanitário do banheiro social, chuveiro do banheiro social, máquina de lavar roupas, pia do banheiro da uíte, pia do banheiro social. Os dados foram comparados com a literatura para avaliar peculiaridades de nossa pesquisa e caminhos para evolução de nossa aplicação em trabalhos futuros.

Buscando uma maior confiabilidade no controle e segurança patrimonial, empresas públicas e privadas têm investido cada vez mais em novas tecnologias, com adoção de equipamentos mais ágeis e práticos. Contribuindo com a segurança do Departamento Acadêmico de Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de entrada e saída para o almoxarifado, de forma a monitorar equipamentos patrimoniados. Na busca de uma maior eficiência neste processo, foi proposta a criação de um sistema de segurança baseado na tecnologia RFID, no qual todos os equipamentos patrimoniados possuem uma tag única e são monitorados por uma antena e leitor de RFID, fazendo conexão por meio do microcontrolador ESP8266 via WiFi. De forma a tornar o trabalho independente de computadores, gerar tabelas e logs, conectado via WiFi, tornando o sistema de baixo custo e de fácil aplicabilidade. Sendo implementado com plataforma de código aberto Arduino para programação das bibliotecas em linguagem C, banco de dados MySQL gratuito, não onerando ao cofre público. Este projeto tem como finalidade principal melhorar o sistema de segurança, de forma ágil, eficaz e barata. Seeking greater reliability in the control and security of assets, public and private companies have increasingly invested in new technologies, with the adoption of more agile and practical equipment. Contributing to the security of the Academic Department of Electronics at Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), this work presents the development of an entry and exit control system for the warehouse, in order to monitor heritage equipment. In the search for greater efficiency in this process, it was proposed to create a security system based on RFID technology, in which all heritage equipment has a unique tag and is monitored by an antenna and RFID reader, making a connection through the microcontroller ESP8266 via WiFi. In order to make the work independent of computers, generate tables and logs, connected via WiFi, making the system low cost and easy to apply. Being implemented with an open source Arduino platform for programming the libraries in C language, a free MySQL database, not burdening the public safe. This project's main purpose is to improve the security system, in an agile, effective and inexpensive way.

A rede CAN é usada para conectar exclusivamente microcontroladores através de um barramento metálico e mensagens em broadcast. Nas versões 2.0A e 2.0B, a carga útil do quadro CAN carrega até 8 bytes de dados. Para enviar dados maiores, é necessário usar mais de um quadro. Este artigo apresenta um protótipo de rede CAN usando seis placas Arduino que geram e consomem diferentes tipos de sinais conectados através do módulo CAN MCP2515. A biblioteca usada para ativar o módulo CAN MCP2515 organiza os 8 bytes de carga útil do quadro CAN em uma matriz de 8 posições, cada uma com 1 byte. Aproveitando esse recurso, além de demonstrar como usar este dispositivo, também serão apresentadas algumas propostas de melhoria na rede CAN. O primeiro deles é uma forma de tratamento de sinais periódicos e aperiódicos. A utilização do quadro CAN e do barramento de comunicação foi otimizada enviando vários sinais em um único quadro, transportando um sinal em cada posição do vetor. O mapeamento de valores para intervalos compatíveis com o espaço disponível em cada posição do vetor permitiu o transporte de valores maiores que 8 bits dentro das posições do vetor. A latência de transmissão foi calculada usando o método mills() e um gateway CAN foi implementado para reduzir o domínio de broadcast para a transmissão das mensagens. The CAN network is used to connect microcontrollers exclusively through a metal bus and broadcast messages. In versions 2.0A and 2.0B the CAN frame payload carries up to 8 bytes of data. To send larger data it is necessary to use more than one frame. This paper presents a CAN network prototype using six Arduino cards that generate and consume different types of signals connected through the MCP2515 CAN module. The library used to enable the MCP2515 CAN module organizes the 8 bytes of CAN frame payload into an 8-position array, each with 1 byte. Taking advantage of this feature, besides demonstrating how to use this device, some proposals for improvement in the CAN network will also be presented. The first of these is a form of treatment of periodic and aperiodic signs. CAN frame and communication bus utilization has been optimized by sending multiple signals within a single frame, carrying one signal at each position of the vector. Mapping values to intervals compatible with the available space at each vector position allowed the transport of values larger than 8 bits within the vector positions. Transmission latency was calculated using the mills() method and a CAN gateway was implemented to reduce the broadcast domain of messages.

Orientador: Eduardo Galembeck Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Várias pesquisas ressaltam a importância da experimentação para o processo ensino-aprendizagem de Ciências. Um problema que dificulta a aplicação da experimentação e das atividades práticas, principalmente nas escolas públicas, é o sucateamento dos recursos. Das poucas instituições públicas que têm esta infraestrutura, os equipamentos estão ultrapassados em geral, e já não atendem a demanda dos alunos, em números, disponibilidade de reagentes e como também em equipe técnica para suporte. Entretanto, cerca de 90% das escolas públicas brasileiras (INEP) dispõem de conexão à Internet. Diante deste cenário do baixo número de escolas contempladas com laboratórios para práticas nas áreas das Ciências e disponibilidade de Instituições de Ensino com acesso a Internet, surge a oportunidade da criação e utilização de laboratórios que permitam o acesso remoto para controle de experiências práticas através da Internet. O acesso remoto pode representar um modo fácil de disponibilizar a interação com experimentos reais e promover situações que propiciem à Alfabetização Científica. Dessa maneira, buscamos responder a pergunta: "Quais são os limites e as possibilidades dos experimentos remotos desenvolvidos para fornecer suporte ao ensino e aprendizagem de Ciências e Biologia?" A partir da questão de pesquisa exposta, utilizamos para o processo de desenvolvimento dos experimentos remotos as quatro fases da metodologia de desing. Além de desenvolver os experimentos e a comunicação destes experimentos com os usuários, utilizamos as vivências dos alunos e professores de Biologia do IFSULDEMINAS - Campus Inconfidentes para analisar a usabilidade por meio da escala de concordância de cinco pontos elaborada por Likert. A principal contribuição do trabalho está no desenvolvimento dos experimentos remotos de Ciências e Biologia, os experimentos foram de caráter - ilustrativos, descritivos e investigativos, todos disponíveis em tempo real, permitindo a visualização de dados, gráficos, tabelas e medidores, além de imagens. Os experimentos criados foram: Estação Climática, Microscópios e Lupas Eletrônicas, Terrário, Aquário e Fotossíntese, todos estão disponíveis online e livre para ser acessados. Os experimentos classificados como investigativos proporcionaram a presença de indicadores de Alfabetização Científica mais complexos, tanto na presença, quanto em quantidade. Verificamos pelas respostas dos alunos, uma excelente aceitação dessa inovação pedagógica, acima de 90%. Opinião confirmada por professores de Biologia do Campus. Para 89% dos alunos, o uso do experimento remoto proporcionou um ganho no aprendizado. As limitações encontradas na utilização dos experimentos remotos desenvolvidos no LTE, estão