Fractional order modelling of fractional-order holds

Discrete time control systems require sample- and-hold circuits to perform the conversion from digital to analog. Fractional-Order Holds (FROHs) are an interpolation between the classical zero and first order holds and can be tuned to produce better system performance. However, the model of the FROH is somewhat hermetic and the design of the system becomes unnecessarily complicated. This paper addresses the modelling of the FROHs using the concepts of Fractional Calculus (FC). For this purpose, two simple fractional-order approximations are proposed whose parameters are estimated by a genetic algorithm. The results are simple to interpret, demonstrating that FC is a useful tool for the analysis of these devices.

Sistema de teste de transístores bipolares de junção e de efeito de campo

O estudo das curvas características de um transístor permite conhecer um conjunto de parâmetros essenciais à sua utilização tanto no domínio da amplificação de sinais como em circuitos de comutação. Deste estudo é possível obter dados em condições que muitas vezes não constam na documentação fornecida pelos fabricantes. O trabalho que aqui se apresenta consiste no desenvolvimento de um sistema que permite de forma simples, eficiente e económica obter as curvas características de um transístor (bipolar de junção, efeito de campo de junção e efeito de campo de metal-óxido semicondutor), podendo ainda ser utilizado como instrumento pedagógico na introdução ao estudo dos dispositivos semicondutores ou no projecto de amplificadores transistorizados. O sistema é constituído por uma unidade de condicionamento de sinal, uma unidade de processamento de dados (hardware) e por um programa informático que permite o processamento gráfico dos dados obtidos, isto é, traçar as curvas características do transístor. O seu princípio de funcionamento consiste na utilização de um conversor Digital-Analógico (DAC) como fonte de tensão variável, alimentando a base (TBJ) ou a porta (JFET e MOSFET) do dispositivo a testar. Um segundo conversor fornece a variação da tensão VCE ou VDS necessária à obtenção de cada uma das curvas. O controlo do processo é garantido por uma unidade de processamento local, baseada num microcontrolador da família 8051, responsável pela leitura dos valores em corrente e em tensão recorrendo a conversores Analógico-Digital (ADC). Depois de processados, os dados são transmitidos através de uma ligação USB para um computador no qual um programa procede à representação gráfica, das curvas características de saída e à determinação de outros parâmetros característicos do dispositivo semicondutor em teste. A utilização de componentes convencionais e a simplicidade construtiva do projecto tornam este sistema económico, de fácil utilização e flexível, pois permite com pequenas alterações

Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.

Automatização de sistema de medição múltiplo de ensaio de manómetros analógicos

A dissertação em apreço resultou da necessidade em otimizar os recursos técnicos, mas sobretudo humanos, afetos às verificações de instrumentos de medição, no âmbito do Controlo Metrológico Legal. Estas verificações, realizadas nos termos do cumprimento das competências outrora atribuídas à Direção de Serviços da Qualidade da então Direção Regional da Economia do Norte, eram operacionalizadas pela Divisão da Qualidade e Licenciamento, na altura dirigida pelo subscritor da presente tese, nomeadamente no que respeita aos ensaios efetuados, em laboratório, a manómetros analógicos. O objetivo principal do trabalho foi alcançado mediante o desenvolvimento de um automatismo, materializado pela construção de um protótipo, cuja aplicação ao comparador de pressão múltiplo, dantes em utilização, permitiria realizar a leitura da indicação de cada manómetro analógico através de técnicas de processamento de imagem, função esta tradicionalmente efetuada manualmente por um operador especializado. As metodologias de comando, controlo e medição desse automatismo foram realizadas através de um algoritmo implementado no software LabVIEW® da National Intruments, particularmente no que respeita ao referido processamento das imagens adquiridas por uma câmara de vídeo USB. A interface com o hardware foi concretizada recorrendo a um módulo de Aquisição de Dados Multifuncional (DAQ) USB-6212, do mesmo fabricante. Para o posicionamento horizontal e vertical da câmara de vídeo USB, recorreu-se a guias lineares acionadas por motores de passo, sendo que estes dispositivos foram igualmente empregues no acionamento do comparador de pressão. Por último, procedeu-se à aquisição digital da leitura do padrão, recorrendo à respetiva virtualização, bem como a uma aplicação desenvolvida neste projeto, designada appMAN, destinada à gestão global do referido automatismo, nomeadamente no que se refere ao cálculo do resultado da medição, erro e incerteza associada, e emissão dos respetivos documentos comprovativos.

