Development of an instrumentation system embedded on FPGA for real time measurement of mechanical vibrations in rotating machinery

The real-time monitoring of events in an industrial plant is vital, to monitor the actual conditions of operation of the machinery responsible for the manufacturing process. A predictive maintenance program includes condition monitoring of the rotating machinery, to anticipate possible conditions of failure. To increase the operational reliability it is thus necessary an efficient tool to analyze and monitor the equipments, in real-time, and enabling the detection of e.g. incipient faults in bearings. To fulfill these requirements some innovations have become frequent, namely the inclusion of vibration sensors or stator current sensors. These innovations enable the development of new design methodologies that take into account the ease of future modifications, upgrades, and replacement of the monitored machine, as well as expansion of the monitoring system. This paper presents the development, implementation and testing of an instrument for vibration monitoring, as a possible solution to embed in industrial environment. The digital control system is based on an FPGA, and its configuration with an open hardware design tool is described. Special focus is given to the area of fault detection in rolling bearings. © 2012 IEEE.

Desenvolvimento de um sistema de medição de baixo custo para a monitoração de alimentadores aéreos de distribuição de energia elétrica da classe 15 KV

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de um nó de rede com diferentes interfaces de acordo com o padrão IEEE 1451 utilizando o processador nios II e o sistema operacional embarcado uclinux

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estratégia de redução de consumo de energia em redes de sensores sem fio heterogêneas utilizando lógica fuzzy

O avanço nas áreas de comunicação sem fio e microeletrônica permite o desenvolvimento de equipamentos micro sensores com capacidade de monitorar grandes regiões. Formadas por milhares de nós sensores, trabalhando de forma colaborativa, as Redes de Sensores sem Fio apresentam severas restrições de energia, devido à capacidade limitada das baterias dos nós que compõem a rede. O consumo de energia pode ser minimizado, permitindo que apenas alguns nós especiais, chamados de Cluster Head, sejam responsáveis por receber os dados dos nós que formam seu cluster e propagar estes dados para um ponto de coleta denominado Estação Base. A escolha do Cluster Head ideal influencia no aumento do período de estabilidade da rede, maximizando seu tempo de vida útil. A proposta, apresentada nesta dissertação, utiliza Lógica Fuzzy e algoritmo k-means com base em informações centralizadas na Estação Base para eleição do Cluster Head ideal em Redes de Sensores sem Fio heterogêneas. Os critérios usados para seleção do Cluster Head são baseados na centralidade do nó, nível de energia e proximidade para a Estação Base. Esta dissertação apresenta as desvantagens de utilização de informações locais para eleição do líder do cluster e a importância do tratamento discriminatório sobre as discrepâncias energéticas dos nós que formam a rede. Esta proposta é comparada com os algoritmos Low Energy Adaptative Clustering Hierarchy (LEACH) e Distributed energy-efficient clustering algorithm for heterogeneous Wireless sensor networks (DEEC). Esta comparação é feita, utilizando o final do período de estabilidade, como também, o tempo de vida útil da rede.

Roteamento multicamada baseado em eficiência energética e qualidade de enlace para redes de sensores sem fio

A pesquisa apresentada nesta dissertação descreve a elaboração de um protocolo de roteamento para aplicações de Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) em cidade inteligentes com forte restrição de energia e alta densidade de nodos. Através do estudo dos principais objetivos da comunicação de dados e do levantamento do estado-da-arte sobre os protocolos de roteamento e tecnologias para RSSF, a proposta contempla requisitos como: vazão de dados, confiabilidade de entrega e eficiência energética. A pesquisa apresenta em detalhes o protocolo AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector), bem como sua relevância no contexto de RSSF devido a sua popularidade entre as plataformas de dispositivos comercializados. Além disso, são apresentados protocolos derivados do AODV, e a ausência de uma proposta robusta capaz de contemplar os requisitos levantados. O protocolo REL (Routing by Energy and Link Quality) é o resultado da pesquisa levantada e a proposta de solução para roteamento plano sob demanda baseado em eficiência energética e qualidade de enlace para prover um roteamento escalável, capaz de realizar balanceamento de carga e prolongar o tempo de vida da rede. O protocolo REL foi avaliado através de simulação e tesbed, a fim de garantir validação da proposta em ambiente real de escala reduzida e simulado de alta densidade. Os resultados mostraram que o protocolo REL apresenta considerável melhoria de entrega de dados através da escolha de enlaces confiáveis de transmissão e menos suscetíveis a erro, além de moderado consumo de energia capaz de prolongar o tempo de vida da rede, evitando a saturação prematura de nodos.