na disponibilidade de acesso à internet para os alunos nas Escolas públicas de MG, como também na manutenção cotidiana dos experimentos. O Google Analytics, registrou mais de 4 mil acessos de 579 usuários, sendo alunos, professores, pesquisadores, pessoas de um forma geral, que interessaram-se na oportunidade de manipular e investivar experimentos reais do LTE - UNICAMP. Os experimentos remotos desenvolvidos e disponibilizados mostram potencial para serem utilizados como meio de disseminar a prática experimental de conteúdos biológicos entre alunos e professores que não dispõem de laboratórios Abstract: Several researches highlight the importance of experimentation for the teaching and learning processes of Sciences. A problem that hinders the application of experimentation and practical activities, especially in public schools, is the scrapping of resources. From the few public institutions that have this infrastructure, the equipment is outdated, and no longer meet the demand of the students, when it comes to student numbers, availability of reagents as well as technical support staff. However, about 90% of Brazilian public schools (INEP) have an Internet connection. Faced with this scenario of the low number of schools with laboratories for practices in the areas of science and the availability of educational institutions with Internet access, it enhances the opportunity to create and use laboratories that allow remote access for the practical controled experiences through the Internet. Remote access may represent an easy way to make interaction with real experiments possible and promote situations that lead to Scientific Literacy. This way, we try to answer this question: "What are the limits and possibilities of the remote experiments developed to provide support to the teaching and learning the Science and Biology"? From the above research question, we used the four phases of the design methodology for the development of the remote experiments. In addition to developing the experiments and the communication of these experiments with the users, we used the experiences of the biology students and professors from IFSULDEMINAS ¿ Inconfidentes College to analyze the usability through the scale of agreement of five points elaborated by Likert. The main contribution of the work was in the development of remote experiments in Science and Biology, the experiments were of character - ilustrative, descriptive and investigate, all available in real time, allowing the visualization of data, graphs, tables and meters, as well as images. The experiments developed were: Climatic Station, Microscopes and Electronic Magnifiers, Terrarium, Aquarium and Photosynthesis, all available online and free to be accessed. The experiments classified as investigate provided the presence of more complex scientific literacy indicators, both in presence and quantity. We verified by the students responses, an ecellent acceptance of this pedagogical innovation, above 90%. Opinion confirmed by teachers College Biology. For 89% of the students, using the remote experiment provided a gain in learning. The limitations encountered in the use remote experiments developd in the LTE are the availability of Internet acess foe students in the Public Schools of MG, as well as in the daily maintenance of the experiments. Google Analytics registration of more than 4 thousand accesses of 579 users, being them students, teachers, researchers, people in general , that were interested in the opportunity to manipulate and to investigate real experiments available at the Educational Technology Laboratory - UNICAMP. The remote experiments developed and available show potential to be used as a mens of disseminating the experimental practice of biological contents between students and teachers who do not have laboratories Doutorado Ensino de Ciências e Matemática Doutor em Ensino de Ciências e Matemática FAPESP 16/05243-7

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta um dispositivo de baixo custo com capacidade de mensuramento de vibrações utilizando como dispositivo transdutor de vibração um acelerômetro triaxial MEMS (Microelectromechanical Systems) aplicado a máquinas que operam numa velocidade de até 4000 RPM. Este dispositivo é capaz de obter o espectro com qualidade até a sexta ordem, de fácil instalação, com conectividade sem fio, facilitando sua inserção à internet das coisas (IoT - Internet of Things) e totalmente opensource. Para selecionar o acelerômetro adequado à nossa aplicação, testes de bancada foram realizados utilizando um motor BLDC e uma bomba centrífuga. Diversas perturbações foram inseridas nos testes, como desbalanceamento, carga, cavitação, entre outros. A resolução do sensor escolhido foi capaz de fornecer dados suficientes para o processamento. Diversas técnicas de análise de dados foram utilizadas, tais como análise de gráfico tipo waterfall, regressão logística, linear SVM e redes neurais artificiais, e em todas delas foi possível diagnosticar as perturbações inseridas. O sistema apresentado utiliza dados pré-processados em um microcontrolador ESP 32 de baixo custo. O microcontrolador recebe os dados temporais de vibração e velocidade da máquina objeto de estudo, calcula a FFT do sinal de vibração nos eixos X e Y e envia os dados para um servidor de IoT em nuvem que os armazenada. O envio desse sinal é feito através de uma comunicação sem fio utilizando a tecnologia IEEE 802.11, conhecida popularmente como Wi-Fi. O sistema final consiste em uma placa de aquisição dos sinais de vibração e um software que faz o pré-processamento do sinal de vibração. O custo da produção do protótipo do nosso dispositivo é inferior a US$ 30,00 e atendeu aos objetivos propostos de custo, integração IoT, processamento da FFT do sinal de vibração e armazenamento de dados em nuvem. O software foi desenvolvido utilizando apenas linguagens de programação gratuitas. Todo o projeto está disponível em um repositório online (open hardware e open software), sendo este aspecto parte da contribuição geral dessa tese Abstract: In this work is presented a low-cost device with capability of vibration measurement using as vibration transductor device a MEMS (Microelectromechanical Systems) triaxial accelerometer applied in machinery which operates under speed of until 4000 RPM. This device is able to obtain a quality spectrum until sixth order, with easy installation, with wireless connection, facilitating its insertion into the internet of things (IoT) and totally opensource. Bench tests were made to select the accelerometer suitable for our application. It was used one BLDC motor and one centrifugal pump. Several disturbances were inserted in the tests, as unbalance, load, cavitation, among others. The resolution of the sensor chosen was able to provide data enough for processing. Different data analysis techniques were used, such as waterfall chart analysis, logistic regression, linear SVM and artificial neural networks, and in all of them were possible to diagnosis the disturbances inserted. The presented system uses preprocessed data in a low-cost ESP32 microcontroller. The microcontroller receives the time domain vibration data and the speed of the study machine object, and calculates the FFT from the vibration signal in the X and Y-axis and sends these data to an IoT cloud server that stores it. This signal is sent through wireless communication using the IEEE 802.11 technology, popularly known as Wi-Fi. The final system consists of an acquisition vibration signal board and software that do the pre-processing of the vibration signal. The prototype manufacture cost of our device is less than US$ 30.00 and met the proposed objectives of cost, IoT integration, vibration signal FFT processing, and cloud storage. The software was developed using only free programming languages. All the project is available in an online repository (open hardware and open software), being this aspect a parcel of the general contribution of this thesis Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutora em Engenharia Elétrica

