Search

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Apresentam-se neste trabalho estudos sobre a capacidade de multiplexação e a aplicabilidade de sensores de macrocurvatura em fibras óticas. Os sensores são produzidos a partir da encapsulação de um anel de fibra em elastômero de silicone. O sensoriamento é baseado na detecção de mudanças na intensidade do sinal ótico transmitido por um único sensor ou por um conjunto de sensores, resultantes de alterações na geometria da macrocurvatura causadas por agentes externos. Foram desenvolvidos e testados na monitoração de parâmetros da marcha humana, dois sistemas de sensoriamento que usam a câmera de um smartphone para detectar o sinal ótico transmitido pelos sensores na região espectral do visível. No primeiro sistema explorou-se o potencial de sensoriamento de duas calcanheiras, cada uma contendo somente um sensor. O segundo sistema consistiu em um par de palmilhas, cada uma contendo três sensores. São relatados os detalhes do princípio de funcionamento, a produção da fonte e dos sensores óticos, o sistema de interrogação e a metodologia de processamento e análise de dados. Também são abordados os ensaios de caracterização e de testes, nos quais os sistemas foram acomodados dentro de calçados. Por meio dos ensaios, foi possível verificar a capacidade dos sistemas em identificar parâmetros espaciais e temporais relacionados a marcha, além das forças de reação do solo. Nesse sentido, o sistema contendo palmilhas identificou, em uma marcha simulada, o comprimento da passada de 1,27 m, o tempo do ciclo de marcha de 2,49 s, o tempo do passo de 1,25 s, o tempo de apoio duplo de 0,97 s, o tempo de apoio simples com 0,73 s, tempo de apoio de 1,70 s, a frequência da passada em 0,40 Hz, a velocidade da marcha de 0,51 m/s e a cadência com 48 passos/min. Adicionalmente foi explorada a capacidade de multiplexação dos sensores de macrocurvatura conectados em série por meio de um sistema de detecção de cargas contendo 6 sensores. Um modelo simples de regressão linear aplicado na análise dos espectros de transmissão fornecidos pelo sistema mostrouse capaz de estimar uma configuração desconhecida de cargas aplicada sobre os sensores. O sistema foi treinado e testado para um conjunto de 411 diferentes configurações de cargas. Na etapa de testes o erro absoluto médio foi de 0,12 kg que equivale a 7,8% da carga máxima de 1,5 kg por sensor. Por fim, conclui-se que os sistemas são de fácil produção e manipulação e por ser portátil, diferencia-se de outras técnicas, fornecendo flexibilidade de utilização na monitoração da marcha. This work shows the multiplexing ability and applicability of macrobend optical fiber sensors produced by the encapsulation of an optical fiber ring in silicone elastomer. Sensing is based on the detection of intensity changes in the optical signal transmitted by one or more sensors. These intensity changes are related to macrocurvature modifications occurring when the sensors are affected by external parameters. Two sensing systems were developed and tested for monitoring the human gait. In these systems, the optical signal transmitted by the macrocurvature sensors in the visible spectral range is detect by the camera of a smartphone. The first system contains two heel cups, each one instrumented with only one macrocurvature sensor. The second system uses a pair of insoles, each one containing three sensors. Details of the working principle, optical source setup, sensors fabrication, interrogation system and methodology for signal processing and data analysis are discussed. Shoes containing the heel cups and the insoles were used in the characterization and test stages. The results of the experimental tests have shown the sensing systems ability of identifying spatial and temporal parameters of the gait as well as ground reaction forces. The system with a pair of insoles tested in a simulated gait, provided the stride length of 1.27 m, stride time of 2.49 s, step time of 1.25 s, walking speed of 0.51 m/s, cadence of 48 steps/min and double and single support times of 0.97 s and 0.73 s, respectively. Additionally, 6 multiplexed in-series macrocurvature sensors were employed in a load detection system. A linear regression model was used to estimate different load configurations applied on the sensors from the system transmission spectra. The training and test steps were performed with a set of 411 load configurations. A mean absolute error of 0.12 kg corresponding of 7.8% of the maximum load per sensor was obtained in the test step. Finally, the systems are easy to produce and manipulate and because it is portable, it differs from other techniques, providing flexibility of use in gait monitoring.

Esse trabalho propõe o método de clusterização baseado em LEACH para melhorar a eficiência energética de redes com Bluetooth Mesh. E para reduzir ainda mais a carga sofrida sobre os nós Cluster Heads, um algoritmo de Radio Duty Cycling que requer nenhuma modificação no protocolo padrão Bluetooth Mesh foi utilizado, com somente uma simples modificação na lógica da transmissão de pacotes. Simulações em computadores mostram que o Radio Duty Cycling proposto e o método de clusterização são muito efetivos na redução do tempo ocioso de escuta do canal e no aumento da eficiência energética. É observado que o Radio Duty Cycling incrementa em até 90% a melhoria em eficiência energética. Além do mais, as simulações mostram que a técnica proposta de Clusterização é efetiva no controle da replicação excessiva de mensagens, as quais são inerentes da operação do Flooding, que por sua vez tem um impacto positivo na taxa de entrega de pacotes e na escalabilidade da rede. Finalmente, pode ser observado que o método proposto de Clusterização, quando aplicado com a técnica de Radio Duty Cycling pode fornecer uma melhoria na eficiência energética quando comparada com o protocolo Bluetooth Mesh original. This work proposes a Clustering Algorithm based on LEACH to improve the energy efficiency of Bluetooth Mesh networks. To further reduce the burden over the Cluster Heads, an Radio Duty Cycling algorithm that requires no modification in the current Bluetooth Mesh Profile is needed, only a simple modification on the packet transmission logic. Computer simulations shows that the proposed radio duty cycling and clustering methods for reducing idle listening are very effective in improving energy efficiency. It was observed that duty cycling brings up to 90% of improvement in energy efficiency. In addittion, simulations shows that the proposed clustering technique is effective in controlling the excessive message replication that is inherent in flooding operation, which in turn have a positive impact on packet delivery ratio and network scalability. Finally, it can be observed that the proposed clustering algorithm, when applied with the proposed radio duty cycling algorithm can provide an improvement in energy efficiency when compared to the baseline Bluetooth Mesh profile.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um conversor CC-CC Boost multi fase em cascata com um conversor CC-CA meia ponte, elaborando assim, um sistema CC-CA isolado para aplicações em sistemas fotovoltaicos com sistema de armazenamento de energia. Para a construção deste inversor foi empregado o conversor CC-CC Boost multifase ponte completa com transformador isolador em alta frequência. Com isso, o sistema multifase com entrada em corrente reduziu o tamanho dos magnéticos e a ondulação de corrente na fonte de entrada. Com a conexão no barramento do conversor CC-CA de topologia meia ponte foi possível modular uma fonte de tensão em uma carga ou utilizar sua saída para injetar corrente na rede da concessionária. Assim, chegou-se a um inversor fotovoltaico com funcionalidades de sistema ininterrupto de energia. Seguindo a regulamentação em vigor das diretrizes sobre sistemas fotovoltaicos, o inversor foi desenvolvido para alimentar a rede com fator de potência unitário e taxa de distorção harmônica inferior a 5%. O inversor foi controlado com um processador de sinais digitais, através da utilização de um controlador proporcional integrador e controle repetitivo embarcado. Ao final, os testes foram realizados em laboratório em um protótipo do inversor fotovoltaico desenvolvido de 2000 W. This research presents the development of a multi-phase Boost DC-DC converter in cascade with a half-bridge DC-AC converter. An isolated DC-AC system for applications in photovoltaic systems with energy storage system was developed. For the construction of this inverter, the DC-DC full bridge multi-phase Boost converter with high frequency isolating transformer was used. The multi-phase input current system reduced the size of magnetics and the current ripple through the input source. It was possible to modulate a voltage source into a load or use its output to inject current into the line grid when a half-bridge topology DC-AC converter was connected to the voltage bus. This photovoltaic inverter presents characteristics of uninterruptible power supply system. Following the current regulation of the guidelines on photovoltaic systems, the inverter was developed to supply the grid with unit power factor and harmonic distortion rate lower than 5%. The inverter was controlled by a digital signal processor using an embedded proportional-integer controller and a repetitive controller. Tests were performed with a functional 2000W prototype in laboratory.

