Conversores DC-DC comutados de elevado rendimento para sensores de imagem

Nesta tese de mestrado em engenharia telecomunicações e redes de energia, fez-se um estudo sobre conversores DC-DC comutados de elevado rendimento para sensores de imagem. Onde o principal objetivo é que se desenvolva, em ambiente industrial, um conversor DC-DC de alto rendimento que seja capaz de criar uma tensão inferior à sua alimentação. De salientar que o conversor foi implementado, quase na totalidade, sob a forma de circuito integrado, na tecnologia CMOS 0,35 μm. A implementação deste trabalho foi realizada por meio de um estágio na empresa de sensores de imagem Awaiba. No desenvolvimento do conversor DC-DC inicializou-se o estudo com um regulador de condensadores comutados, com uma arquitetura simples, em que se verificou, através de simulações realizadas num software específico para circuitos integrados - Design Arquitect-IC, que este regulador, apesar de estabilizar a tensão de saída na pretendida, não apresentava alto rendimento, ficando pelos 62%. Na sequência do estudo, na tentativa de melhorar as características do regulador de condensadores comutados, desenvolveu-se um conversor DC-DC com um filtro passa baixo na saída. Verificou-se, através de simulação que este conversor apresentava um rendimento de 92%, onde a sua tensão de alimentação é de 3,3 V e consegue regular na sua saída uma tensão variável entre 1,4 V e 2,2 V, suportando uma corrente máxima de 200 mA. É de referir que o conversor desenvolvido apresenta um tempo de resposta de 20 μs quando ocorre um consumo de corrente com variação em escalão. Sendo um conversor adequado para alimentar sensores de imagem e com elevado rendimento.

Simulação de um sistema aerogerador com controlo óptimo predictivo

Nesta dissertação de mestrado propõe-se simular um sistema para melhorar a qualidade da energia eléctrica produzida por um parque eólico, utilizando conversores multinível NPC costas com costas e controlo óptimo predictivo. Neste trabalho é feito o controlo da potência activa e reactiva que é fornecida à rede de energia eléctrica, a partir de um gerador eólico e é optimizada a forma de onda alternada e sinusoidal de tensão trifásica sem neutro, minimizando o tremor das correntes e a distorção harmónica total, contribuindo para melhorar a qualidade de energia da rede ou de sistemas de alimentação para aplicações críticas como são os sistemas de telecomunicações. Recorre-se ao Matlab/Simulink para simular e comparar os resultados obtidos no sistema de conversão de energia de um parque eólico com o conversor costas com costas com controlo óptimo predictivo com os resultados obtidos com o conversor costas com costas PWM, disponível na biblioteca do software de simulação.

Sistema de medição de energia baseado no medidor de energia Teridian 71M6515H

Esta tese de mestrado descreve o desenvolvimento, implementação e teste de um sistema de medição de energia concebido para um ambiente doméstico, baseado no circuito integrado medidor de energia Teridian 71M6515H. O sistema desenvolvido envia periodicamente os valores monitorizados para uma base de dados, através de uma rede sem fios com base no protocolo IEEE 802.11 (Wi-Fi). Os dados podem ser acedidos remotamente em tempo real, através de uma página na internet, onde é possível consultar a quantidade de energia consumida acumulada. Na primeira fase deste trabalho realizou-se o enquadramento do tema no contexto atual, realizando-se o estudo de alguns sistemas domésticos de monitorização do consumo de energia elétrica existentes no mercado. Numa segunda fase foi realizado o estudo dos componentes a serem utilizados, o desenho da placa de circuito impresso e o desenvolvimento do firmware, para que todo o processamento e manipulação dos dados fossem realizados pela unidade de aquisição de dados. Em seguida procedeu-se à construção da unidade de aquisição e à programação para o registo dos valores numa base de dados. A última fase consistiu nos testes de funcionamento da unidade de aquisição em conjunto com a aplicação de registo de dados. Com a implementação do sistema desenvolvido o consumidor doméstico poderá ter conhecimento, em tempo real, do custo de funcionamento dos equipamentos que possui e assim tomar decisões para os utilizar de forma mais racional, o que se pode traduzir numa economia dos recursos energéticos.