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) O miniforno elétrico descrito nesta dissertação foi desenvolvido com a finalidade de aperfeiçoar a fabricação e teste de dispositivos em fibra ótica que precisam de temperaturas elevadas. A otimização é obtida ao confinar a maior parcela do calor em região de 1 cm ao longo da direção axial da fibra. Assim, mesmo quando o miniforno opera na temperatura máxima (1000 ºC) o trecho de fibra ótica fora da câmara de aquecimento não se fragiliza com estresse térmico resultante do processo. O miniforno conta com uma Interface Homem-Máquina (IHM) e um controlador digital, que é o responsável por amostrar e controlar a temperatura no interior da câmara de aquecimento, que foram desenvolvidos especificamente para esta aplicação. Por fim, os resultados obtidos da distribuição do calor no interior do miniforno, repetibilidade e do erro em regime permanente confirmam que o miniforno alcançou seus objetivos. The electrical minifurnace described in this dissertation was development with the goal of optimize the fabrication and test of fiber optics devices that needs high temperature. The optimize is obtained by conning the largest portion of the heat in region of 1 cm along the axial direction of the fiber. Therefore, even when the minifurnace operates in the maximum temperature (1000 °C) the fiber optic section outside the heating chamber does not become brittle with thermal stress resulting from the process. The minifurnace has a man-machine interface and a digital controller, which is responsible for sampling and controlling the temperature inside the heating chamber, that were developed specifically for this application. Lastly, the results obtained of the heat distribution in the heating chamber, repeatability and of the error in permanent regime confirm that the minifurnace reached its objectives.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Uma das áreas, se não a principal área, com maior desenvolvimento nos últimos anos e a exploração espacial. A entrada de empresas privadas no negocio aliadas aos novos meios de comunicação reacenderam a curiosidade sobre o espaço. Esta dissertação surge com o intuito de desenvolver um sistema de comunicação passivo, com capacidades de monitorização e de processamento para aplicações espaciais. Para tal quer-se utilizar conceitos tais como: antenas, projecto de formas de onda, transmissão de energia sem os, circuitos de RF-DC, radio retrodifusão , modulação e desmodulação de sinais. Para se chegar a um sistema funcional, pretende-se analisar e testar diferentes soluções para cada uma das partes do sistema. Quer-se que o trabalho seja o mais abrangente possível, e que aborde todos as partes necessárias para o desenvolvimento do sistema. No entanto e devido a complexidade do mesmo, este trabalho e focado em quatro pontos: antenas, circuitos de RFDC, circuitos de retrodifusão e microcontroladores. Os restantes aspectos são abordados mas superficialmente. Para alem de toda a parte hardware do sistema, também se pretende desenvolver uma solução otimizada a nível do software, de modo a que a solução nal tenha o melhor rendimento possível. Inicialmente o sistema ser a projectado para aplicações espaciais, no entanto espara-se que o mesmo possa ser usado em outras áreas. One of the areas, if not the principal area, with higher development in recent year is space exploration. The entry of more private companies in the business allied with new ways of communication reignited the curiosity about the space. This dissertation, appears with the intention of developing a passive communication system for spatial applications. The system should have sensing and processing capabilities. To achieve this, some concepts are important: antennas, waveform design, wireless power transmission, circuit RF-DC, radio backscatter, wave modulation and demodulation. In order to design a functional system, each part of the system will be analysisd and tested. The work is designed to be the more embracing possible, however due to its complexity it is more focused in four points: antennas, circuit RF-DC, radio backscatter and microcontrollers. The other aspects are approached but with less details. Beyond all the hardware aspects, it is also intended to develop a optimized solution for software, trying to achieve a better general system e ciency. The system is designed for spatial applications, however it is expected that it could be a solution for other areas.

Orientador: Talía Simões dos Santos Ximenes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia Resumo: O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema que utilize a atividade cerebral para comandar um protótipo de uma cadeira de rodas. Utilizando a atividade cerebral para controle, o sistema possibilita a utilização por usuários que possuem dificuldades motoras severas. O trabalho utiliza o capacete Emotiv Epoc para obter a eletroencefalografia do usuário, e classificá-lo por meio de um software do próprio capacete. O sistema desenvolvido captura a resposta do software e envia um comando ao protótipo da cadeira de rodas. O modelo prático feito demonstra a possibilidade de construir um meio de locomoção comandado por uma Interface Cérebro-Computador. Foram feitos testes para analisar os movimentos do protótipo e treinos para controlar o sistema. Os testes com os movimentos demonstram uma resposta satisfatória do protótipo com a cadeira de rodas. Para o controle, foi possível testar até dois movimentos com sucesso. O sistema demonstra que é possível desenvolver um meio de locomoção utilizando a atividade cerebral para o controle Abstract: The aim of the current work is to develop a system which uses brain activity to command a wheelchair prototype. By using brain activity for control, this system makes it possible for users, who have severe motor disorders, to command it. Thus, a Emotiv Epoc headset has been employed, in order to acquire and classify the electroencephalography from the user through the headset software itself. The system developed, captures software responses and sends commands to the wheelchair prototype. The practical model has shown that is possible to build a locomotion system commanded by a Brain Computer Interface. Throughout the development of this project, tests have been performed to evaluate the prototype movements. In addition, a routine of trainings has been conducted in order to test the control of the wheelchair. These movement tests performed on the prototype-wheelchair has presented satisfying response results. Regarding the control, it was possible to evaluate two movements successfully. This work demonstrates that it is possible to develop a locomotion system by using brain activity for control Mestrado Sistemas de Informação e Comunicação Mestre em Tecnologia