Esquemas utilizando a técnica Multi-User MIMO adicionados aos padrões 802.11ac/ax podem atingir altas taxas por meio de técnicas de beamforming, que permitem a transmissão de streams de dados para múltiplos usuários de forma simultânea. Porém isso requer o conhecimento do canal do usuário (CSI), que é um processo complexo de ser obtido na prática. Alternativamente, o access point pode balancear a taxa estimada com o overhead para processamento da CSI, escolhendo um número de antenas de transmissão e recepção apropriado, assim como o número de usuários de acordo com o canal do cliente e sua fila de pacotes. O presente trabalho propõe a aplicação de um algoritmo de seleção de usuário baseado nas propriedades da teoria MU-MIMO e a SNR omnidirecional do usuário chamado PUMA (Pre-sounding User and Mode selection Algorithm), e sua aplicação em um cenário de diversidade. A taxa do esquema proposto com métodos tradicionais de seleção fixa e busca exaustiva e os efeitos equivalentes na eficiência energética são comparados. Os resultados apresentam que as vantagens do PUMA são ampliadas em um cenário de diversidade, onde o agrupamento de usuários causa mudanças drásticas na taxa. Ainda, utilizando diferentes esquemas de diversidade na mesma configuração de rede, diferentes taxas e consumo são obtidos. Apesar de o esquema MRC consumir mais energia durante a recepção do frame, é o modelo mais eficiente de diversidade na recepção, principalmente pelo ganho de SNR. Multi-User (MU) MIMO schemes introduced to IEEE 802.11ac/ax amendments can achieve high throughput by means of beamforming techniques, which enables transmission of different data streams to multiple users simultaneously. However, it requires the user Channel State Information (CSI), which is not trivial to obtain in practice. Alternatively, the access point can balance the expected rate with the CSI processing overhead by choosing an appropriate number of transmitting and receiving antennas, as well as the number of users according to client channel and backlog. We propose the application of a user selection algorithm based on MU-MIMO theoretical properties and user omnidirectional SNR named PUMA (Pre-sounding User and Mode selection Algorithm), and its application on a diversity scenario. The data rate of the proposed scheme with traditional fixed-mode and exaustive search user selection and the equivalent effects on energy efficiency are compared. Results show that the PUMA advantages are enhanced in a diversity scenario when client grouping causes dramatic changes in the sum rate. In addition, by using different diversity schemes on the same WLAN configuration, different rates and consumption are obtained. Despite MRC consuming more energy during frame reception, it is the most energy-efficient receive diversity scheme, mainly because of SNR improvement.

O ruído industrial é um preocupante tema de saúde e segurança ocupacional dos trabalhadores. A exposição prolongada a ruídos pode gerar perda auditiva ou até mesmo problemas cardíacos e psicológicos. Este trabalho visa a avaliação de um sistema de redução ativa de ruído a fim de se reduzir o nível de pressão sonora gerado por máquinas rotativas em ambientes amplos. O sistema funciona através da geração de um anti-som que, ao se encontrar com o ruído indesejado, gera regiões de interferência destrutiva, reduzindo a intensidade sonora. Este anti-som é gerado através da utilização de um software de controle com filtros digitais adaptativos, que corrigem a fase e a amplitude de um sinal de referência, a fim de se obter a menor amplitude sonora resultante no encontro das frentes de onda. Resultados experimentais obtidos em dois tipos de ambientes são apresentados, demonstrando a eficácia da técnica desenvolvida, especialmente quando aplicada a baixas frequências. Em um ruído tonal de 200 Hz foi possível reduzir o som do ambiente como todo, em média em 9,1 dB (redução de 87,7% da intensidade sonora), com pontos de atenuação de até 34,5 dB (redução de 99,96% da intensidade sonora) nas proximidades do microfone de erro. Industrial noise is a worrysome occupational health and safety subject-matter for employees. Prolonged exposure to noise may generate hearing loss or even heart or psychological problems. This study aims to evaluate the feasibility of an active noise control system to reduce sound pressure level generated by rotary machines in broad environments. The system works through the generation of an anti-sound that, when colliding with the unwanted noise, generates regions of destructive interference, reducing the sound intensity level. This anti-sound is generated through a control software with digital filters, that correct the phase and amplitude of a reference signal, in order to obtain the lowest resulting sound amplitude in the merging point of the wavefronts.Experimental results obtained in two rooms are also presented, showing the technique performance, mainly when applied to low frequencies. In a 200 Hz tonal noise, it was possible to reduce the overall ambient noise in 9,1 dB (reduction of 87,7% of sound intensity), with maximum attenuation points of 34,5 dB (reduction of 99,96% of sound intensity) in the error microphone region.

O escoamento multifásico é um fenômeno presente em várias aplicações industriais, como reatores químicos, geração de energia, e na exploração, produção e transporte de petróleo e gás natural. A classificação do padrão de escoamento é uma etapa fundamental nesse tipo processo, pois, influencia diversas medidas e subprocessos como estimação de vazão mássica e/ou volumétrica, cálculo de fração de vazio, tamanho de bolha, fator de escorregamento, etc. Neste trabalho são propostas algumas abordagens de classificação de padrões para escoamento vertical líquido-gás utilizando séries temporais de fração de vazio, técnicas de processamento de sinais e aprendizado de máquina. Uma vez obtidas as séries temporais, são utilizadas duas abordagens inéditas para o problema da classificação de padrões: a primeira é atualização de um modelo de mistura de gaussianas e o segundo é a utilização da transformada de Hilbrt-Huang em séries temporais de fração de vazio. A última abordagem utilizada faz o cálculo dos quatro primeiros momentos estatísticos para gerar parâmetros para um algoritmo de classificação, muito utilizada em combinação com redes neurais para os problemas em identificação de padrões em escoamento multifásico. Posteriormente, os dados gerados através das técnicas descritas são utilizados como entrada nos algoritmos baseados em máquina de vetores suporte (Support Vector Machine - SVM) e análise de discriminante linear (Linear Discriminante analysis - LDA) para enfim, efetuar a identificação do padrão. Os resultados obtidos indicam um ótimo potencial para aplicação em sistemas reais e experimentos in loco. Foram propostos doze métodos de classificação de padrões combinando as técnicas de processamento de sinais e os algoritmos de classificação. Em alguns dos casos, a taxa de acerto foi superior a 90% no conjunto de dados referente ao escoamento água-ar vertical em tubos de 51,2mm. The classification of the flow pattern is a fundamental step in many processes that involve multiphase flow, among them, estimation of mass and/or volumetric flow, calculation of void fraction, bubble size, slip factor and so on. In this work some approaches are proposed to classify liquid-gas vertical flow patterns that combine signal processing techniques and machine learning. Wire-Mesh sensor data were used to obtain the time series of void fraction. They are analyzed through statistical and time-frequency approaches, generating parameters that are later used as inputs to the algorithms based on the Support Vector Machine (SVM) and Linear Discriminant Analysis (LDA) to finally identify the pattern. The tests performed indicate that some of the proposed algorithms perform better than 90% of the correct identification. The data used are from vertical water-air flow in 51.2mm tubes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Esse trabalho propõe a codificação analógica conjunta fonte-canal como uma opção para comunicações do tipo-máquina que exigem comunicação com baixo atraso. A codificação analógica se baseia em mapear os símbolos gerados pela fonte de informação em uma curva. A curva de mapeamento pode ser definida como mapeamentos geométricos ou por meio de otimizações numéricas, denotadas por codificação paramétrica e não-paramétrica, respectivamente. Neste trabalho, foram implementados os dois tipos de codificação para conjuntos de amostras não-Gaussianos coletados por sensores. Tendo em vista que o esquema paramétrico é ótimo apenas para fonte Gaussiana, foi utilizada a transformação de Box-Cox para melhorar o desempenho. Por sua vez, o esquema não-paramétrico se adapta com mais facilidade a diferentes conjuntos de amostras, porém, tem uma implementação mais complexa. Por meio dos resultados numéricos, comprovou-se que o esquema não-paramétrico tem o melhor desempenho, em geral. Além disso, pode-se observar que a transformação de Box-Cox é uma técnicas simples que melhora a performance do esquema paramétrico. Aliás, para determinados valores de relação sinal-ruído do canal o desempenho do paramétrico é similar, o que justifica a sua escolha devido à menor complexidade. This work proposes an analog joint source-channel coding scheme as an alternative for machine-type communications that require low communications delay. The analog coding scheme is based on mapping the symbols generated by an information source into a curve. The mapping curve can be defined by geometric mappings or by numerical optimizations, denoted by parametric and non-parametric coding, respectively. In this work, we have implemented these two types of coding for the non-Gaussians sets of samples collected by sensors. Considering that the parametric scheme is optimal for Gaussian sources only, the Box-Cox transformation has been used to improve the performance. On the other hand, the non-parametric scheme can easily adapt to different sample sets, at the cost of more complex implementation. The numerical results show that the non-parametric scheme achieves better performance, in general. Also, we can observe that Box-Cox transformation is a simple technique that improves significantly the performance of the parametric scheme. Moreover, for certain values of the channel signal-to-noise ratio, the performance of the parametric scheme is similar, which justifies its choice due to the lower complexity.