Comunicações marítimas wi-fi usando a banda 5.8 ghz

Tendo em conta a popularidade que as comunicações Wi-Fi têm na atualidade em vários dispositivos como computadores portáteis, telemóveis ou tablets, sendo estes utilizados praticamente por qualquer pessoa, surgiu a ideia de utilizar esta tecnologia de baixo custo e isenta de licenciamento num cenário de comunicações marítimas. Neste contexto, esta permite fornecer o acesso à Internet em banda larga a grupos de embarcações, que atualmente recorrem a tecnologias de elevado custo (satélite) e/ou de banda estreita (rádios VHF). Com o acesso em banda larga, os proprietários poderão utilizar aplicações informáticas de interesse à atividade de negócio ou de lazer, até então só disponíveis junto à costa onde existe cobertura celular. Nesta tese pretende-se fazer um estudo teórico e prático sobre o alcance e respetivo desempenho de comunicações de banda larga em ambiente marítimo, utilizando parte da gama de frequências dos 5,8 GHz, isenta de licença, e a norma IEEE 802.11n. Para se utilizar equipamento produzido em massa a operar nessa gama, existem duas normas disponíveis, a IEEE 802.11a e a IEEE 802.11n. Optou-se pelo IEEE 802.11n pois os esquemas de codificação ao nível físico permitem débitos mais elevados e MIMO. Para a realização dos testes experimentais, foi necessário elaborar um protótipo de comunicação ponto a ponto, constituído por dois nós de comunicação. Um deles foi instalado numa embarcação de pesca em colaboração com a Associação Propeixe e o outro no Edifício Transparente, no Porto, em colaboração com a entidade gestora do edifício e a Associação Porto Digital. Tanto quanto se conhece é o primeiro teste de comunicações Wi-Fi realizado nestas condições a nível mundial. Os objetivos do trabalho foram atingidos. Foi possível estabelecer comunicações Wi-Fi na banda dos 5,8 GHz até cerca de 7 km com débito médio mínimo de 1 Mbit/s. O ambiente de testes desenvolvido e os resultados obtidos servirão de base para futuros trabalhos de investigação na área das comunicações marítimas.

Digital serious games and simulation games - comparison of two approaches to lean training

In an increasingly competitive and globalized world, companies need effective training methodologies and tools for their employees. However, selecting the most suitable ones is not an easy task. It depends on the requirements of the target group (namely time restrictions), on the specificities of the contents, etc. This is typically the case for training in Lean, the waste elimination manufacturing philosophy. This paper presents and compares two different approaches to lean training methodologies and tools: a simulation game based on a single realistic manufacturing platform, involving production and assembly operations that allows learning by playing; and a digital game that helps understand lean tools. This paper shows that both tools have advantages in terms of trainee motivation and knowledge acquisition. Furthermore, they can be used in a complementary way, reinforcing the acquired knowledge.

An embedded 1149.4 extension to support mixed-signal debugging

Debugging electronic circuits is traditionally done with bench equipment directly connected to the circuit under debug. In the digital domain, the difficulties associated with the direct physical access to circuit nodes led to the inclusion of resources providing support to that activity, first at the printed circuit level, and then at the integrated circuit level. The experience acquired with those solutions led to the emergence of dedicated infrastructures for debugging cores at the system-on-chip level. However, all these developments had a small impact in the analog and mixed-signal domain, where debugging still depends, to a large extent, on direct physical access to circuit nodes. As a consequence, when analog and mixed-signal circuits are integrated as cores inside a system-on-chip, the difficulties associated with debugging increase, which cause the time-to-market and the prototype verification costs to also increase. The present work considers the IEEE1149.4 infrastructure as a means to support the debugging of mixed-signal circuits, namely to access the circuit nodes and also an embedded debug mechanism named mixed-signal condition detector, necessary for watch-/breakpoints and real-time analysis operations. One of the main advantages associated with the proposed solution is the seamless migration to the system-on-chip level, as the access is done through electronic means, thus easing debugging operations at different hierarchical levels.