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-25T12:47:17Z No. of bitstreams: 1 Jose Altenis dos Santos.pdf: 2158455 bytes, checksum: d41faac18f4c347f6b67ce064a759635 (MD5) Made available in DSpace on 2016-08-25T12:47:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Altenis dos Santos.pdf: 2158455 bytes, checksum: d41faac18f4c347f6b67ce064a759635 (MD5) Previous issue date: 2015-11-27 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In this work we study the application of microcontrollers like Arduino in electronic instrumentation, focusing special attention in Physics Teaching. We have proposed some didactical experiments involving thermal sensors, thermodynamics (appendices A and B), and a linear Hall effect sensor to measure magnetic fields (appendices C), aiming to measure and collect physical parameters and to control physics experiments in didactic laboratories. We have produced some electronic experimentation scripts and useful support material, destined for teachers of science of elementary and high school, as well as useful for undergraduate students of degree courses and bachelor's degree in physics. The experimental apparatus proposed in this work plays a key role to obtain abstract physical knowledge as: temperature, heat, and thermodynamic in general, in which the combination of basic theory of data acquisition with the experimental practice makes such concepts most relevant and contextualized for students and teachers. The possibility of inclusion of the computer and electronic instrumentation in classroom can be a strong ally of the teacher, contributing to increase the interest of students and teachers in the use of new technologies in the classroom, in order to improve and make more meaningful the learning of physics for all involved. Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação de microcontroladores do tipo Arduino na instrumentação eletrônica aplicada ao Ensino da Física. São propostos alguns experimentos didáticos na área de Termodinâmica com aplicações de sensores térmicos (apêndices A e B) e um sensor Hall linear para medir campos magnéticos (no apêndice C) com o Arduino, objetivando a coleta de dados e o controle dos experimentos físicos realizados em laboratório. Foram desenvolvidos alguns roteiros de experimentação eletrônica com o aparato proposto, servindo como material útil de apoio para professores de ciências dos ensinos fundamental e médio, bem como podendo ser utilizado por alunos de graduação dos cursos de licenciatura e bacharelado em física. O uso do aparato experimental proposto neste trabalho pretende intermediar o processo de obtenção de conhecimentos físicos abstratos como temperatura, calor e campo magnético, aliando a teoria básica sobre aquisição de dados com a prática experimental e o processamento computacional de aquisição das grandezas físicas medidas; tornando tais conceitos mais relevantes e contextualizados para os alunos. A possibilidade de inserção do computador e da instrumentação eletrônica no ensino de física pode ser um forte aliado do professor, contribuindo para aumentar o interesse dos estudantes e professores no uso das novas tecnologias em sala de aula, com a finalidade de melhorar e tornar mais significativa a aprendizagem da física para todos os envolvidos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In the 1930‟s, in the United States, Borst and Woodburn developed a rain simulator to conduct studies on the behavior of water runoff. Over time a lot of rain simulators were developed to control and reproduce the characteristics of natural rain. From the 1990‟s, electronic technology started to act more effectively in agricultural machinery and equipment, enabling for better control and process automation. In this scenario, the objective of this dissertation is to present a conception of an automated technical system to control the rain process. The proposed system is able to measure pressure, temperature, water flow in the system and record the data. The system has a microcontroller mounted on the CUSCOPIC kit. Also, the software programming was done in C language. The system was submitted to three experiments: the uniformity of rain distribution with one nozzle, the uniformity of rain distribution with two nozzles and the measurement of kinetic energy at the nozzle. The result of the experiments made it possible to verify that the nozzle, recommended by the manufacturer, was accurate for the number of drops at the same range of the diameter. However, the kinetic energy in both scenarios corresponded to 13.09% and 2.3% of natural rain so, it was not recommended for their use. The use of the concept contributed to the generation of simulated rain with more stability of the pressure and flow of water in the system. Reports generated by the prototype enable recording and tracing the parameters used in each experiment. Na década de 1930, nos Estados Unidos, Borst e WoodBurn desenvolveram um simulador de chuva para realizar estudos sobre o comportamento do escoamento superficial da água. Ao longo do tempo foi desenvolvido um grande número de simuladores de chuva para controlar e reproduzir as características da chuva natural. A partir da década de 1990 a eletrônica passou a atuar de forma mais efetiva em máquinas e equipamentos agrícolas, possibilitando melhores condições de controle e automação nos processos. Neste contexto, o objetivo desta dissertação é apresentar a concepção de um sistema técnico automatizado para o controle do processo de geração de chuva. O sistema desenvolvido realiza medições de pressão, temperatura e vazão da água no sistema, registrando os dados na forma de relatório. A concepção utiliza microcontrolador montado no kit de desenvolvimento CUSCOPIC e a programação do software foi realizada em linguagem C. O sistema foi submetido a três experimentos, uniformidade de distribuição da chuva com um bico, uniformidade de distribuição da chuva com dois bicos e medição da energia cinética do bico. O resultado dos experimentos possibilitou verificar que o bico recomendado pelo fabricante apresenta precisão do número de gotas na mesma faixa de diâmetro, porém a energia cinética nos dois cenários experimentados corresponde a 13,09% e 2,3% da chuva natural, não sendo recomendado o seu uso. A utilização da concepção contribuiu para a geração de chuva simulada com maior estabilidade da pressão e da vazão da água no sistema. Os relatórios gerados pelo protótipo possibilitam registrar e rastrear os parâmetros utilizados em cada experimento.

Os sistemas embarcados abrangem uma grande quantidade de sistemas computacionais e suas aplicações estão cada vez mais presentes no cotidiano das pessoas, principalmente com a expansão da computação ubíqua. Por isso, a ocorrência de falhas nesses sistemas tendem a trazer cada vez mais transtornos e prejuízos financeiros. As falhas podem ocorrer devido aos bugs de software, ao envelhecimento dos componentes de hardware, `as interferências eletromagnéticas, e por conta de outros fenômenos no meio ambiente que afetam os dispositivos semicondutores. O uso de t´técnicas de tolerância a falhas aumentam a segurança, pois permite que sistemas continuem funcionando adequadamente após a ocorrência de falhas. Seu princípio básico consiste na redundância, que pode fornecida por meio de hardware, software, dados e processamento. No entanto, a utilização das t´técnicas de tolerância a falhas ´e frequente apenas em sistemas de alto risco e de grande porte. O objetivo deste trabalho foi implementar as t´técnicas de tolerância a falhas mais viáveis na programação de uma plataforma de prototipagem rápida com microcontroladores. Para avaliar o desempenho das t´técnicas foi desenvolvido um injetor de falhas por software, e utilizou-se um sistema de estação meteorológica como estudo de caso. Os testes simularam falhas nas leituras dos sensores e falhas nas regiões de memória (por meio da alteração dos dados de alguns endereços de memória) da estação meteorológica. Ao final, são descritos os resultados mostrando o desempenho do sistema tolerante a falhas em comparação com o sistema não tolerante. Embora o primeiro tenha aumentado levemente o consumo de energia, o tamanho do programa, o uso de memória e o tempo de processamento, o desempenho deste se mostrou eficiente, dado que a quantidade de defeitos diminuiu, principalmente nos testes que injetaram falhas nas leituras dos sensores. Em um teste que injetou 16 falhas na região de memória de dados do microcontrolador a cada ciclo de leitura da estação meteorológica, e 25% de falhas nas leituras dos sensores, o firmware sem tolerância a falhas apresentou uma taxa de ocorrências de defeitos de 98,61%, enquanto o firmware com tolerância a falhas apresentou 9,21%. Sem a injeção de falhas nas leituras dos sensores e com essa mesma quantidade de falhas injetadas na região de memória de dados, o primeiro apresentou 19,6% enquanto o