Otimização de cobertura, consumo de energia, roteamento e agregação de dados em rede de sensores sem fio utilizando algoritmos genéticos e lógica fuzzy

As Redes de Sensores Sem Fio possuem capacidades limitadas de processamento, armazenamento, comunicação (largura de banda) e fonte de energia, além de possuírem características e requisitos básicos de uma RSSF como: necessidade de se auto-organizar, comunicação com difusão de curto alcance e roteamento com múltiplos saltos. Neste trabalho é proposto uma ferramenta que otimize o posicionamento e os pacotes entregues através do uso de Algoritmo Genético (AG). Para solucionar o problema de roteamento que melhore o consumo de energia e maximize a agregação de dados é proposto a utilização de lógica fuzzy no protocolo de roteamento Ad hoc Ondemand Distance Vector (AODV). Esta customização é intitulada AODV – Fuzzy for Wireless Sensor Networks (AODV-FWSN). Os resultados mostram que a solução proposta é eficiente e consegue prolongar a vida útil da RSSF e melhorar a taxa de entrega de dados quando comparado com soluções similares.

Proposta de gerenciamento de dados para monitoramento de saúde estrutural utilizando redes de sensores ópticos FBG

Devido às suas características únicas, redes de sensores ópticos têm encontrado aplicação em muitos campos, como em Engenharia Civil, Engenharia Geotécnica, Aeronáutica, Energia e Indústrias de Petróleo & Gás. Soluções de monitoramento baseadas nessa tecnologia têm se mostrado particularmente rentáveis e podem ser aplicadas às estruturas de grande porte, onde centenas de sensores devem ser implantados para medições a longo prazo de diferentes parâmetros mecânicos e físicos. Sensores baseados em Grades de Bragg em fibra (FBGs) são a solução mais comumente utilizada no Monitoramento de Saúde Estrutural (SHM) e as medições são realizadas por instrumentos especiais conhecidos como interrogadores ópticos. Taxas de aquisição cada vez mais elevadas têm sido possíveis utilizando interrogadores ópticos mais recentes, o que dá origem a um grande volume de dados cuja manipulação, armazenamento, gerenciamento e visualização podem demandar aplicações de software especiais. Este trabalho apresenta duas aplicações de software de tempo real desenvolvidas para esses fins: Interrogator Abstraction (InterAB) e Web-based System (WbS). As inovações neste trabalho incluem a integração, sincronização, independência, segurança, processamento e visualização em tempo real, e persistência de dados ou armazenamento proporcionados pelo trabalho conjunto das aplicações desenvolvidas. Os resultados obtidos durante testes em laboratório e ambiente real demonstraram a eficiência, robustez e flexibilidade desses softwares para diferentes tipos de sensores e interrogadores ópticos, garantindo atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade dos dados persistidos pelo InterAB e apresentados pelo WbS.

Estudo comparativo de sistemas de rádio digital sobre fibra aplicado a C-RAN

O objetivo deste trabalho é comparar aspectos relacionados ao uso de Multiplexação por Subportadora (SCM) em um sistema de transmissão de Rádio Digital sobre Fibra (DRoF) aplicado à Arquitetura de Acesso a Rádio Centralizado (C-RAN). Para isso, foram criados dois cenários que fazem uso da tecnologia DRoF, onde no primeiro, três subportadoras são transmitidas em um comprimento de onda e, para o segundo cenário, três comprimentos de onda são transmitidos, onde cada um possui uma única subportadora. Para ambas configurações é visado alimentar unidades de rádio remoto (RRH) localizadas na torre de transmissão. São analisados aspectos de desempenho da recepção, alcance das redes e complexidade do sistema para cada um dos cenários propostos. Além disso, são mostrados passo a passo como os sistemas foram construídos utilizando o software de simulação VPITransmissionMaker. Foram considerados para cada subportadora uma taxa de 250 Mbps, modulação 16-QAM, centrados na frequência de 5GHz. Os resultados obtidos demonstram que, para SCM-DRoF, uma Taxa de Erro de Bit (BER) de 10^-6 é mantida constante para enlaces de até 20 km. No segundo modelo, sem uso de SCM, um desempenho similar foi verificado, contudo com alcance de até 40 km. Dado o contexto da aplicação, os fatores desempenho e distância levam a crer que ambos cenários de transmissão podem ser utilizadas para C-RAN. Contudo, levando em consideração o custo e a complexidade no domínio óptico, o sistema utilizando SCM, comparativamente, possui mais vantagens. Conclui-se então que o uso de SCM apresenta-se como uma forte opção para aplicações no contexto das novas tecnologias de redes de acesso móvel.