Otimização de microprodução em redes inteligentes de energia

As energias renováveis têm-se tornado uma alternativa viável e complementar aos combustíveis fósseis, pelo facto de serem energias virtualmente inesgotáveis, limpas e economicamente vantajosas. Um dos principais problemas associados às fontes de energia renováveis é a sua intermitência. Este problema impossibilita o controlo da produção de energia e reflete-se na qualidade da energia elétrica. Em sistemas de microprodução de energia, este problema pode ser atenuado com a inclusão de sistemas de armazenamento intermédio que possibilitam o armazenamento do excedente extraído das fontes renováveis, podendo ser utilizado como recurso auxiliar na alimentação de cargas ou como meio de estabilização e otimização do desempenho da Rede Elétrica de Energia (REE), evitando variações bruscas na energia transferida para a mesma. Os sistemas de microprodução com armazenamento intermédio podem ser considerados fundamentais na implementação do conceito de Rede Inteligente de Energia (RIE), visto serem sistemas de energia descentralizados que permitem uma melhor gestão da energia elétrica e uma consequente redução de custos. No presente trabalho desenvolveu-se um sistema de microprodução de energia renovável compatível com as fontes renováveis fotovoltaica e eólica, possuindo um banco de baterias como sistema de armazenamento intermédio. A construção deste sistema teve como principal objetivo seguir as referências de potência impostas pela RIE, independentemente das condições meteorológicas, com recurso à energia armazenada nas baterias, evitando a introdução de perturbações na REE ao nível da tensão e da frequência. Estudou-se o comportamento do sistema na ocorrência de variações bruscas da fonte renovável, perturbações na tensão da REE e introdução de cargas lineares e não lineares. Foi desenvolvido um protótipo experimental com painéis fotovoltaicos, no qual foram registados os valores de alguns parâmetros da qualidade da energia elétrica. Obteve-se uma resposta de aproximadamente 25 μs por parte das baterias para cada Watt de potência requisitado pela RIE.

Potencial solar dos edifícios públicos da RAM

As energias renováveis têm sido cada vez mais a alternativa encontrada para substituir o uso dos combustíveis fósseis na produção de energia. Neste contexto, surge a oportunidade de realizar um estudo sobre o “Potencial Solar dos Edifícios Públicos da RAM” como objeto de trabalho desta tese de Mestrado em Engenharia de Telecomunicações e Redes de Energia (METRE). Pretende-se que este estudo sirva para impulsionar o investimento nesta área por parte dos decisores regionais, dotando-os de um estudo do potencial de produção de energia solar nos edifícios públicos da RAM. Através de estudos desenvolvidos pelo LREC, ERAMAC - Maximização da Penetração das Energias Renováveis e Utilização Racional da Energia nas Ilhas da Macaronésia, e do Joint Research Centre (JRC), contendo dados do Instituto Meteorológico (IM), da Agência Regional da Energia e Ambiente da Região Autónoma da Madeira (AREAM), do LREC e do World Meteorological Organization (WMO), avaliou-se a radiação solar na RAM, através de tabelas e mapas de radiação solar, contendo a radiação solar global diária média mensal e média anual. Posteriormente fez-se uma análise da oferta do mercado atual de painéis fotovoltaicos (PV) em termos de eficiência, distinguindo as várias gerações de tipos de painéis introduzidos no mercado. Foram realizadas várias pesquisas em diversas áreas de energias renováveis e tecnologias existentes para, posteriormente, se realizar uma seleção e introspeção da informação essencial ao tema de forma a definir-se a fase de desenvolvimento desta tese. Com o auxílio da ferramenta computacional Quantum GIS, foram identificados alguns edifícios públicos com a dimensão e exposição solar apropriada para a colocação de sistemas solares nos mesmos. De seguida, foi realizado uma análise do preço pago/recebido por kWh consumido/produzido e cinco casos de estudos, nos quais foram focados os diferentes impactos de várias tecnologias solares nos prédios públicos da RAM, avaliando financeiramente os custos e retorno do investimento na aplicação destas tecnologias em cada caso, através das ferramentas computacionais, SolTerm e RETScreen. Finalmente retirou-se as respetivas conclusões acerca das opções tomadas, por exemplo, na escolha das tecnologias solares a implementar, os seus custos, o retorno do investimento, preços dos painéis fotovoltaicos, entre outros.