segundo 4,45%. Como resultado deste trabalho, uma biblioteca para tolerância e recuperação de falhas, chamada FaultRecovery foi criada, a fim de facilitar e auxiliar por meio de um conjunto de classes e macros, a escrita de códigos com implementação de t´técnicas de tolerância a falhas. Além disso, ela disponibiliza uma estrutura pronta para a recuperação de falhas, baseada em uma maquina de estados. ABSTRACT - Embedded computers cover a large amount of computational systems and its applications are increasingly present in daily life, particularly with the expansion of ubiquitous computing. Therefore, the occurrence of faults in these systems tends to bring increasingly disorders and financial losses. Faults can occur due to software bugs, aging hardware, electromagnetic interference and others environment phenomena that affect semiconductor devices. The use of fault tolerance techniques increases dependability, because it allows systems to continue functioning properly after the occurrence of faults. Its basic principle consists of redundancy, which may be of hardware, of software, data and processing. However, the use of fault tolerance techniques is frequent only in high risk and large systems. The aim of this study was to implement the fault tolerance techniques more viable in the programming of a rapid development platform with microcontrollers. To evaluate the performance of the techniques, it was developed a software fault injector, and it was used a weather station system as a study case. The tests simulated faults in the sensor readings and faults in memory regions (through changes of data at some addresses) of the weather station. Finally, the results showing the performance of the fault tolerant system in comparison with the non-fault tolerant system are described. Although the first one slightly increased the power consumption, the size of the program memory and the processing time, its performance showed to be efficient, since the number of failures decreased, especially in tests that injected faults in sensor readings. In a test that injected 16 faults in the microcontroller data memory region in each read cycle of the weather station, and 25% of faults in sensor readings, the firmware without fault tolerance showed a failure rate of 98,61%, while the firmware with fault tolerance presented 9,21%. Without the injection of faults in sensor readings and with the same number of faults injected into the data memory region, the first one showed 19,6% while the second one 4,45%. As a result of this work, a library for fault tolerance and recovery, named FaultRecovery was created, in order to facilitate and assist, through a set of classes and macros, the writing of code with implementations of fault tolerance techniques. Furthermore, it offers a structure, ready to the fault recovery, based on a state machine.

Os Smartphones apresentam atualmente recursos que possibilitam o desenvolvimento de sistemas moveis para utilizacao na area medica, originando uma area chamada m-Health (mobile-health). Um dos exames medicos mais comuns e o eletrocardiograma (ECG), o qual e efetuado de forma nao invasiva e permite o diagnostico de diferentes doencas cardıacas, possibilitando um tratamento previo para evitar problemas mais graves. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema embarcado reconfiguravel para aquisicao de sinais de ECG e um aplicativo para visualizacao e armazenamento destes sinais obtidos em um smartphone com Android. O sistema embarcado e constituıdo por uma FPAA (Field Programmable Analog Array) na qual implementa-se, de forma reconfiguravel, todo circuito eletronico necessario para o condicionamento do sinal de ECG. O sinal amplificado e filtrado pela FPAA e digitalizado por um microcontrolador que transmite o sinal para o smartphone atraves de um modulo Bluetooth. Alem da visualizacao e armazenamento dos sinais, o aplicativo possibilita a reconfiguracao parcial do circuito de ECG (ganho ajustavel) ou total (alteracao total do circuito de condicionamento). Os parametros medidos nos testes do circuito de ECG (resposta em frequencia, imunidade ao potencial de meia celula, CMRR, impedancia de entrada e consumo) e a qualidade dos sinais de ECG registrados em um indivıduo foram satisfatorios. Pode-se verificar a flexibilidade proporcionada pela FPAA atraves da reconfiguracao total, onde as respostas em frequencia medidas nos circuitos genericos, corresponderam com fidelidade as respostas teoricas desejadas. Atraves dessa dissertacao, conclui-se que a FPAA e um dispositivo recomendado para uso em sistemas de aquisicao de sinais bioeletricos, assim como outros, principalmente pela facilidade da reconfiguracao. Espera-se que o sistema desenvolvido sirva como base para o desenvolvimento de trabalhos futuros na area de m-Health e tambem no desenvolvimento de interfaces homem maquina usando sinais bioeletricos. ABSTRACT - Smartphones today have features that enable the development of mobile systems for use in the medical field, creating an area called m-Health (mobile health). One of the most common medical tests is the electrocardiogram (ECG), which is non-invasive and allows the diagnosis of various heart diseases, enabling prior treatment to prevent more serious problems. The objective of this work was to develop a reconfigurable embedded system for acquiring ECG signals and an Android application for viewing and storing these signals in a Smartphone. The embedded system comprises an FPAA (Field Programmable Analog Array) in which it implements, at reconfigurable manner, all necessary electronic circuitry for conditioning the ECG signal. The signal amplified and filtered by the FPAA is digitalized by a microcontroller which transmits the signal to the smartphone through a Bluetooth module. Besides signal display and storage, the application enables partial reconfiguration of the ECG circuit (adjustable gain) or full reconfiguration (total change of the conditioning circuit). The parameters measured in the tests of ECG circuit (frequency response, halcell potential immune, CMRR, input impedance and consumption) and the quality of ECG signals recorded from one patient were satisfactory. It can also be noted the flexibility offered by the FPAA through full reconfiguration, where the frequency responses measured in generic circuits, corresponded faithfully the theoretical responses. Through this dissertation, it is concluded that the FPAA is recommended for use in bioelectric signals acquisition system, as well as others, particularly the ease of reconfiguration. It is expected that the system will serve as a basis for the development of future work in the field of m-Health, and also in the development of human-machine interfaces using bioelectrical signals.