Introdução: a doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais comum no mundo, atrás apenas da doença de Alzheimer. As principais características da DP envolvem sintomas motores, como tremor, rigidez, bradicinesia e instabilidade postural. O tratamento para a DP envolve desde medicamentos como dopamina sintética, tratamento cirúrgico e tratamento alternativo. Infelizmente, o tratamento medicamentoso tende a reduzir sua eficácia com o avanço da doença e terapias alternativas vem sendo procuradas como complemento do tratamento, sendo que a acupuntura é uma das mais utilizadas por portadores da DP crônica. Dentro das técnicas existentes na acupuntura, a eletroacupuntura (EA), estimulação elétrica realizada nas agulhas, e a craniopuntura ou escalpo acupuntura (SA), inserção de agulhas no couro cabeludo em áreas já mapeadas de tratamento são opções comumente aplicadas em portadores de DP. Objetivo: analisar os efeitos da EA em conjunto com a SA, no equilíbrio de participantes portares de DP, utilizando como variáveis a amplitude do centro de pressão (COP), o tempo de latência do COP, e o tempo de latência da eletromiografia (EMG). Materiais e métodos: participaram do estudo 24 indivíduos (64,59 ± 7,06 anos) acometidos pela DP, de ambos os gêneros, provenientes à Associação Paranaense de Parkinson. Os participantes foram submetidos a uma avaliação pré intervenção com EA e SA, sendo aplicadas 4 perturbações do equilíbrio no sentido póstero anterior, 2 realizando tarefa simples (TS) e 2 realizando dupla tarefa (DT). Ao término do processo de avaliação pré intervenção, os participantes foram submetidos a uma intervenção com EA e SA, sendo que em um dia receberam intervenção como grupo experimental, e em outro dia como grupo placebo. Imediatamente após isso, foi repetido o mesmo processo da pré intervenção, chamado agora de pós intervenção. A intervenção experimental foi realizada nos pontos da SA referentes ao equilíbrio, e a intervenção placebo nos pontos da SA referentes à região do tórax. Desta forma foram realizadas um total de 48 coletas. Os dados foram analisados utilizando Teste T Pareado, comparando as variáveis do grupo pré intervenção com as variáveis do grupo pós intervenção. Resultados: Foram observadas reduções na amplitude (p=0,002) e tempo de latência (0,012) do COP durante a realização da TS no grupo experimental, e no tempo de latência da EMG observou-se redução na realização da tarefa TS no grupo experimental para o gastrocnêmio lateral direito (p=0,027) e também no grupo placebo para o soleo direito (p=0,05). Um outro resultado na latência da EMG, observado no grupo placebo e em DT para o gastrocnêmio medial direito (p=0,036), foi o aumento do tempo de latência da EMG após a perturbação. Conclusão: os resultados observados na redução da amplitude do COP, bem como no seu tempo de latência, e redução no tempo de latência da EMG sugerem que existe influência da EA e SA no equilíbrio de portadores de DP. Introduction: the Parkinson’s Disease (PD) is considered the second most common neurodegenerative disease around the world, only behind Alzheimer Disease. PD is mainly characterized by motor symptoms such as tremor, bradykinesia, rigidity, and postural instability. The treatment for PD involves medicine, such as synthetic dopamine, surgical treatment, and alternative treatment. Unfortunately, pharmacological treatment tends to reduce its efficacy with the advancement of the disease, and alternative therapies have been sought as a complement to the treatment, being acupuncture one of the most used by patients with chronic PD. Within the existing techniques in acupuncture, electroacupuncture (EA), which is the electrical stimulation performed on the needles, and the cranioacupuncture or scalp acupuncture (SA), which is a technique for inserting needles into the scalp in already mapped areas of treatment, are the options most applied in patients with PD. Objective: to analyze the effects of EA in conjunction with the SA, on the balance of participants with PD, using as variables the center of pressure (COP) amplitude, the COP latency time, and the electromyography (EMG) latency time. Material and Methods: twenty-four individuals (64.59 ± 7.06 years) affected by PD of both genders, patients from the Parkinson's Association participated in the study. The participants were submitted to a pre-intervention evaluation with EA and SA, with 4 post-anterior balance perturbations, 2 performing a single task (ST) and 2 performing a double task (DT). At the end of the pre-intervention evaluation process, participants were submitted to an intervention with EA and SA, being that in one day they received intervention as an experimental group and another day as a placebo group. Immediately after this, the same pre-intervention process was repeated, now called post-intervention. The experimental intervention was performed in the SA points regarding balance, and the placebo intervention in SA points referring to the chest region. In this way, a total of 48 collections were performed. The data were analyzed using the Paired-T-Test, comparing the variables of the pre-intervention group with the variables of the post-intervention group. Results: There were reductions in the amplitude (p = 0.002) and the latency time (0.012) of the COP during the TS in the experimental group, and in the latency time of the EMG, there was a reduction in the accomplishment of the TS task in the experimental group for the right lateral gastrocnemius (p = 0.027) and also in the placebo group for the right soleus (p = 0.05). Another result in the EMG latency observed in the placebo and DT groups for the right medial gastrocnemius (p = 0.036) was the increase in EMG latency time after the disturbance. Conclusion: the results observed in the reduction of the amplitude of the COP, as well as in its latency time, as well as the reduction in the latency time of the EMG, suggest that there is an influence of the EA and SA on the balance of patients with PD.

CAPES; Fundação Araucária; SETI; CNPq; FINEP; FUNTEF; ANTT; Triunfo Concebra Rodovias são as principais vias de locomoção do Brasil, tanto de cargas como de passageiros. Pelo fato dessas rodovias estarem sujeitas a desgastes com o tempo e devido ao grande tráfego de cargas pesadas, é preciso um constante monitoramento do estado do pavimento e das sinalizações rodoviárias. Normalmente a análise do estado atual de rodovias é efetuada de forma manual, sendo necessário o deslocamento de pessoas para verificação. Uma alternativa para efetuar esse processo é o uso de imagens áreas. Este trabalho apresenta uma metodologia de monitoramento remoto de rodovias a partir de imagens aéreas e a aplicação de técnicas de processamento digital de imagens (), como uma ferramenta para verificação das condições da malha rodoviária, desde seu pavimento até as sinalizações horizontais. A aquisição dessas imagens é efetuada através de Veículo Aéreo Não Tripulado (), possibilitando a varredura de grandes áreas em curto espaço de tempo. Em conjunto com as imagens adquiridas, são empregadas técnicas de e reconhecimento de padrões para extrair e identificar parâmetros em rodovias. Assim, desenvolveu-se um algoritmo que processa e extrai informações da via a partir das imagens adquiridas, proporcionando maior agilidade e precisão na inspeção de rodovias. O algoritmo desenvolvido é divido em três partes, sendo a primeira a segmentação da rodovia na imagem adquirida, a segunda a segmentação de objetos contidos na rodovia e a terceira a classificação dos objetos segmentados. Para classificar os objetos segmentados é utilizado o classificador Support Vector Machine () em conjunto com o descritor de Histograma Orientado ao Gradiente () para extrair características dos objetos a serem classificados. Com esse algoritmo desenvolvido obteve-se resultados positivos na obtenção de informações da rodovia a partir de imagens aéreas. Em testes de desempenho efetuado, houve taxa de acerto de 97,37% para as classes de objetos selecionadas, demonstrando assim, que a metodologia proposta pode ser aplicada em ambiente real, auxiliando equipes de manutenção e gerenciamento de rodovias. Highways are the principal transportation modal way in Brazil for cargo and passengers. Highways can suffer wear due to weather and traffic load, hence necessary a constant monitoring of the pavement and traffic signalization health. In general, the highway health is monitored manually being necessary persons to make the verification process. One alternative to this process is the use of aerial images. This work presents a highway remote sensing methodology from aerial imagens and digital image processing (DIP), as a tool to verify the road conditions, including the pavement and road markings. The acquisition of images are performed by an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) enabling large area scans with less time. With the acquired imagens, DIP techniques and pattern recognition are employed to extract and identify highways parameters. So, an algorithm was developed to process and extract road information of the acquired images providing inspection of highway with agility and precision. The developed algorithm has three parts: the first one make the roadway segmentation, the second segments objects of the road and the third classifies the segmented objects. To classify the segmented objects, the Histogram of Oriented Gradient (HOG) descriptor has been used to extract characteristics of the objects and the Support Vector Machine () was used to classify the objects. With this developed algorithm, positive results has reached in obtain road information from the aerial images. Performance tests has been performed and a hit rate of 97.37% was reached for the selected classes, proving the ability of this proposed methodology could be applied in real environment helping maintenance and management highway teams.