Sistema de replicação de circuitos integrados digitais baseado em análise comportamental

Nesta dissertação de mestrado é desenvolvido um sistema de replicação de circuitos integrados digitais (combinatórios e sequenciais), por observação do seu normal funcionamento. O sistema desenvolvido carateriza-se pela capacidade de extrair e descrever na linguagem VHDL o comportamento de um circuito integrado digital em funcionamento, utilizando técnicas não invasivas e automatizadas, suportado por um vasto conjunto de algoritmos de aquisição e análise de dados. O sistema desenvolvido assenta em dois módulos principais: um módulo de software que consiste numa plataforma de algoritmos de análise, controlo e gestão do sistema (alojada num computador) e um módulo de aquisição de dados (hardware) que consiste num circuito capaz de realizar as medições necessárias para o funcionamento do sistema, comandado pelo módulo de software. A comunicação entre os dois módulos é efetuada via porta série. Os algoritmos desenvolvidos realizam uma análise da correspondência entre entradas e saídas procurando aplicar uma aproximação a um circuito combinatório se possível, caso contrário são utilizados métodos heurísticos para efetuar uma aproximação a um circuito sequencial através de uma máquina de estados. Entradas ou saídas constantes são previamente identificados e excluídos do processo de análise, para efeitos de simplificação. Os resultados obtidos demonstram que é possível replicar o comportamento observado em circuitos digitais (combinatórios e sequenciais) desde que o número de amostras recolhidas seja adequado. Verifica-se ainda que o método desenvolvido replica a funcionalidade do circuito integrado nas condições onde o circuito está inserido.

Sincronização de múltiplas câmaras e controlo de iluminação sobre uma plataforma FPGA

O objetivo deste projeto foi o de realizar a sincronização de pelo menos quatro câmaras individuais, ajustando dinamicamente o frame rate de operação de cada câmara, tendo por base a família de sensores de imagem CMOS NanEye da empresa Awaiba, numa plataforma FPGA com interface USB3. Durante o projeto analisou-se, com a assistência de um supervisor da Awaiba, o sistema core de captura de imagem existente, baseado em VHDL. Foi estudado e compreendido o princípio do ajuste dinâmico do frame rate das câmaras. Tendo sido então desenvolvido o módulo de controlo da câmara, em VHDL, e um algoritmo de ajuste dinâmico do frame rate, sendo este implementado junto com a plataforma de processamento e interface da FPGA. Foi criado um módulo para efetuar a monitorização da frequência de operação de cada câmara, medindo o período de cada linha numa frame, tendo por base um sinal de relógio de valor conhecido. A frequência é ajustada variando o nível de tensão aplicado ao sensor com base no erro entre o período da linha medido e o período pretendido. Para garantir o funcionamento conjunto de múltiplas câmaras em modo síncrono foi implementada uma interface Master-Slave entre estas. Paralelamente ao módulo anteriormente descrito, implementou-se um sistema de controlo automático de iluminação com base na análise de regiões de interesse em cada frame captada por uma câmara NanEye. A intensidade de corrente aplicada às fontes de iluminação acopladas à câmara é controlada dinamicamente com base no nível de saturação dos pixéis analisados em cada frame. Foram desenvolvidas e implementadas variantes do algoritmo de controlo e o seu desempenho foi avaliado em laboratório. Os resultados obtidos na prática evidenciam que a solução implementada cumpre os requisitos de controlo e ajuste da frequência de operação de múltiplas câmaras. Mostrou ser um método de controlo capaz de manter um erro de sincronização médio de 3,77 μs mesmo na presença de variações de temperatura de aproximadamente 50 °C. Foi também demonstrado que o sistema de controlo de iluminação é capaz de proporcionar uma experiência de visualização adequada, alcançando erros menores que 3% e uma velocidade de ajuste máxima inferior a 1 s.