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores, Os sensores são utilizados para as mais diversas aplicações medindo as mais distintas grandezas analógicas. O propósito desta dissertação é desenvolver um sistema de aquisição de sinal para uma tecnologia recente - os sensores magnetoelétricos (ME), constituídos por uma camada magnetoestritiva (Vitrovac) e uma piezoelétrica (PVDF - Polyvinylidene Fluoride). Para que este compósito ME exiba uma variação do campo magnético contínuo (Hdc), deve existir, simultaneamente, um campo magnético alternado (Hac) a funcionar como campo de excitação. As variações no campo Hdc serão exibidas no sinal de saída do sensor ME como uma mudança na amplitude do sinal. Então, o valor lido em tensão pico a pico, obtido pelo sistema de aquisição de sinal e enviado para uma plataforma computacional ou microprocessador, pode ser utilizado para identificar o valor de campo Hdc ao qual o sensor está sujeito. Para construir um sistema de aquisição de sinal, a metodologia a implementar é baseada em vários estágios do sinal desde a amplificação, conversão de analógico para digital, processamento de dados e comunicações ao nível do firmware. A identificação do nível de campo Hdc pode ser feita através de uma análise prévia, adquirida através da excitação do sensor, com valores linearizados retirados dos dados experimentais obtidos. Os valores de saída do sensor ME são amplificados, convertidos para digital e então armazenados na memória do microcontrolador em forma de amostras do sinal. As amostras são enviadas através de uma comunicação série entre o microcontrolador e o computador. A partir das amostras é obtido no monitor do computador o valor de campo Hdc aplicado ao sensor ME através da cálculo do valor de tensão pico a pico. Subsequentemente, é feita, de uma forma compacta, uma implementação do circuito numa placa de circuito impresso (PCB) do protótipo desenvolvido. Através deste projeto é atingido um sistema pequeno e barato capaz de detetar variações no campo magnético contínuo até 10−6 T, com possibilidade de futuro aperfeiçoamento. As técnicas de produção destes compósitos magnetoelétricos são simples e rápidas. Os materiais são também de baixo custo, contribuindo tudo para um tipo de sensor de custo reduzido, capaz de substituir alguns dos atuais sensores no mercado para gamas de medição do campo magnético como a testada neste projeto entre 0 a 1 mT no campo magnético contínuo. Existem boas expectativas que apontam que, no futuro, este sensor fará parte da integração em dispositivos com aplicações como a magnetocardiografia, a magneto-encefalografia, localização/navegação, entre outras., Sensors are used in many different applications for measuring the most distinct analogical values. The purpose of this dissertation is to develop a signal acquisition system to a recent technology - the magnetoelectric (ME) sensors, constituted by a magnetostrictive (Vitrovac) and a piezoelectric (PVDF - Polyvinylidene Fluoride) layer. In the last decade, a lot of research has been carried out on this kind of sensors, but not yet for market purposes. In order for this ME composite sense the variations in the continuous magnetic field (Hdc), simultaneously, there must be an alternated magnetic field (Hac) working as an excitation field. The variations in the Hdc will be shown, at the ME sensor output, as a change in the amplitude of its signal. Thereby, the value read in voltage peak to peak obtained by the system to a computational platform or microprocessor, can be used to understand the value of continuous magnetizing field to which the sensor is subjected. To build a signal acquisition system, the methodology to apply is based on amplification, analog to digital conversion, data processing and firmware communications. This can be done by analyzing the signal acquired through the sensor excitation, with linearized values taken from the data obtained from experimental tests. The output values of the ME sensor are amplified, converted to digital and then stored in the microcontroller’s memory in signal samples. The samples are transmitted through a series communication between the microcontroller and the computer. From the samples it’s possible to get the in the computer’s screen the Hdc field value applied to the ME sensor through the computation of the peak to peak voltage value. Subsequently an implementation in a printed circuit board (PCB) of the prototype is done, which must be as compact as possible. It is achieved a cheap and small system which can sense smaller variations in the continuous magnetic field, with a sensibility of 10−6 T, yet with room for improvement. The production techniques of this magnetoelectric composites are simple and fast. Also the materials are cheap contributing to a low cost type of sensor, capable of replacing the current ones on the market, for some reading ranges of magnetic field like the one tested in this project between 0 and 1 mT in the continuous magnetic field. There are good perspectives which pinpoints that, in the future, this sensor will make part of the integration in a variety of devices which are used in fields such as magnetocardiography, magnetoencephalography, localization/navigation, among others. (Xing, Zhai, Dong, Li, Viehland and Odendaal, 2008, p. 19).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-14Bitstream added on 2014-06-13T18:57:24Z : No. of bitstreams: 1 marchi_m_me_bauru.pdf: 1568302 bytes, checksum: 52989c4fa4560ed99f0d976193a3afe2 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O processo de retificação é considerado um dos últimos na cadeia de produção de peças de precisão. O aumento excessivo da temperatura na zona de corte pode causar a queima superficial ou modificações estruturais do material que está sendo usinado. Assim, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um método de detecção da queima da peça no processo de retificação plana, baseado na análise do espectro do sinal de emissão acústica (EA) puro e com a aplicação de filtros digitais, e posterior implementação por hardware. Ensaios experimentais foram realizados numa máquina retificadora plana, onde um banco de ensaios foi desenvolvido empregando dois tipos de rebolos: óxido de alumínio e CBN com ligante resinoide; dois tipos de materiais: aço ABNT 1045 e VC131. Para a caracterização da superfície das peças quanto aos níveis de queima, inspeção visual e medidas de rugosidade e microdureza forma realizadas após os ensaios. Notou-se no espectro do sinal de EA faixas de frequências com amplitudes mais significativas entre 15kHz a 1MHz e, portanto, quinze bandas de frequência foram selecionadas para estudo. Filtros digitais do tipo Buterworth passa-faixa, ordem 6, foram aplicados nos sinais puros de EA e, posteriormente, o valor EA RMS e o parâmetro DPO foram obtidos com e sem a aplicação dos filtros. Os resultados obtidos da comparação dos valores RMS de EA e do parâmetro DPO demonstram que o uso de filtros digitais, em determinadas frequências, produziu um sistema de detecção da queima mais eficiente. Além disso, foi desenvolvido um hardware microcontrolado e um software que coletam os sinais de EA (RMS) e potência elétrica do motor de acionamento do rebolo por intermédio de um controlador digital de sinais (dsPIC). Em seguida, esses sinais foram processados por meio de... The result of the grinding process depends on the conditions of the grinding wheel surface. With use, the ginding wheel pores are impregnated with the chip, resulting in loss of ability to cut and thus incresing the temperature in the region of contact between the surface of the grinding wheel and the workpiece. This increase in temperature when excessive can cause burning surface or changes in the structure of the material. Thus, this paper aims to propose a method for detecting burning in the grinding process based on the anlysis of the spectrum of the raw acoustic emission (AE) signal and application of digital filters, followed by hardware implementation. Experimental tests were performance using aluminum oxide grinding wheel and the CBN superabrasivee resinoid in a grinding machine, where a test bench was developed. Data were collected using ABNT 1045 and VC 131 steels. It was noted in the spectra of the AE signal frequency bands with significant magnitudes between 15 kHz to 1MHz, and therefore, fifteen frequency bands were selected for this study. Buterworth type digital filters, bandpass, 6th order, were applied to the raw. AE signal, and RMS AE values and DPO parameter were obtained with and without filtering. The results showed a more efficient burn detectionj system when using digital filtering at certain frequency bands. Additionally, a microcontroller hardware and software were developed, which collected the AE signals (RMS) and electric power the from the induction motor drive of the wheel via a digital signal controller (dsPIC). Then, these signals were processed by a burn detection algorithm, generating a control signal... (Complete abstract click electronic access below)

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.

Dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores, Os projetos de condução autónoma tiveram início no Japão em 1977 e, rapidamente, se transformaram num desafio e objetivo a nível mundial. Em Portugal, desde a 1ª edição do Festival Nacional de Robótica em Guimarães, que este desafio faz parte das provas para as equipas participantes, maioritariamente de instituições escolares. Esta dissertação, no contexto do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores (MIEEIC), consiste na descrição da construção de uma plataforma móvel dotada de sensores, atuadores e respetivo controlo necessários à participação na liga de “Condução Autónoma”, no âmbito do Festival Nacional de Robótica, que se realiza todos os anos. Este projeto encontra-­‐se dividido em três partes essenciais: a primeira parte consiste na construção da estrutura mecânica, a segunda parte consiste no desenvolvimento do hardware necessário à ligação dos vários sensores e atuadores e, por último, a elaboração do software necessário para proceder ao processamento de imagem e controlo autónomo da plataforma. O hardware para o controlo de baixo nível é desenvolvido com base num microcontrolador de 8 bits da ATMEL, com possibilidade de expansão do número de sensores e atuadores. A solução proposta para a navegação na pista é baseada no processamento de imagem, recorrendo a um conjunto de filtros, análise de histogramas e aplicação de morfologia, auxiliada por um conjunto de outros sensores., The autonomous driving projects began in Japan in 1977, and became very quickly a challenge and worldwide goal. In Portugal, since the 1st Robotic National Open in Guimaraes that this challenge is part of the contest for the participating teams, many of them from secondary schools. This essay, Masters Degree in Electronics and Computers Engineering, consists of the description of a mobile platform build up with sensors, actuators and required controllers to participate on the “Autonomous Driving” league, included in the National Robotic Open held annually. This project consists of three essential parts: the construction of the mechanical structure, the hardware development to connect the sensors and actuators, and the image processing and the autonomous control software of the platform. The hardware for the low level control is developed based on an ATMEL 8 bits micro-­‐ controller, which allows expanding the number of sensors and actuators. The proposed solution for the track navigation is based on image processing, and uses a set of filters, histogram analysis and morphology application, aided by another set of other sensors.

This paper presents a wireless barcode system reader, which can, advantageously, replace the wired system, used in most applications. Using a microcontroller to do all the processing, the proposed system transmits the information collected by a simple wire barcode reader with a common thread to a computer using radio frequency signals. With a low cost, the proposed project allows its use in various applications that need to collect data, mainly, in areas of difficult access, or when it is impossible to bring the object into the reader connected to the wired computer.

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um circuito de condicionamento de sinais para sensores automotivos. O desenvolvimento proposto visa resolver um problema de falta de flexibilidade dos circuitos de condicionamento dos módulos eletrônicos de controle usados na indústria automobilística. Foram analisadas também soluções encontradas na literatura científica em comparação com o cenário do problema apresentado. Para comprovação da hipótese da solução proposta, foi desenvolvido um protótipo do condicionador universal de sinais baseado em um microcontrolador SOC (system on chip). Dentro do universo de sensores automotivos e circuitos de condicionamento estudados, foram escolhidos três com características elétricas totalmente distintas, para os quais foram desenvolvidos os respectivos circuitos de condicionamento. Os circuitos foram caracterizados nos blocos analógicos e digitais de um microcontrolador PSoC (Programmable system on chip), que é um componente da empresa Cypress que possui um sistema completo no circuito integrado. Foi utilizada uma quantidade mínima de componentes externos ao microcontrolador para permitir a conexão dos sensores ao circuito. Também foi desenvolvido um "firmware" para controlar o carregamento das configurações de "hardware" para cada circuito de condicionamento. O resultado final foi um dispositivo condicionador universal capaz de se configurar conforme o sensor a ser conectado, selecionado através de entradas digitais. Foram realizados testes experimentais de funcionamento dos circuitos e da influência da temperatura no condicionador. O protótipo desenvolvido mostrou ser uma boa solução uma vez que foi capaz de condicionar adequadamente os sinais dos três tipos de sensores selecionados, um de cada vez Abstract: This paper proposes the development of a signal conditioning circuit for automotive sensors. The proposed development aims to solve a problem of lack of flexibility in the conditioning circuits for electronic control modules used in the automotive industry. Solutions were also analyzed in the literature compared with the scenario of the problem. To prove the hypothesis of the proposed solution, it was developed a prototype of the universal signal conditioner based on a microcontroller SOC (system on chip). Within the universe of automotive sensors and conditioning circuits studied were chosen three sensors with totally different electrical characteristics, which were developed their conditioning circuits. The circuits were characterized in analog and digital blocks of a microcontroller PSoC (Programmable System on Chip), which is a component of the Cypress company that has a complete system on chip. A minimal amount of external components were used just to allow the microcontroller connection with the sensors. Also it was developed a "firmware" to control the loading of the settings of "hardware" for each conditioning circuit. The final result was a universal conditioner device capable to self reconfigure as the sensor to be connected, selected via digital inputs. Tests were conducted experimental operation of the circuits and the influence of temperature in the conditioner. The prototype proved to be a good solution since it was able to properly condition the signals from three types of sensors selected, one at a time Mestrado Eletrônica Mestre em Engenharia Automobilística

Orientador: Marconi Kolm Madrid Dissertação (mestrado) - Unversidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver, construir e controlar um robô bípede dotado de oito Graus de Liberdade (GDL), sendo três GDL para cada perna e dois para o tronco. As características desta estrutura permitiram realizar uma marcha dinâmica no plano sagital, cuja trajetória das pernas foi definida por um modelo matemático baseado na geometria da estrutura. Além disso, foi utilizado um acelerômetro para informar a inclinação da pelve durante a movimentação da estrutura através de uma interface serial de comunicação (RS-232) entre o microcontrolador e o programa de monitoramento desenvolvido em LabVIEW. Os resultados deste trabalho demonstram ser possível realizar uma marcha dinamicamente estável utilizando a estrutura proposta. Aplicando-se o conceito de ZMP (em português: Ponto de Momento Zero, em inglês: Zero Moment Point) como parâmetro de estabilidade, também constatou-se que o microcontrolador LPC2138 de arquitetura ARM7, com frequência de clock igual a 60MHz, foi eficaz no controle da posição angular dos oito servomotores, além de fornecer a inclinação da pelve quando solicitada Abstract: The subject of this work was to develop, build and control a biped robot equipped with eight degrees of freedom (DOF), three DOF for each leg and two for the trunk. The features of this structure allowed to accomplish a dynamic walk in the sagittal plane, whose the legs trajectory was defined by a mathematical model based on the structure geometry. An