Projecto e implementação de osciloscópio digital baseado na norma IEEE1451.0

Os osciloscópios digitais são utilizados em diversas áreas do conhecimento, assumindo-se no âmbito da engenharia electrónica, como instrumentos indispensáveis. Graças ao advento das Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), os instrumentos de medição reconfiguráveis, dadas as suas vantagens, i.e., altos desempenhos, baixos custos e elevada flexibilidade, são cada vez mais uma alternativa aos instrumentos tradicionalmente usados nos laboratórios. Tendo como objectivo a normalização no acesso e no controlo deste tipo de instrumentos, esta tese descreve o projecto e implementação de um osciloscópio digital reconfigurável baseado na norma IEEE 1451.0. Definido de acordo com uma arquitectura baseada nesta norma, as características do osciloscópio são descritas numa estrutura de dados denominada Transducer Electronic Data Sheet (TEDS), e o seu controlo é efectuado utilizando um conjunto de comandos normalizados. O osciloscópio implementa um conjunto de características e funcionalidades básicas, todas verificadas experimentalmente. Destas, destaca-se uma largura de banda de 575kHz, um intervalo de medição de 0.4V a 2.9V, a possibilidade de se definir um conjunto de escalas horizontais, o nível e declive de sincronismo e o modo de acoplamento com o circuito sob análise. Arquitecturalmente, o osciloscópio é constituído por um módulo especificado com a linguagem de descrição de hardware (HDL, Hardware Description Language) Verilog e por uma interface desenvolvida na linguagem de programação Java®. O módulo é embutido numa FPGA, definindo todo o processamento do osciloscópio. A interface permite o seu controlo e a representação do sinal medido. Durante o projecto foi utilizado um conversor Analógico/Digital (A/D) com uma frequência máxima de amostragem de 1.5MHz e 14 bits de resolução que, devido às suas limitações, obrigaram à implementação de um sistema de interpolação multi-estágio com filtros digitais.

Digital storytelling: an integrated approach to language for the 21st century student

Societal changes have, throughout history, pushed the long-established boundaries of education across all grade levels. Technology and media merge with education in a continuous complex social process with human consequences and effects. We, teachers, can aspire to understand and interpret this volatile context that is being redesigned at the same time society itself is being reshaped as a result of the technological evolution. The language- learning classroom is not impenetrable to these transformations. Rather, it can perhaps be seen as a playground where teachers and students gather to combine the past and the present in an integrated approach. We draw on the results from a previous study and argue that Digital Storytelling as a Process is capable of aggregating and fostering positive student development in general, as well as enhancing interpersonal relationships and self-knowledge while improving digital literacy. Additionally, we establish a link between the four basic language-learning skills and the Digital Storytelling process and demonstrate how these converge into what can be labeled as an integrated language learning approach.

Creativity and digital spaces in the intercultural society

In Permanent Transit: Discourses and Maps of the Intercultural Experience builds interdisciplinary approaches to the study of migrations, traffics, globalization, communication, regulations, arts, literature, and other intercultural processes, in the context of past and present times. The book offers a convergence of perspectives, combining conceptual and empirical work by sociologists, anthropologists, historians, linguists, educators, lawyers, media, specialists, and literary studies writers, in their shared attempt to understand the many routes of the intercultural experience. In Permanent Transit: Discourses and Maps of the Intercultural Experience builds interdisciplinary approaches to the study of migrations, traffics, globalization, communication, regulations, arts, literature, and other intercultural processes, in the context of past and present times. The book offers a convergence of perspectives, combining conceptual and empirical work by sociologists, anthropologists, historians, linguists, educators, lawyers, media, specialists, and literary studies writers, in their shared attempt to understand the many routes of the intercultural experience.

VirtualECare: group support in collaborative networks organizations for digital homecare

Collaborative Work plays an important role in today’s organizations, especially in areas where decisions must be made. However, any decision that involves a collective or group of decision makers is, by itself complex, but is becoming recurrent in recent years. In this work we present the VirtualECare project, an intelligent multi-agent system able to monitor, interact and serve its customers, which are, normally, in need of care services. In last year’s there has been a substantially increase on the number of people needed of intensive care, especially among the elderly, a phenomenon that is related to population ageing. However, this is becoming not exclusive of the elderly, as diseases like obesity, diabetes and blood pressure have been increasing among young adults. This is a new reality that needs to be dealt by the health sector, particularly by the public one. Given this scenarios, the importance of finding new and cost effective ways for health care delivery are of particular importance, especially when we believe they should not to be removed from their natural “habitat”. Following this line of thinking, the VirtualECare project will be presented, like similar ones that preceded it. Recently we have also assisted to a growing interest in combining the advances in information society - computing, telecommunications and presentation – in order to create Group Decision Support Systems (GDSS). Indeed, the new economy, along with increased competition in today’s complex business environments, takes the companies to seek complementarities in order to increase competitiveness and reduce risks. Under these scenarios, planning takes a major role in a company life. However, effective planning depends on the generation and analysis of ideas (innovative or not) and, as a result, the idea generation and management processes are crucial. Our objective is to apply the above presented GDSS to a new area. We believe that the use of GDSS in the healthcare arena will allow professionals to achieve better results in the analysis of one’s Electronically Clinical Profile (ECP). This achievement is vital, regarding the explosion of knowledge and skills, together with the need to use limited resources and get better results.