Cozinha da Madeira website: the online touchpoint for a sustainability oriented service of Madeira Island

Over the past several years technology has been evolving in a way that it has become crucial for most businesses and companies to have interactive technology enabled touchpoints available online. Such interactive touchpoints can be developed as mobile application, webpages, or even through social networks. In the end such touchpoints will most surely represent the most easily reachable and marketable side of the business. Today selling a product alone is no longer enough to make consumers satisfied and complete, businesses and business models are changing. Increasingly, companies are choosing to not just sell products but to combine both sale and service. These service-based approaches will provide the client with a unique and personalized experience of what the company is selling. By selling a service the company transmits values that are more complex than the simple selling of a product. A service is something immaterial, happens over time and exists in the moment of the delivery. When conceiving and designing services, the use of the new technologies becomes a crucial step in order to craft touchpoints that facilitate the whole experience cycle of the service, from attracting, orienting, interacting and retaining the client, as well as providing later support to the consumer to advocate for the service itself. This thesis reports on the design and implementation of the online touchpoint of Cozinha da Madeira, which is a service designed to support tourism, specifically promoting the discovery of tradition and landscapes in the island of Madeira. Such touchpoint developed in the form of a website, embodies completely or partially various stages of the Service Experience cycle, from attracting and connecting, orienting, interacting as well as retaining and advocating. Through this thesis we will describe the design and implementation of such touchpoint as well as the evaluation and possible future implications.

Desenvolvimento de software na Ad Infinitum Business

Este relatório tem como objetivo apresentar e descrever alguns projetos realizados, metodologias utilizadas e toda a experiência que adquiri durante o meu estágio curricular para finalizar o curso de Mestrado em Engenharia Informática da Universidade da Madeira. O principal objetivo deste estágio foi experienciar um ambiente empresarial e ganhar alguma experiência profissional, algo que é bastante requisitado no mercado de trabalho nos dias de hoje. Neste relatório estão referenciadas algumas das responsabilidades que me foram atribuídas, como a liderança de uma equipa e a apresentação de algumas soluções para certos problemas técnicos, bem como a implementação das mesmas. Serão também caracterizadas e criticadas algumas decisões, procedimentos e metodologias utilizadas pela empresa que afetaram de certa forma o desenvolvimento de software de um ponto de vista geral e o próprio sucesso da empresa. Este relatório poderá servir de exemplo, não só para soluções para um problema técnico semelhante aos que aqui apresentei, mas também demonstrar o resultado de certos procedimentos e metodologias utilizadas na empresa no desenvolvimento de software.