accelerometer was used as tilt sensor, which allow you to check the tilt of the pelvis during structure movement through a serial interface (RS-232) between the microcontroller and the monitoring program developed in LabVIEW. The results of this work demonstrated that it is possible to achieve a dynamically stable gait using the proposed structure. Applying the concept of ZMP (Zero Moment Point) as criterion of stability, it was checked that the LPC2138 microcontroller, with ARM architecture running at 60MHz, was effective in controlling the angular position of the eight actuators and sending information about the pelvis tilt when requested Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2019-03-26T15:30:05Z No. of bitstreams: 1 ILTON LUIZ BARBACENA - TESE PPGEE 2010..pdf: 5269385 bytes, checksum: 7188217afd0af8adf26371343523d588 (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-26T15:30:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ILTON LUIZ BARBACENA - TESE PPGEE 2010..pdf: 5269385 bytes, checksum: 7188217afd0af8adf26371343523d588 (MD5) Previous issue date: 2010-12-03 Muitos esforços têm sido registrados para melhorar a comunicação dos surdos por meio da fala, durante processos de oralização. Em muitos casos, o surdo pode aprender a falar e entender o que é dito pelos ouvintes. Em geral, as ferramentas com este propósito utilizam realimentação visual no processo de aprendizagem da fala. Entretanto, há fortes indícios de que o estímulo tátil possa melhorar esse processo. A parametrização das variações da frequência fundamental do sinal de voz, transformadas em vibrações táteis, utilizando-se dispositivos táteis, permite a correção eficiente da frequência fundamental, constituindo-se em uma alternativa interessante que se aplica ao auxílio à oralização de indivíduos surdos. Essa alternativa é igualmente aplicável a indivíduos com múltiplas deficiências como é o caso dos surdos-cegos. Com o controle da frequência fundamental dos surdos, ajudando-os a produzir frequências próximas a valores dos ouvintes, espera-se uma significativa melhoria da qualidade da voz. Este trabalho propõe um sistema em tempo real de correção aprendizagem da frequência fundamental, avaliando algumas formas de codificação de voz pela estimulação tátil, com propósito de contribuir para a melhoria da fala dos surdos em processos de oralização. São apresentados estudos sobre a sensibilidade psicofísica de pessoas com deficiências sensoriais auditivas e visuais, bem como, com pessoas sem nenhuma destas deficiências, com objetivo de avaliar o uso de estimuladores vibro-táteis como alternativa sensorial. Neste estudo foram avaliadas as influências do sexo, idade, nível de escolaridade,além da origem da deficiência. O trabalho avalia ainda diversos parâmetros envolvidos na captação e processamento da voz, na estimação de frequência fundamental e nas transformadas aplicadas à conversão da informação de voz em estimulação tátil. O processo de correção da frequência fundamental utiliza um conjunto de medidas objetivas, baseadas em índices de acerto desta, com a premissa de que, alcançada a correção, se obtenha uma melhoria da fala. Uma avaliação subjetiva da qualidade da fala do surdo foi realizada antes e depois do processo de correção da frequência fundamental para verificar a possível melhoria da fala. Efforts have been carried out in order to improve the deaf´s communication by means of speech, during the oralization process. In most cases, the deaf can learn how to speak and understand what is said by the listeners. In general, tools with this purpose use visual feedback in the process of speech learning. Nevertheless, there is strong evidence that the tactile stimulus can enhance such process. The parameterization of the fundamental frequency variations of the voice signal, transformed into tactile vibrations, by the use of tactile devices, enables the efficient correction of the fundamental frequency, constituting, thus, an interesting alternative which is applied while aiding the deaf individuals´ oralization. This alternative is equally feasible to individuals with multiple deficiencies, such as the deaf-blind case. With the control of the fundamental frequency of the deaf people, helping them to produce frequencies approximate to the listeners values, a meaningful improvement of voice quality is expected. This research proposes a real time system of correction/learning of the fundamental frequency, evaluating some forms of voice codification by means of tactile stimulus with the objective of contributing to the deaf people’s speech enhancement in the oralization process. Studies on psychophysical sensitivity of people with sensorial, hearing and visual deficiencies are presented as well as in relation to people with none of these deficiencies, with the aim to assess the use of vibrotactile stimulators as sensorial alternative. In these studies, the influences are related to sex, age, and education level, besides the deficiency origin were evaluated. The research still appraises several parameters involved in the voice capture and processing, in the fundamental frequency estimation and in the transformed ones once applied to the conversion of voice information into tactile stimulus. The process of fundamental frequency correction uses a set of objective measures, based on its rightness rate with the intention that once the correction is attained, speech betterment is also achieved. A subjective evaluation concerning the deaf´s speech quality was accomplished before and after the correction process of the fundamental frequency in order to verify the possible speech improvement.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:07:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre Secchin de Melo - parte 1.pdf: 1376671 bytes, checksum: 7504ac977143d6adfd9ac0c7c2bc0d2f (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 Este trabalho visa a implementação de um objeto voador não-tripulado, em formato miniatura, com quatro rotores como plataforma de desenvolvimento, como parte de uma pesquisa mais abrangente. O objetivo final, ainda por ser alcançado, é chegar a um veículo voador miniatura com o máximo grau de autonomia de decisões baseadas no sensoreamento a bordo e poder computacional embarcados, estratégia do controle inteligente, e tarefa a cumprir. Tal implemetação, até o momento, consiste em uma máquina eletro-mecânica de baixo custo, cuja parte eletrônica a bordo, um microcontrolador de 8 bits, acelerômetros e giroscópios do tipo MEMS, permite a implementação de um controlador de voo genérico para automatizar a sua estabilização em torno dos eixos X, Y e Z. Tem vasta gama de aplicações como: inspeções aéreas em diversos ambientes, como linhas de transmissão elétrica, detecção de foragidos da polícia, monitoramento de plantações e rebanhos, bem como tomadas de filmagens para as indústrias cinematográfica e imobiliária. Testes realizados com o protótipo até agora sugerem a implementação bem sucedida de um controlador de estabilização de voo This work aims the implementation of a unmanned, four-rotor miniature flying machine as a development platform, part of a long term research. The final goal, yet to be achieved, is the realization of a flying object with maximum practicable degree of autonomous decisions based on the on-board sensory and computational power, control strategy and assigned task. Up to this work, it consists of a low cost electro-mechanical hardware, whose electronic part allows the implementation of an 8-bit microcontroller-based, MEMS accelerometer and gyroscopes, allows the implementation of a generic fly control for attitude stabilization. The broad spectrum of applications includes: the inspection of various kinds of environments such as electric power transmission lines, police surveillance of woods and hard-to-reach places with sky sight for fugitive detection, crops and herd monitoring, as well as film takings for the cinematographic and real estate industries. Tests undertaking so far with the prototype suggest the successful implementation of a fly attitude controller