Solução doméstica para televisão digital

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Áudio digital: uma abordagem ao áudio pela perspectiva de ensino

A sociedade contemporânea tem acompanhado a evolução da Internet, ligando cada vez mais pessoas que exigem mais dela a cada dia que passa e desencadeando uma proliferação tecnológica nunca antes observada. A utilização de recursos, como vídeo e áudio na Internet, tem ganho nos últimos anos um crescente interesse. No entanto, constata-se a carência ou falta de recursos educativos digitais na área do áudio, que sejam capazes de apresentar uma pedagogia eficiente face a um tema muito complexo e extenso, para todos aqueles que queiram aprender de forma mais aprofundada o áudio como componente de engenharia. Na internet, sites de vídeos como Youtube ensinam a usar software de edição de áudio como Audacity, conceitos sobre som e áudio. Contudo, todos estão espalhados, sendo que a maior parte deles não possui fundamentos científicos ou uma bibliografia que acompanhe os conteúdos que leccionam. A proposta desta investigação é pesquisar sobre conhecimentos e recursos de áudio, integrando-os num produto Learning Object, Investigar noções teóricas sobre o som, equipamentos e técnicas usadas na área, assim como obter melhores resultados num espaço para a gravação que o aluno poderia fazer, aglomerando esses conceitos num protótipo mediamente desenvolvido. Foi necessária uma investigação extensa nesta área e avaliar e investigar a possibilidade de um recurso educativo, como o DALCH, capaz de proporcionar uma aprendizagem efectiva dos conceitos relacionados com áudio, que é um conceito complexo. Uma vez realizada essa investigação, foi necessário desenvolver, testar e avaliar um produto Learning Object, que apresentasse o áudio na sua globalidade, desde conceitos básicos até conceitos inerentes à própria produção. Foi possível aferir que esta solução pode contribuir para a formação desses alunos mediante uma experiência de aprendizagem agradável e intuitiva.

Desenvolvimento de sistema de teste de caixas de controlo electrónico

O objectivo desta Tese/Dissertação é conceber um sistema para a BOSCH Termotecnologia S.A., na qual exerço as funções de Engenheiro de Qualidade de Fornecedores de peças electrónicas, que permita testar funcionalmente dois tipos de PCBA (Printed Circuit Board Assembled) utilizados em dois modelos de esquentador estanque com denominação Celsius e Celsius Plus, produzidos nesta empresa para mercados de todo o Mundo. Os PCBA foram desenvolvidos internamente pelo departamento de ENG (Departamento de Desenvolvimento) e são actualmente peças de compra cujo fornecedor está localizado na China. Em primeiro lugar foi efectuado um estudo das necessidades da empresa relativamente aos projectos necessários para melhorar os processos de investigação de falhas e melhoria de Qualidade dos fornecedores de peças electrónicas, no contexto do departamento onde este projecto se insere. A conclusão chegada foi que existe uma grande necessidade de investigar avarias nas PCBA de compra do fornecedor asiático de forma rápida e precisa, de modo a que seja possível trabalhar mais activamente e rapidamente na melhoria de Qualidade do mesmo, melhorando, por exemplo, os seus processos produtivos. Em segundo lugar concebeu-se a solução a realizar. Optou-se por um conjunto hardware e software desenvolvido de raiz, que inclui um jig (gabarit anti-erro – Poke Yoke) dotado de agulhas para o teste FCT (Functional Circuit Test), um hardware de aquisição de dados analógicos e digitais adquirido para o projecto, um hardware de interface entre o PC (Personal Computer) e o hardware de aquisição de dados, e um software desenvolvido em LabVIEW versão 8.6 (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench).

Redes “Fiber To The Home – FTTH”. O despertar de novos serviços de telecomunicações

Se ha poucos anos nao imaginavamos as nossas vidas sem o conforto proporcionado pela iluminacao artificial, fruto do desenvolvimento e proliferacao da producao, transporte e distribuicao de energia electrica, seguramente que nos dias de hoje e indissociavel juntar a esse mesmo conforto e estilo de vida a utilizacao dos meios de telecomunicacoes actuais. Com efeito, a vulgarizacao do uso de telemoveis, a recepcao e transmissao de dados a velocidades cada vez maiores, o aparecimento de televisao de alta definicao (TVAD) em substituicao do actual formato PAL, a surgimento de ofertas de novos servicos como o Video on Demand a par da emergente televisao digital terrestre constituem, seguramente, uma nova revolucao nas infra-estruturas de telecomunicacoes domesticas e profissionais. O sector das telecomunicacoes tem sido aquele que se encontra em pleno crescimento, com os fabricantes e operadores a lancarem novos produtos e solucoes de forma continuada, bem como uma atenta e perspicaz reaccao por parte dos legisladores. Assiste-se verdadeiramente na industria das telecomunicacoes a um movimento relacionado com a convergencia para as redes IP (“Internet Protocol”, ou Protocolo de Internet).