O ultrassom (US) é uma técnica bem consolidada que vem sendo amplamente utilizada para teste, caracterização e visualização de estruturas internas de materiais biológicos e não biológicos. Na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, o grupo de pesquisa do US desenvolveu o sistema ULTRA-ORS que, apesar de adequado para pesquisa relacionada à excitação e recepção multicanal, possui tempo de computação muito elevado, devido a processamento em computador pessoal. Este trabalho apresenta a modelagem, implementação e validação de um sistema de processamento digital de sinais baseado em dispositivo FPGA (Field-Programmable Gate Array) de alto desempenho para reconstrução de imagens por US através da técnica beamforming. O software Simulink e a ferramenta DSP Builder foram empregados para simulação e transformação dos seguintes modelos em linguagem de descrição de hardware: filtro digital FIR (Finite Impulse Response), filtro de interpolação CIC (Cascaded Integrator-Comb), atraso variável, apodização, somatório coerente, decimação, demodulação com detecção de envoltória e compressão logarítmica. Após validação no Simulink, o projeto foi sintetizado para uma FPGA Stratix IV e implementado na placa Terasic DE4-230. A ferramenta SignalTap II do software Quartus II foi utilizada para aquisição dos sinais processados pela FPGA. Para avaliação gráfica e quantitativa da acurácia deste método, foram empregados dados brutos reais de US, adquiridos do ULTRA-ORS com frequência de amostragem de 40 MHz e resolução de 12 bits, e a função de custo da raiz quadrada do erro quadrático médio normalizado (NRMSE) em comparação com as mesmas funções implementadas através de scripts no Matlab. Como resultado principal do modelamento, além das respostas individuais de cada bloco implementado, são apresentadas as comparações entre as imagens reconstruídas pelo ULTRA-ORS e pelo processamento em FPGA para quatro janelas de apodização. A excelente concordância entre os resultados simulados e experimentais com valores de NRMSE inferiores à 6,2% e latência total de processamento de 0,83 µs corroboram a simplicidade, modularidade e efetividade do modelamento proposto para utilização em pesquisas sobre o processamento de sinais de US para reconstrução de imagens em tempo real. Ultrasound (US) is a well-established technique that has been widely used for testing, characterizing and visualizing internal structures of biological and non-biological material. The US research group of the Federal University of Technology - Paraná developed the ULTRA-ORS system, which, although suitable for research related to multichannel excitation and reception, uses a large computing time, due to the personal computer processing. This research presents the modeling, implementation and validation of a digital processing system of signals based on a FPGA (Field-Programmable Gate Array) device of high performance for the reconstruction of images through US, using the beamforming technique. The software Simulink and the tool DSP Builder were used for simulation and transformation of the following models in hardware description language: digital filter FIR (Finite Impulse Response), CIC (Cascaded Integrator-Comb) Interpolation filter, variable delay, apodization, coherent summation, decimation, demodulation with envelope detection and logarithmic compression. After the Simulink validation, the design was synthesized for a Stratix IV FPGA and implemented on the Terasic DE4-230 board. The tool SignalTap II in the software Quartus II was used to acquire the processed signals from the FPGA. For the graphic and quantitative evaluation of the accuracy of this method, we used real raw US data, acquired from the ULTRA-ORS with sampling frequency of 40 MHz and 12-bit resolution, and the normalized root mean squared error (NRMSE) in comparison with the same functions implemented through scripts in Matlab. As a main result of the modeling, in addition to the individual responses of each implemented block, comparisons between the reconstructed images by ULTRA-ORS and FPGA processing for four apodization windows are presented. The excellent agreement between the simulated and experimental results with NRMSE values lower than 6.2% and total processing latency of 0.83 µs corroborates the simplicity, modularity and effectiveness of the proposed modeling for use in US signal processing research for real-time image reconstruction.

O presente trabalho aborda a aplicação de códigos fontanais em redes subaquáticas. Tais redes transmitem dados abaixo da água fazendo uso de sinais acústicos e possuem diversas aplicações. No entanto, é sabido que esse tipo de rede é caracterizado por uma baixa velocidade de propagação e largura de banda menor que as redes que operam em meios de transmissão mais conhecidos, tais como a transmissão sem fio via ondas de rádio frequência, resultando num maior atraso na entrega de pacotes. Para tentar minimizar estes atrasos e aumentar a eficiência energética das redes subaquáticas, o trabalho otimizou o sistema de transmissão inserindo um código corretor de erros fontanal no transmissor de mensagens. Dentro desse contexto, foi necessário modelar o consumo energético necessário para a transmissão correta de pacotes de dados em redes subaquáticas utilizando códigos fontanais. Dentre os resultados do trabalho, o mais relevante conclui que o uso dos códigos fontanais é capaz de reduzir em até 30% o consumo de energia quando a distância de transmissão é de 20 km para o caso com a taxa de erro de quadro alvo (FER) de Po = 10^−5, e em ate 25% para a FER alvo de Po = 10^−3. The present work employs fountain codes in an underwater network, in which data is transmitted using acoustic signals and has many applications. However, underwater networks are usually characterized by low propagation speed and smaller bandwidth than networks that use radio frequency signals, resulting in larger transmission delays. Then, aiming at minimizing the delays and increasing the energy efficiency of underwater networks, the present work employs fountain error-correcting codes at the transmitter. To that end, it was first necessary to model the energy consumption of a success data packet transmission in an underwater network using fountain codes. Our results show that the use of fountain codes is able to reduce up to 30% of energy consumption when the transmission distance is of 20 km for the case with a target frame error rate (FER) of Po = 10^−5 , and 25% for the same distance with a target FER of Po = 10^−3.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de sinais de ECG e temperatura, com o propósito de dar mobilidade a pessoas que necessitam de monitoramento contínuo de alguns sinais fisiológicos, tais como pessoas idosas e/ou pessoas com deficiências cardíacas ou até mesmo para atletas que desejam melhorar seu desempenho através do monitoramento de seu condicionamento físico. Foram realizadas pesquisas dos equipamentos similares que existem atualmente no mercado e que estão sendo desenvolvidos para um embasamento técnico do protótipo desenvolvido. O sistema foi desenvolvido utilizando um microcontrolador de baixo custo e consumo para aquisição dos sinais fisiológicos e um módulo Bluetooth para comunicação com um dispositivo móvel que apresenta grande capacidade de processamento e recursos para realizar o armazenamento de dados e a interface com um sistema de monitoramento para avaliação médica remota, garantindo a mobilidade, segurança e melhoria na qualidade de vida de idosos e pacientes. Os principais sinais fisiológicos são os sinais vitais, que são as funções mais básicas do corpo, tais como, temperatura corporal, frequência cardíaca, frequência respiratória e pressão arterial. No protótipo proposto, foi incorporado o monitoramento da temperatura corporal e do eletrocardiograma (ECG) completo com as 12 derivações. A frequência respiratória e pressão arterial não foram contempladas no protótipo devido à complexidade de implementação de muitos sinais fisiológicos em um único equipamento. Para definição do hardware e minimizar o risco de futuros problemas, foram também realizados testes com ferramentas de desenvolvimentos disponibilizados pelos fabricantes dos principais componentes e que também são expostos neste trabalho. Pode-se concluir que os objetivos iniciais foram alcançados pois foi desenvolvido um protótipo para monitoramento remoto de sinais de ECG e temperatura utilizando um aplicativo Android. O protótipo foi testado utilizando-se sinais de um simulador de ECG e um sensor de temperatura, atendendo às principais funcionalidades requeridas para o sistema. This work aims to develop a system for monitoring ECG and temperature signals with the purpose of giving mobility to people requiring continuous monitoring of some physiological signals, such as the elderly and/or individuals with heart failure or even for athletes who wish to improve their performance by monitoring their fitness. Research of similar equipment that there are currently on the market and that are being developed was made for a technical base of the prototype to be developed. The system was developed using a low cost and low consumption microcontroller for the acquisition of physiological signals and a Bluetooth module for communication with a mobile device having large capacity and processing resources to perform data storage and interface with a monitoring system for remote medical evaluation, ensuring mobility, safety and improved quality of life of elderly and patients. The main physiological signals are vital signals, which are the most basic body functions such as body temperature, heart rate, respiratory rate and blood pressure. In the proposed prototype, monitoring body temperature and complete 12-lead electrocardiogram (ECG) was incorporated. The respiratory rate and blood pressure were not included in the prototype due to the complexity of implementation of many physiological signals in a single equipment. For the hardware definition and to minimize the risk of future problems, tests have also been done with development tools available from manufacturers of the main components and which are also presented in this work. It is possible to conclude that the initials objectives were achieved bacause a prototype was developed for remote monitoring of ECG and temperature signals using an Android application. The prototype was tested using an ECG simulator and a temperature sensor, attending the main required features for the system.

Neste trabalho efetuou-se um estudo com o intuito de desenvolver um novo método acurado para estimar a massa seca de forragem em pastagens tropicais, por meio de visão computacional e processamento digital de sinais. Trabalhou-se inicialmente na segmentação de imagens de folhas e colmos de gramíneas, obtidas de câmeras digitais comuns, através de filtros no domínio da frequência. Efetuou-se também a análise, o projeto e o desenvolvimento de um software para cálculo de massa de forragem em pastagens tropicais e geração de uma série de indicadores quantitativos a ela relacionados. Este trabalho fez uso de dados originados de dois experimentos de sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), da Embrapa Gado de Corte, que se encontravam em planilhas. Detalham-se o planejamento e a execução da carga desses dados históricos para o banco de dados da aplicação. Para gerar maior confiabilidade às informações implementou-se um método para identificação de possíveis outliers nos dados ABSTRACT - In this work a study in onder to develop a new accurate method to estimate the dry matter forage in tropical grasses was made, by computer vision and digital signal processing. Initially worked up with image segmentation of leaves and stems of grasses, obtained from common digital cameras, using filters in the frequency domain. The analysis, design and development of one software for forage mass calculation in tropical pastures and for generating a series of indicators related to it were made. This work made use of data coming from two experiments of integrated cropping-livestock-forest systems (ILPF), from Embrapa Beef Cattle, that were in spreadsheets. A detailed planning and execution to charge these historical data to the application database was performed. To generate greater reliability to the information, a method for identify possible outliers in the data was implemented.