Integrating eye tracking in virtual reality for stroke rehabilitation

This thesis reports on research done for the integration of eye tracking technology into virtual reality environments, with the goal of using it in rehabilitation of patients who suffered from stroke. For the last few years, eye tracking has been a focus on medical research, used as an assistive tool  to help people with disabilities interact with new technologies  and as an assessment tool  to track the eye gaze during computer interactions. However, tracking more complex gaze behaviors and relating them to motor deficits in people with disabilities is an area that has not been fully explored, therefore it became the focal point of this research. During the research, two exploratory studies were performed in which eye tracking technology was integrated in the context of a newly created virtual reality task to assess the impact of stroke. Using an eye tracking device and a custom virtual task, the system developed is able to monitor the eye gaze pattern changes over time in patients with stroke, as well as allowing their eye gaze to function as an input for the task. Based on neuroscientific hypotheses of upper limb motor control, the studies aimed at verifying the differences in gaze patterns during the observation and execution of the virtual goal-oriented task in stroke patients (N=10), and also to assess normal gaze behavior in healthy participants (N=20). Results were found consistent and supported the hypotheses formulated, showing that eye gaze could be used as a valid assessment tool on these patients. However, the findings of this first exploratory approach are limited in order to fully understand the effect of stroke on eye gaze behavior. Therefore, a novel model-driven paradigm is proposed to further understand the relation between the neuronal mechanisms underlying goal-oriented actions and eye gaze behavior.

Using Neo4J geospatial data storage and integration

Online geographic-databases have been growing increasingly as they have become a crucial source of information for both social networks and safety-critical systems. Since the quality of such applications is largely related to the richness and completeness of their data, it becomes imperative to develop adaptable and persistent storage systems, able to make use of several sources of information as well as enabling the fastest possible response from them. This work will create a shared and extensible geographic model, able to retrieve and store information from the major spatial sources available. A geographic-based system also has very high requirements in terms of scalability, computational power and domain complexity, causing several difficulties for a traditional relational database as the number of results increases. NoSQL systems provide valuable advantages for this scenario, in particular graph databases which are capable of modeling vast amounts of inter-connected data while providing a very substantial increase of performance for several spatial requests, such as finding shortestpath routes and performing relationship lookups with high concurrency. In this work, we will analyze the current state of geographic information systems and develop a unified geographic model, named GeoPlace Explorer (GE). GE is able to import and store spatial data from several online sources at a symbolic level in both a relational and a graph databases, where several stress tests were performed in order to find the advantages and disadvantages of each database paradigm.

SysPRE: systematized process for requirements engineering in knowledge discovery projects

The domain of Knowledge Discovery (KD) and Data Mining (DM) is of growing importance in a time where more and more data is produced and knowledge is one of the most precious assets. Having explored both the existing underlying theory, the results of the ongoing research in academia and the industry practices in the domain of KD and DM, we have found that this is a domain that still lacks some systematization. We also found that this systematization exists to a greater degree in the Software Engineering and Requirements Engineering domains, probably due to being more mature areas. We believe that it is possible to improve and facilitate the participation of enterprise stakeholders in the requirements engineering for KD projects by systematizing requirements engineering process for such projects. This will, in turn, result in more projects that end successfully, that is, with satisfied stakeholders, including in terms of time and budget constraints. With this in mind and based on all information found in the state-of-the art, we propose SysPRE - Systematized Process for Requirements Engineering in KD projects. We begin by proposing an encompassing generic description of the KD process, where the main focus is on the Requirements Engineering activities. This description is then used as a base for the application of the Design and Engineering Methodology for Organizations (DEMO) so that we can specify a formal ontology for this process. The resulting SysPRE ontology can serve as a base that can be used not only to make enterprises become aware of their own KD process and requirements engineering process in the KD projects, but also to improve such processes in reality, namely in terms of success rate.

Technologies that motivates healthy toothbrushing: practices through social translucence

Fifty percent of the European Union’s population suffers from an oral disease. Studies have repeatedly shown that while acquiring healthy toothbrushing practices early on in one’s life is of significance, children and adults often fail to adhere to those. In this thesis we attempt to design and prototype interactive technologies that motivate healthy tooth brushing habits on individuals. Rather than focusing on the technologies’ persuasive power over individuals, we tap on the social mechanisms employed by families. In this sense, we think of these technologies as social translucent rather than persuasive, whose goal is to raise awareness within the family on each other’s habits and that aim at leveraging families’ existing social mechanisms for behavior change, rather than replacing them. More specifically, we aim to gain insights with respect to the following questions: a) What are the drivers and barriers towards adhering to healthy tooth brushing behaviors? b) Can we effectively measure toothbrushing behaviors? c) How can technologies leverage family communication practices in motivating proper toothbrushing behaviors? First, we present two studies about children and adults’ tooth brushing behaviors and how these are influenced by social interactions within the family. Secondly, we present the design and prototyping of two systems that sense toothbrushing practices and provide feedback, using the Social Translucence Framework as a design lens. We conclude with an overview of lessons learnt from the prototyping of these systems supported by an analysis of the strengths and pitfalls of the developed technologies.