NodePM: A Remote Monitoring Alert System for Energy Consumption Using Probabilistic Techniques

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo e simulação de redes de sensores em superfícies não-planas

This Bachelor’s Thesis of Bachelor of Computer Science defines a research and a network sensor simulation on non-planar surfaces . The report is composed of an introduction of the research, a theoretic study, a state of the art and a historic context of sensor network. The simulation consists of the formation of terrain, node’s random distribution and a production and a transmission of the node’s packages. Based on these three important topics , the exchange of information/packages between multiple nodes is through breadth-first search algorithm. The active nodes, node quantity and operation range are also defined in the program. After the program analysis the node activation, the packages are created and transmitted to the next node. This process occurs many times and help on the analysis of the sensor network on non-planar surfaces parameters

Avaliação da influência do enriquecimento ambiental nas variáveis comportamentais de saguis-de-cara-branca (Callithrix geoffroyi) em cativeiro

Six species of the genus Callithrix can be found across the Atlantic Forest extension, being the Callithrix geoffroyi, Geoffroy`s marmoset, the least studied species. The objective of this study is to investigate the behavioral aspects of the species in captivity, and how the environmental enrichment techniques influence those behaviors. To this end, we have studied three specimens of C. geoffroyi, in captivity at Municipal Zoo of Piracicaba, São Paulo. The enclosure includes a 37m2 with under masonry, concrete platforms with external deep, trunks, a floor of grass and soil, e grid in their other three sides. The sampling method was focal per time interval, with records every 30 seconds in sessions of 30 minutes, totaling 30 hours for each animal, which were distributed in a baseline phase, an environmental enrichment phase and post-enrichment phase (n = 3660 records in each phase). The twelve enrichment techniques were applied: the physical environment (branches for perches and hoses fabrics for bedding and vanishing points), cognitive (radio, mirror, puzzle food) and food (insects, flowers and eggs hidden, wrapped). Initially, to determine the period of greatest activity of marmosets, we investigated the pattern of activity for three days (9:00 am to 17:00 pm) consecutively at intervals of 15 minutes, recording the number of active and inactive individuals. The 495 records signaled greater activity in the morning, then selected period for the completion of this work. The ethogram comprised 16 behaviors. The inactivity was the predominant phase behavior baseline and post-enrichment with a significant decrease (h=8,62, p <0.01) in the enrichment phase, and a significant increase in the post enrichment (h=18,15, p <0.001). The same was seen for the use of substrate (grid and ground vs. Trunk and concrete, h=5,09, p <0.001 and h=3,98, p <0.05)... (Complete abstract click electronic access below)

Modelo de simulação NS-2 para o protocolo DNP3 sobre o protocolo de rede sem fio IEEE 802.15.4 para simulação de baixo custo de aplicação smart grid

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Desenvolvimento de um sistema de SHM sem fio e com compensação automática de temperatura

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

SMAC multi-hop mesh routing protocol using IEEE 802.15.4

This paper discusses some aspects related to Wireless Sensor Networks over the IEEE 802.15.4 standard, and proposes, for the very first time, a mesh network topology with geographic routing integrated to the open Freescale protocol (SMAC - Simple Medium Access Control). For this is proposed the SMAC routing protocol. Before this work the SMAC protocol was suitable to perform one hop communications only. However, with the developed mechanisms, it is possible to use multi-hop communication. Performance results from the implemented protocol are presented and analyzed in order to define important requirements for wireless sensor networks, such as robustness, self-healing property and low latency. (c) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Infraestructura polivalente basada en sensores inalámbricos aplicada a la monitorización medioambiental georreferenciada.

Máster Universitario en Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería (SIANI)