Nesse trabalho foi desenvolvida uma plataforma para o condicionamento, digitalização, visualização e gravação de sinais de eletromiografia (EMG). Posteriormente a aquisição, a análise pode ser realizada através de técnicas de processamento de sinais. A plataforma consiste em dois módulos que adquirem sinais de EMG através de eletrodos de superfície, limitam a faixa de frequências de interesse, filtram interferências da rede elétrica e digitalizam os sinais pelo conversor analógico-digital do microcontrolador dos módulos. Deste modo, os dados são enviados para o computador pela interface USB na especificação HID, sendo apresentados em tempo real na forma gráfica e armazenados em arquivo. Como recursos de processamento foram implementadas as operações de módulo do sinal, a determinação do valor eficaz (RMS), a análise de Fourier, filtro digital (IIR) e filtro adaptativo. Foram realizados testes iniciais de avaliação da plataforma com sinais de membros inferiores e superiores para fins de comparação de lateralidade de sinais de EMG. A plataforma aberta destina-se a atividades didáticas e a pesquisa acadêmica, permitindo acrescentar outros métodos de processamento que o pesquisador tenha interesse em avaliar ou outras análises que se façam necessárias. In this work, a platform to the conditioning, digitizing, visualization and recording of the EMG signals was developed. After the acquisition, the analysis can be done by signal processing techniques. The platform consists of two modules witch acquire electromyography (EMG) signals by surface electrodes, limit the interest frequency band, filter the power grid interference and digitalize the signals by the analogue-to- digital converter of the modules microcontroller. Thereby, the data are sent to the computer by the USB interface by the HID specification, displayed in real-time in graphical form and stored in files. As processing resources was implemented the operations of signal absolute value, the determination of effective value (RMS), Fourier analysis, digital filter (IIR) and the adaptive filter. Platform initial tests were performed with signal of lower and upper limbs with the aim to compare the EMG signal laterality. The open platform is intended to educational activities and academic research, allowing the addition of other processing methods that the researcher want to evaluate or other required analysis.

CAPES Pesquisadores têm concentrado esforços, nos últimos 20 anos, aplicando a transformada wavelet no processamento, filtragem, reconhecimento de padrões e na classificação de sinais biomédicos, especificamente em sinais de eletroencefalografia (EEG) contendo eventos característicos da epilepsia, as espículas. Várias famílias de wavelets-mães foram utilizadas, mas sem um consenso sobre qual wavelet-mãe é a mais adequada para essa finalidade. Os sinais utilizados apresentam uma gama muito grande de eventos e não possuem características padronizadas. A literatura relata sinais de EEG amostrados entre 100 a 600 Hz, com espículas variando de 20 a 200 ms. Nesse estudo foram utilizadas 98 wavelets. Os sinais de EEG foram amostrados de 200 a 1 kHz. Um neurologista marcou um conjunto de 494 espículas e um conjunto de 1500 eventos não-espícula. Esse estudo inicia avaliando a quantidade de decomposições wavelets necessárias para a detecção de espículas, seguido pela análise detalhada do uso combinado de wavelets-mães de uma mesma família e entre famílias. Na sequência é analisada a influência de descritores e o uso combinado na detecção de espículas. A análise dos resultados desses estudos indica que é mais adequado utilizar um conjunto de wavelets-mães, com vários níveis de decomposição e com vários descritores, ao invés de utilizar uma única wavelet-mãe ou um descritor específico para a detecção de espículas. A seleção desse conjunto de wavelets, de níveis de decomposição e de descritores permite obter níveis de detecção elevados conforme a carga computacional que se deseje ou a plataforma computacional disponível para a implementação. Como resultado, esse estudo atingiu níveis de desempenho entre 0,9936 a 0,9999, dependendo da carga computacional. Outras contribuições desse estudo referem-se à análise dos métodos de extensão de borda na detecção de espículas; e a análise da taxa de amostragem de sinais de EEG no desempenho do classificador de espículas, ambos com resultados significativos. São também apresentadas como contribuições: uma nova arquitetura de detecção de espículas, fazendo uso da análise de discriminante linear; e a apresentação de um novo descritor, energia centrada, baseado na resposta dos coeficientes das sub-bandas de decomposição da transformada wavelet, capaz de melhorar a discriminação de eventos espícula e não-espícula. Researchers have concentrated efforts in the past 20 years, by applying the wavelet transform in processing, filtering, pattern recognition and classification of biomedical signals, in particular signals of electroencephalogram (EEG) containing events characteristic of epilepsy, the spike. Several families of mother-wavelets were used, but there are no consensus about which mother-wavelet is the most adequate for this purpose. The signals used have a wide range of events. The literature reports EEG signals sampled from 100 to 600 Hz with spikes ranging from 20 to 200 ms. In this study we used 98 wavelets. The EEG signals were sampled from 200 Hz up to 1 kHz. A neurologist has scored a set of 494 spikes and a set 1500 non-spike events. This study starts evaluating the amount of wavelet decompositions required for the detection of spikes, followed by detailed analysis of the combined use of mother-wavelets of the same family and among families. Following is analyzed the influence of descriptors and the combined use of them in spike detection. The results of these studies indicate that it is more appropriate to use a set of mother-wavelets, with many levels of decomposition and with various descriptors, instead of using a single mother-wavelet or a specific descriptor for the detection of spikes. The selection of this set of wavelets, decomposition level and descriptors allows to obtain high levels of detection according to the computational load desired or computing platform available for implementation. This study reached performance levels between 0.9936 to 0.9999, depending on the computational load. Other contributions of this study refer to the analysis of the border extension methods for spike detection; and the influences of the EEG signal sampling rate in the classifier performance, each one with significant results. Also shown are: a new spike detection architecture by making use of linear discriminant analysis; and the presentation of a new descriptor, the centred energy, based on the response of the coefficients of decomposition levels of the wavelet transform, able to improve the discrimination of spike and non-spike events.

O monitoramento de sinais vitais em pacientes tem o intuito de obter rapidamente dados relevantes para decisões médicas. No entanto, tal mensuração é pouco eficiente, difícil, quando não impossível, em determinados casos, como por exemplo em pacientes vítimas de queimaduras, em função da impossibilidade de colocar o eletrodo diretamente na pele, ou em recém-nascidos, devido à fragilidade da pele. Este estudo trata do desenvolvimento de um sistema para aquisição contínua de sinais fotopletismográficos para a telemetria da frequência cardíaca em tempo real, em uma plataforma de baixo custo, utilizando a biblioteca OpenCV e o método desenvolvido pelo MIT chamado de Magnificação de Vídeo Euleriana, que revela variações que são imperceptíveis a olho nu. Para desenvolver o sistema foi utilizada a plataforma de hardware Raspberry Pi Versão B com processador ARM11 de 700MHz e 512MB de memória RAM. Os dados da frequência cardíaca coletados dos experimentos foram comparados com os dados coletados por um oxímetro de dedo More Fitness modelo MF-425. Esse foi escolhido por utilizar o mesmo princípio "Fotopletismografia"para efetuar a medição. Após a coleta de dados foi estimado o intervalo de confiança para aferir a precisão do sistema, que correspondeu a 96,5% em relação ao oxímetro utilizado. Ficou evidente que o meio utilizado para medir a frequência cardíaca via método de magnificação de vídeo Euleriana em tempo real é uma tecnologia de baixo custo (aproximadamente R$300,00) quando comparado aos monitores multiparamétricos utilizados para o monitoramento de pacientes críticos, cujo custo varia entre R$ 8.000,00 e R$ 34.000,00. Sendo assim, também contribui com a redução de custos no tratamento ao doente que necessita de monitorização constante, possibilitando que, com a economia gerada pela aquisição e implantação desta tecnologia, viabilize um maior investimento em outras áreas dos hospitais. Monitoring vital signs in patients is used to obtain relevant data for medical decisions in a fast way. However, this measurement is both inefficient and difficult, if not impossible in certain cases, such as in burnt victims, due to the impossibility of placing the electrodes directly on the skin or in infants, because of the fragility of skin. This study aims to develop of a system for continuous acquisition of photopletismografics (PPG) signals for the telemetry of heart rate in real time in a low cost platform using the OpenCV library and the method developed by MIT called the Eulerian Video Magnification, amplifying variations that are imperceptible to the naked eye. To develop the system were used the hardware platform Raspberry Pi version B with ARM11 700MHz processor and 512MB RAM. The heart rate data collected from the experi- ments were compared with data collected by a finger oximeter model More Fitness MF-425 it was chosen, by using the same working principle "PPG"to effect the measurement. After data collection was estimated the confidence interval to measure system accuracy, which corresponded to 96,5% compared to the oximeter used. It became clear that the developed system used to measure heart rate via magnification method of Eulerian live video is a low-cost technology (approximately R$ 300.00) compared to the multiparameter monitors used for monitoring critically patients, ranging in cost from R$ 8,000.00 to R$ 34,000.00. So also, it contributes to cost reduction in the treatment to the patient in need of constant monitoring, enabling with the savings generated by the acquisition and deployment of this technology makes possible greater investment in other areas of hospitals. 5000