Breadcrumbs: location and context aware mobile platform for story sharing

With the current proliferation of sensor equipped mobile devices such as smartphones and tablets, location aware services are expanding beyond the mere efficiency and work related needs of users, evolving in order to incorporate fun, culture and the social life of users. Today people on the move have more and more connectivity and are expected to be able to communicate with their usual and familiar social networks. That means communications not only with their peers and colleagues, friends and family but also with unknown people that might share their interests, curiosities or happen to use the same social network. Through social networks, location aware blogging, cultural mobile applications relevant information is now available at specific geographical locations and open to feedback and conversations among friends as well as strangers. In fact, nowadays smartphone technologies aloud users to post and retrieve content while on the move, often relating to specific physical landmarks or locations, engaging and being engaged in conversations with strangers as much as their own social network. The use of such technologies and applications while on the move can often lead people to serendipitous discoveries and interactions. Throughout our thesis we are engaging on a two folded investigation: how can we foster and support serendipitous discoveries and what are the best interfaces for it? In fact, to read and write content while on the move is a cognitively intensive task. While the map serves the function of orienting the user, it also absorbs most of the user’s concentration. In order to address this kind of cognitive overload issue with Breadcrumbs we propose a 360 degrees interface that enables the user to find content around them by means of scanning the surrounding space with the mobile device. By using a loose metaphor of a periscope, harnessing the power of the smartphone sensors we designed an interactive interface capable of detecting content around the users and display it in the form of 2 dimensional bubbles which diameter depends on their distance from the users. Users will navigate the space in relation to the content that they are curious about, rather than in relation to the traditional geographical map. Through this model we envisage alleviating a certain cognitive overload generated by having to continuously confront a two dimensional map with the real three dimensional space surrounding the user, but also use the content as a navigational filter. Furthermore this alternative mean of navigating space might bring serendipitous discovery about places that user where not aware of or intending to reach. We hence conclude our thesis with the evaluation of the Breadcrumbs application and the comparison of the 360 degrees interface with a traditional 2 dimensional map displayed on the devise screen. Results from the evaluation are compiled in findings and insights for future use in designing and developing context aware mobile applications.

IP network usage accounting, parte 2: accounting system

O controlo de banda larga é um conceito importante quando lidamos com redes de larga escala. Os ISPs precisam de garantir disponibilidade e qualidade de serviço a todos os clientes, enquanto garantem que a rede como um todo não fica mais lenta. Para garantir isto, é necessário que os ISPs recolham dados de tráfego, analisem-nos e usem-nos para definir a velocidade de banda larga de cada cliente. A NOS Madeira implementou, durante vários anos, um sistema semelhante. No entanto, este sistema encontrava-se obsoleto, sendo necessário construir um novo, totalmente de raíz. Entre as limitações encontrava-se a impossibilidade de alterar os algoritmos de análise de tráfego, fraca integração com os serviços de gestão de rede da NOS Madeira e reduzida escalabilidade e modularidade. O sistema IP Network Usage Accounting é a resposta a estes problemas. Este projeto foca-se no desenvolvimento do subsistema Accounting System, o segundo dos três subsistemas que compõem o sistema IP Network Usage Accounting. Este subsistema, implementado com sucesso e atualmente em produção na NOS Madeira, é responsável por analisar os dados referidos acima e usar os resultados dessa análise para direcionar a disponibilidade de banda larga, de acordo com o uso da rede de cada cliente.