Investiga-se a eficiência energética e o throughput seguros em sistemas de comunicações sem fio cooperativos, em que um par de usuários legítimos (Alice e Bob) são auxiliados por um nó relay e em que a comunicação ocorre na presença de um espião passivo (Eve). Diversos protocolos cooperativos são comparados em relação a estas medidas e se utiliza um algoritmo iterativo e distribuído, baseado no algoritmo Dinkelbach, para alocação de potência entre Alice e o relay. A alocação de potência é utilizada visando maximizar a eficiência energética segura, medida em bits seguros/J/Hz, ou o throughput seguro, medido em bits seguros/s/Hz. Em relação aos protocolos, consideramos o caso onde Alice tem conhecimento perfeito do estado instantâneo do canal apenas em relação aos usuários legítimos. Desta forma, empregamos o protocolo Decode-and-Forward Seletivo (SDF), que realiza a escolha entre o melhor tipo de comunicação entre Alice e Bob (comunicação direta ou cooperativa) de forma a aumentar a segurança do sistema. Para comparação, consideramos outros esquemas clássicos de cooperação como o Amplify-and-Forward (AF), Decode-and-Forward Fixo (DF) e o Cooperative Jamming (CJ). Nossos resultados demostram que o SDF supera o AF, o DF e o CJ em grande parte das situações. Contudo, quando a taxa de transmissão aumenta ou quando Eve está muito próxima aos nós legítimos, o CJ apresenta um melhor desempenho. We investigate the secure energy efficiency and throughput in cooperative wireless communications systems, in which a pair of legitimate users (Alice and Bob) are assisted by a relay node and the communication occurs in the presence of a passive eavesdropper (Eve). Several cooperative protocols are compared with respect to these measures and we use of an iterative and distributed algorithm, based on Dinkelbach algorithm, to allocate power between Alice and the relay. The power allocation is performed in order to increase the secure energy efficiency, measured in secure bits/J/Hz, or secure throughput, measured in secure bits/s/Hz. About the protocols, we consider the case where Alice has perfect knowledge only about the instantaneous channel state of the legitimate channel. So, we employ a Selective Decode-and-Forward (SDF) protocol, which chooses the best type of communication between Alice and Bob (direct or cooperative communication) in order to improve security. For comparison, we consider other classical cooperative schemes such as the Amplify-and-Forward (AF), the Fixed Decode-and-Forward (DF) and the Cooperative Jamming (CJ). Our results show that SDF outperforms AF, DF and CJ in most situations. However, when the transmit rate increases or when Eve is close to the legitimate nodes, CJ has a better performance.

CAPES A insuficiência respiratória gerada pela lesão medular, em pessoas com tetraplegia e paraplegia torácica alta, tem sido uma das principais causas de morte desses indivíduos. A paralisação, total ou parcial, dos músculos abdominais e do diafragma dificulta a produção de tosse e diminui o volume corrente da ventilação. Este problema pode ser amenizado por meio do tratamento com estimulação elétrica funcional transcutânea (EEFT), na musculatura diafragmática e abdominal, sincronizada com a respiração espontânea. Poucos estudos têm sido direcionados a esta área e foi constatado que é de grande interesse científico que seja desenvolvido um sistema capaz de automaticamente sincronizar a estimulação elétrica com os eventos de inspiração (estimulação diafragmática) e expiração (estimulação abdominal). Por isso, nesta dissertação, desenvolveu-se um sistema de aquisição de sinal respiratório e detecção dos eventos de inspiração e expiração para sincronismo da EEFT durante a respiração tranquila. O sistema emprega uma cinta elástica acoplada a uma célula de carga baseada em strain gauges para a aquisição do sinal respiratório. Um algoritmo, baseado em análise estatística do sinal, foi desenvolvido para a detecção das fases de inspiração e expiração.Testes foram realizados em oito voluntários hígidos. A cinta foi posicionada na região da última costela, e sinais foram adquiridos com o auxílio de um osciloscópio digital. Um fisioterapeuta ajudou na análise dos sinais. Foi realizada a contagem de inspirações e expirações detectadas corretamente. O resultado dos testes alcançou a taxa de 82% de acerto na detecção dos eventos inspiratórios, e 96% para os eventos expiratórios. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é eficiente para a aquisição de sinais respiratórios e o algoritmo criado pode propiciar a sincronização da EEFT, com o paciente tratado em posição quase estática. The respiratory failure, caused by spinal cord injury in people with high thoracic paraplegia and tetraplegia, has been the major cause of death for those individuals. The total or partial paralysis of the abdominal muscles and the diaphragm hinders the production of cough and decreases tidal volume. This problem can be alleviated by treatment with transcutaneous functional electrical stimulation (TFES), on diaphragm and abdominal muscles synchronized with the spontaneous respiration. Few studies have been conducted on this matter, and it was found that is of great scientific interest the development of a system capable of automatically triggering the electrical stimulation with inspiration (diaphragmatic stimulation) and expiration events (abdominal stimulation). Therefore, in this work, a respiratory signal acquisition system was developed for the detection of inspiration and expiration events for triggering the electrical stimulation during quiet breathing. The system employs an elastic belt attached to a load cell based on strain gauges for acquiring the respiratory signal. An algorithm based on signal statistical analysis was developed for the detection of inspiration and expiration events. Tests were carried out in eight healthy volunteers. The belt was positioned at the last rib region, and signals were obtained with the aid of a digital oscilloscope. A physical therapist helped in the analysis of the signals by counting the inspiratory and expiratory events. The results reached the accuracy of 82% in the detection of inspiratory events, and 96% for expiratory events. The results indicate that the developed system is effective for the acquisition of respiratory signals and the created algorithm can provide synchronization of TFES with the patient in quasi-static situation during treatment.

CNPq; Capes Neste trabalho é utilizado a tecnologia convencional de fabricação de circuitos impressos, que possuem vantagens de ser de baixo custo, facilidade de produção, tecnologia conhecida e divulgada, para se desenvolver dois tipos básicos de sensores planares. O primeiro um capacitivo que opera pela detecção da variação da permissividade do meio e um segundo do tipo passivo, wireless e ressonante (PWR) que varia a frequência ressonante em função da permissividade ou permeabilidade do meio. Além disso, são apresentadas análises matemáticas, simulações e medições. Com os sensores foram realizados testes para a detecção da presença de água em dutos hidráulicos e umidade em amostras de madeiras, cujos resultados indicam que os sensores atendem ao propósito de medição e podem ser utilizados para os seus fins específicos. In this work it was used the conventional manufacturing technology for printed circuits, which presents advantages of being low cost, known technology, for developing two basic types of planar sensors. The first one operates by capacitive measurements of variation of permittivity of medium and a second type of passive, wireless, resonant (PWR) which changes the resonant frequency as a function of permittivity or permeability. Furthermore, two types of sensors are described from the point of view of mathematical analysis, simulations, and measurements. Tests were performed to detect the presence of water in hydraulic ducts and moisture of wood samples. The results indicate that evaluated sensors serve the purpose and can be used for their specific applications.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento de biofeedback para utilização por fisioterapeutas no tratamento de pacientes portadores de pé equino. Normalmente o pé equino está relacionado a uma das sequelas de um acidente vascular cerebral e é caracterizado pela dificuldade no controle motor do membro afetado, muitas vezes apresentando limitações relacionadas à sensibilidade e dificuldade em manter o calcanhar em contato com o solo durante a marcha. O equipamento foi construído com base no conceito de biofeedback, apresentando ao paciente, em tempo real, informações relacionadas à intensidade de força aplicada nos membros inferiores. O equipamento é composto de sensores de força flexíveis alojados em um par de sandálias, ligados a um circuito eletrônico microcontrolado. Todo o processamento é realizado por um MSP430, e a comunicação é feita por sinais de rádio através de um módulo CC1101. Os dados são apresentados em uma interface de software em um computador portátil a uma taxa de atualização de 20 Hz. O software possui diversas funcionalidades para atender tanto as necessidades dos fisioterapeutas quanto dos pacientes. Do ponto de vista do paciente, a interface apresenta um visual simples e objetivo, facilitando o entendimento das variações de força, apresentadas na forma de barras verticais. Foram utilizados também recursos visuais e sonoros para enfatizar aos pacientes quando os objetivos estipulados para seu tratamento foram atingidos. Outras funcionalidades foram desenvolvidas para que os fisioterapeutas tenham a opção de customizar a interface de biofeedback de acordo com a necessidade de cada paciente, além de possibilitar o armazenamento de todos os dados dos sensores para análises posteriores. O protótipo foi testado em 20 voluntários durante 10 sessões de fisioterapia, sendo 10 portadores da disfunção pé equino e outros 10 normais para compor um grupo de controle. O objetivo principal do protocolo fisioterapêutico foi melhorar a manutenção do contato como o solo no calcanhar afetado. Os valores de pressão no calcanhar afetado de todas as das sessões foram adquiridos a uma taxa de 20 Hz, armazenados e analisados segundo as seguintes métricas: média, máximos e somas acumuladas. Também foi realizada a avaliação de Berg para todos os voluntários. Os resultados demonstraram que, para as métricas analisadas e também para a avaliação de Berg, houve uma evolução em todos os pacientes. This work describes the development of a biofeedback device to be used by physiotherapists during treatment of patients with equinus foot. Normally the equinus foot is related to one of the sequelae of a stroke and is characterized by difficulty in motor control of the affected limb, often resulting in limitations on sensitivity. The equipment was built on the concept of biofeedback, presenting to the patient, in real time, information related to the intensity of the forces applied to the lower limbs. The equipment consists of flexible force sensors accommodated in a pair of sandals, connected to a microcontrolled electronic circuit. The whole processing is performed by an MSP430, and the communication is done by radio signals through a CC1101 module. The data is presented in a software interface on a laptop computer at a refresh rate of 20 Hz. The software has many features to meet both the needs of physiotherapists as patients. From the point of view of patients, the interface was designed to be simple and objective, facilitating the understanding of force variations that change dynamically at the exact moment when the sensors are pressed. Visual signs and sound were also used to emphasize to patients when the goals established for their treatment has been reached. Other features were developed specifically for physicaltherapists, giving them the option to customize the biofeedback interface according to the needs of each patient, and also allowing the storage of all data transferred by the sensors for further analysis. A prototype was developed and tested on 20 volunteers over 10 sessions of physical therapy, 10 patients with equinus foot dysfunction, and 10 normal people to compose a control group. At the end of the treatment period, the data were analyzed by session, according to the average forces, the maximum values reached, the accumulated sums and Berg assessments. The results revealed an evolution in all patients, some of them in a greater degree and others in lower degree of progress.

Os sistemas fotovoltaicos tem se difundido mundialmente como uma tecnologia de energia limpa que pode ser utilizada na maior parte do planeta Terra. Isto o torna um sistema muito interessante para geração distribuída. A peça fundamental para o aproveitamento da energia fotovoltaica na geração distribuída é o inversor conectado a rede elétrica. Assim o rendimento deste equipamento influencia diretamente no aproveitamento da energia gerada pelos painéis fotovoltaicos e consequentemente no tempo em que o sistema se paga. O comportamento sazonal da geração de energia, onde o inversor trabalha na maior parte do tempo entre 10% e 90% da capacidade, principalmente em sistemas sem rastreamento, não permite que o inversor seja avaliado somente pelo seu rendimento em plena carga, mas pela curva de rendimento completa em toda faixa de operação. O método proposto para a melhora do rendimento do sistema em baixas potências é a utilização de inversores de baixa potência conectados a rede elétrica em paralelo trabalhando de maneira escalonada. Assim, em baixas potências o rendimento é mais elevado que se fosse utilizado um único inversor. Neste trabalho são avaliados também as consequências do paralelismo na taxa de distorção harmônica da corrente e as vantagens de ampliação na vida útil dos equipamentos e o recurso de redundância. Foram implementados 4 inversores de 300W de saída, na topologia ponte completa com frequência de comutação e amostragem de 21,6kHz, controlados cada um por um DSC 56F8014 da Freescale, e um dispositivo para monitoração dos inversores utilizando um microcontrolador PIC18F4520. Todos os dispositivos possuem interface de comunicação UART isolada com protocolo LIN. Os inversores foram testados em operação com modo de compartilhamento de potência contínuo, onde todos os inversores operam com parcelas identicas de potência, e no modo escalonado, onde os inversores entram em operação sob a demanda da potência a ser processada. Os resultados apresentam uma melhora de 3,7% no rendimento entre o sistema de compartilhamento de potência contínuo e escalonado, avaliados pelo rendimento ponderado do sistema (IEC-61836). Photovoltaic systems have been spreading globally as a clean energy technology that can be used in most of the planet Earth. This makes it a very interesting system for distributed generation. The key to the use of photovoltaics in distributed generation inverter is connected to the power grid. Thus the performance of this equipment directly influences the use of energy generated by the photovoltaic panels and consequently the time that the system pays for itself. The seasonal behavior of power generation, where the drive works most of the time between 10% and 90% of capacity, especially in systems without tracking, does not allow the drive to be evaluated not only by their performance at full load, but the full yield curve throughout the operating range. The proposed method improves the system performance at low power is the use of low power inverters connected in parallel to mains electricity working in installments. Thus, in the low power output is higher than if a single drive were used. This work also evaluated the consequences of parallelism in the rate of harmonic current distortion and benefits of expanding the life of the equipment and the use of redundancy . We implemented four inverters 300W output full bridge topology with switching frequency of 21.6 kHz and sampling, each controlled by a Freescale 56F8014 DSC, and a device for monitoring the inverters using a PIC18F4520 microcontroler. All devices have isolated communication interface UART with LIN protocol. The inverters were tested in operation mode continuous power sharing , where all the inverters operate with identical plots power, and staggered where the inverters come into operation upon the demand of power being processed. The results show an improvement of 3,7% in revenue sharing system between the power and continued staggered valued at weighted yield of the system (IEC-61836). 5000

Com novas normas, incentivos governamentais e preocupação com questões ambientais, é esperado um crescimento no número de unidades de geradoras conectadas a rede a partir dos consumidores. Algumas questões técnicas relacionadas à elevada penetração de geração distribuída nos alimentadores de distribuição preocupam as concessionárias de energia, as quais buscam meios de prevenir possíveis efeitos indesejados no sistema elétrico. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um relé digital aplicado à proteção da conexão de geração distribuída na rede elétrica, com foco em microgeração e minigeração proveniente de geradores síncronos, assíncronos e inversores. O relé digital contempla as principais funções de proteção exigidas pelos procedimentos e normas de acesso nacionais, incluindo algoritmos anti-ilhamento. O seu funcionamento se dá pela medição das grandezas elétricas no ponto de conexão entre a geração distribuída e a rede elétrica, filtragem digital dos sinais e processamento dos algoritmos das funções de proteção. Como num relé digital convencional, as funções de proteção podem ser configuradas individualmente, permitindo construção de expressões lógicas e de bloqueio. O protótipo pode ser monitorado e controlado localmente, através de uma aplicação instalada em um computador e utilizando a rede Ethernet. O protótipo permite controle remoto pela concessionária através de uma rede de telecomunicação em malha instalada no sistema elétrico de distribuição, utilizando protocolo ZigBee. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre os efeitos e os problemas da geração distribuída no sistema elétrico, contextualizando o futuro das nossas redes de distribuição em relação a situação de países mais desenvolvidos nesse tema. Em seguida, são apresentadas as principais técnicas de processamento digital de sinais para relés digitais e o funcionamento das funções de proteção. Os detalhes do desenvolvimento do hardware, estratégias para filtragem digital e implementação dos algoritmos de proteção são apresentados. Algumas técnicas no algoritmo de filtragem e nas funções de proteção, como a medição de frequência trifásica utilizando a transformada de Clarke, são discutidas e avaliadas. Os resultados dos testes de funcionamento do protótipo, realizados em laboratório, são apresentados. Concluiu-se que o relé digital contempla um conjunto de proteções que abrange as principais normas para o acesso de geração distribuída no Brasil, pode ser utilizado como proteção de retaguarda para sistemas já dotados de proteções internas, como inversores, além de possibilitar o controle remoto de geração distribuída através da rede de telecomunicação em malha com protocolo ZigBee. With new standards, government incentives and concerns about environmental questions, is expected the growth of the number of generating units connected to the grid from consumers. Some technical issues related to the high penetration of distributed generation on distribution feeders concerns the power utilities, which look for solutions to prevent possible unwanted effects on the electrical system. This research presents the development of a digital relay applied to protect the interconnection of distributed generation in the grid, focusing on micro and mini electricity generation plants from synchronous and asynchronous generators, and inverters. The digital relay contains the main protection functions required by PRODIST and utilities standards, including anti-islanding algorithms. Its operation is given by the measurement of electrical parameters at the point between the distributed generation and grid, followed by digital signal filtering and protection algorithms processing. Like a conventional digital relay, the protection functions can be individually configured, it’s possible to build logical and blocking expressions with them. The prototype can be monitored and controlled by a personal computer connected in the same local network. The computer must run an interface program. The prototype allow remote control by the utilities, this communication is done by a mesh network installed along the electric distribution system, using the ZigBee protocol. It’s presented a review about the effects and problems caused in the electrical power system by the distributed generation, giving the context of the future Brazilian distribution network in relation to the actual situation of more experienced countries on distributed generation. Following, it’s presented the main technics of digital signal processing applied to digital relays and operation of the protection functions. So then, the details of the hardware development, digital filtering strategies and the implementation of the protection algorithms are presented. Some technics applied to the filtering algorithms and protection function, as the three-phase frequency measurement using Clarke’s transformation, are discussed and evaluated. The test results of the prototype operation are presented, the tests were done in laboratory. The digital relay contain a set of protection functions that covers the main standards of distributed generation access in Brazil, it’s possible to use as a backup protection for systems with protections embedded, as grid tie inverters, and the possibility of remote control of distributed generation through the mesh network with ZigBee protocol.

Fundação do Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) Nesta dissertação de mestrado é apresentada uma proposta de um método simples de compressão de dados sem perda para Redes de Sensores sem Fio (RSSF). Este método é baseado numa codificação Huffman convencional aplicada a um conjunto de amostras de parâmetros monitorados que possuam uma forte correlação temporal, fazendo com que seja gerado um dicionário Huffman a partir dessas probabilidades e que possam ser utilizadas em outros conjuntos de parâmetros de mesma característica. Os resultados de simulação usando temperatura e umidade relativa mostram que este método supera alguns dos mais populares mecanismos de compressão projetados especificamente para RSSF. In this masters thesis we present a lightweight lossless data compression method for wireless sensor networks(WSN). This method is based on a conventional Huffman coding applied to a sample set of monitored parameters that have a strong temporal correlation, so that a Huffman dictionary is generated from these probabilities, and which may be used in other sets of parameters with same characteristic. Simulations results using temperature and relative humidity measurements show that the proposed method outperforms popular compression mechanisms designed specifically for wireless sensor networks.

Este trabalho apresenta uma análise da propagação de sinais de TV Digital na faixa de UHF em ambientes internos. A partir da comparação de alguns modelos de propagação interna e externa referenciados na literatura para outras faixas de frequência e aplicação, um algoritmo foi desenvolvido com a finalidade de gerar um mapa de cobertura de sinal que exibe a potência de recepção no ambiente interno. Estas simulações foram comparadas com medidas em campo a partir de dois estudos de caso. O primeiro avalia a cobertura de sinal em um andar inteiro de um prédio e o segundo no interior de uma sala e comprovou-se que os modelos de propagação que foram estendidos à faixa de UHF podem ser empregados com precisão para se determinar o nível de recepção do sinal de TV digital. This work presents an analysis of signal propagation of Digital TV on the UHF range in indoor environments. Based on the comparison of some indoor and outdoor propagation models described on the literature, an algorithm was developed with the aim of generating a signal coverage map that exhibits the reception power on the indoor environment. These simulations were compared with field measurements divided in two case studies. The first one evaluates the signal coverage in an entire floor of one building and the second one inside a single room. It was proved that the propagation models that were extended to the UHF range can be used with high accuracy to determine the reception power level of the digital TV signal.

Este trabalho apresenta a morfologia matemática multiescalar com quatro escalas aplicada no sinal de eletrocardiografia para a detecção do complexo QRS. Para o desenvolvimento deste trabalho pluridisciplinar de Engenharia Biomédica foram utilizados conhecimentos de Cardiologia, Eletrocardiografia, Bioestatística, Processamento Digital de Sinais Biomédicos, Teoria de Detecção de Sinais, Análise ROC e Índices de Desempenho de Classificadores, interagindo com áreas da edicina, da Estatística, da Matemática, da Engenharia da Computação e da Engenharia Elétrica. Testes foram realizados com o banco de sinais de ECG do MIT/BIH. O desempenho do método foi avaliado através da curva ROC e do índice DER. Os resultados foram comparados com a morfologia multiescalar de uma, duas e de três escalas. Nos resultados foi observado que o método de morfologia multiescalar com quatro escalas, aplicado nas condições estabelecidas, apresentou índices melhores de detecção do complexo QRS, confirmando seu potencial no processamento de sinais biomédicos, dando suporte na manipulação do complexo QRS e oferecendo melhorias na detecção. This work presents the multiscale mathematical morphology with four scales applied in the ECG signal for detection of the QRS complex. To develop this Biomedical Engineering multidisciplinary work were used knowledge of Cardiology, Electrocardiography, Biostatistics, Biomedical Digital Signal Processing, Signal Detection Theory, ROC Analysis and Performance Classifiers Indexes, interacting with areas of Medicine, Statistics, Mathematics, Computer Engineering and Electrical Engineering. The tests were realized with MIT/BIH ECG signals database. The performance of the method was evaluated using ROC curves and the DER index. The results were compared with the multiscale mathematical morphology of one, two and three scales. In the results was observed that the multiscale mathematical morphology with four scales presented better indexes detection of the QRS complex, confirming its potential in biomedical signal processing, supporting the handling of the QRS complex and offering improvements in detection.

CAPES É um interesse permanente das entidades de teledifusão conhecer a região geográfica servida por suas emissões. Modelos computacionais podem fornecer informações detalhadas sobre a área coberta, ao implementar variados métodos de predição baseados em normas e recomendações. Enquanto tais métodos computacionais são indispensáveis à tomada de decisão dos órgãos reguladores, medir o sinal após sua implementação é atividade imprescindível para validar as predições, e para identificar precisamente áreas sem cobertura e orientar na sua solução. Analisar os diversos aspectos envolvidos, e validar uma metodologia prática para conhecer a cobertura real de um sistema de TV digital é o objetivo deste trabalho. Knowing the exact region served by a broadcasting station is a permanent interest. Computer models can produce detailed maps of the covered area, by implementing several prediction methods prescribed in specific regulations. While such computer methods are essential to the decision-making process of the regulatory boards, some field-work is still required to validate the predictions, as well as to investigate situations that may give rise to reception difficulties. The analysis of the several aspects involved, and the validation of a practical method for assessing the true coverage of the digital TV system adopted in Brazil is the purpose of this work.

CAPES Este trabalho tem como objetivo a análise, projeto e implementação de estratégias de controle repetitivo para aplicação em sistemas de alimentação ininterrupta de energia (UPS - Uninterruptible Power Supply). Inicialmente, a revisão da literatura aborda os controladores mais aplicados neste propósito. Uma visão geral sobre sistemas UPS é realizada, com foco em diferentes topologias e o projeto de um filtro indutivo capacitivo (LC), para reduzir o conteúdo harmônico proveniente das comutações do inversor, é discutido. Na sequência, uma estratégia de controle é proposta. Nesta estratégia um termo feedforward é utilizado para gerar a forma de onda da tensão de saída e um controlador do tipo proporcional derivativo (PD) é inserido para compensar distúrbios não cíclicos. Para compensação de distúrbios cíclicos, algumas técnicas de controle repetitivo são analisadas e implementadas. A adição destes controladores apresenta bom desempenho, porém, quando o sistema sofre interferências, as características dinâmicas destes controladores são afetadas. Modificações são realizadas para tornar o sistema menos suscetível a ruídos de alta frequência e a distúrbios aperiódicos. Ainda, é proposto um controlador repetitivo com adaptação do ganho que apresenta robustez suficiente para boa regulação de tensão mesmo na presença de distúrbios aperiódicos e interferências eletromagnéticas. Por fim, é descrita a implementação de uma plataforma flexível, baseado em um inversor PWM controlado por um processador digital de sinais com periféricos para aquisição de dados e geração de PWM, DSC TMS320F28335. A partir desta plataforma, foram obtidos resultados experimentais para um protótipo de uma UPS monofásica, os quais comprovam o desempenho das técnicas de controle apresentadas e propostas. This work presents an analysis, design and implementation of repetitive control strategies applied to uninterruptible power supplies (UPS) systems. At the beginning, a literature review of the main controllers concerning this purpose is shown. A global vision of UPS systems with focus on different topologies is made and the project of an inductive capacitive filter (LC) is presented where the goal is to reduce harmonic content due to the inverter switching. After that, a control strategy is presented. In this strategy a feed forward term is used to generate the wave form shape of the output voltage and a Proportional Derivative (PD) controller is introduced to compensate non cyclic disturbances. For the compensation of cyclic disturbs some repetitive control techniques are analyzed and implemented. The inclusion of these controllers provides a good performance for the output system, however, when the system is exposed to interferences, the dynamic characteristics of these controllers are affected. Modifications are presented to make the system less susceptible for high frequencies noise and aperiodic disturbs. In addition, a repetitive controller with gain adaptation is proposed with sufficient robustness to obtain a good voltage regulation even in the presence of aperiodic disturbances and electromagnetic interferences. Finally, the implementation of a flexible platform is presented, based on PWM inverter controlled by a digital signal processor with data acquisition and generation PWM peripherals, DSP TMS320F28335. From this platform, experimental results for a monophasic UPS prototype was obtained, which ones prove the performance of the control techniques presented and proposed.