Embedded platform for ECG biometric recognition

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Projecto, montagem e teste de uma unidade modular de detecção de radiação Geiger-Muller

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Dimensionamento de estacas baseado nos princípios da dinâmica de cravação do SPT

Este trabalho insere-se no domínio da calibração energética dos equipamentos SPT, dando seguimento ao disposto na norma EN ISO 22476-3, de aplicação obrigatória em Portugal. Para tal foi utilizada uma vara instrumentada, cuja instrumentação consiste em strain-gauges e acelerómetros piezoeléctricos. Esta instrumentação encontra-se fixa a um trecho de vara com comprimento de 60 cm e para a aquisição dos dados foi utilizado o sistema SPT Analyzer® comercializado pela firma PDI. O sistema permite registar os dados provenientes da instrumentação: sinais de um par de strain-gauges, transformados em registos de força (F1 e F2) e sinais de um par de acelerómetros, convertidos em registos de velocidade (V1 e V2) ao longo do tempo. O equipamento permite a avaliação, em tempo real, da qualidade dos registos e da energia máxima transmitida à vara em cada golpe e o conhecimento do deslocamento vertical do trem de varas ocorrido em cada golpe do martelo. Por outro lado, baseando-se no tema acima referido, pretende-se ainda desenvolver esforços no sentido de melhorar o novo método interpretativo dos resultados dos ensaios SPT e sua aplicação ao dimensionamento de estacas, dado que a previsão da capacidade de carga de estacas constitui um dos desafios da engenharia de fundações por requerer a estimativa de propriedades do solo, alterações pela execução da fundação e conhecimento do mecanismo de interacção solo-estaca. Este novo procedimento baseia-se nos princípios da dinâmica, rompendo com as metodologias até aqui consagradas, de natureza essencialmente empírica. A nova forma de interpretar os ensaios SPT, consubstanciada nos princípios de conservação de energia na cravação do amostrador SPT, irá permitir converter analiticamente o valor Nspt numa força dinâmica de reacção à penetração. A decomposição desta força dinâmica permite efectuar análises comparativas entre as resistências unitárias mobilizadas no amostrador SPT (modelo) e as mobilizadas na estaca (protótipo).

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

Sistema para monitorização cardiovascular

Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema capaz de adquirir e monitorizar num computador o sinal do electrocardiograma (ECG) e de detectar o pico R do complexo QRS do referido sinal. Numa primeira fase foi efectuado um estudo do sistema cardiovascular, de forma a compreender a actividade eléctrica do coração e dos diversos sinais que constituem o ECG. Foi efectuado um estudo sobre o sinal ECG, tendo sido estudadas as suas características, bem como técnicas e componentes básicos de aquisição e condicionamento do sinal, sendo também analisados diversos sistemas que efectuam a aquisição de ECG. Numa segunda fase foram estudadas as Field Programmable Analog Array (FPAA), analisando o estado da arte desta tecnologia, bem como os dispositivos disponíveis comercialmente. Após esta análise foram seleccionados os dispositivos FPAA, bem como o restante hardware e software necessários para a realização desta Tese. Foi desenvolvido um sistema de condicionamento de sinal ECG, e de detecção de pico R do complexo QRS, apenas com componentes analógicos discretos tendo sido analisados os resultados obtidos antes de se avançar para a fase seguinte. Após a realização do sistema com componentes discretos, foi implementado um sistema em que grande parte do condicionamento do sinal ECG é efectuado por duas placas de desenvolvimento FPAA, de forma a diminuir a quantidade de componentes e a obter um sinal com melhor resolução. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com o sistema desenvolvido. Para monitorizar o sinal ECG e o pico R num computador, foi desenvolvido um sistema em que os sinais são convertidos pelo conversor A/D de um microcontrolador, e enviados por comunicação série para um computador, sendo os valores obtidos visualizados numa aplicação em ambiente MATLAB.

Implementação do TFM na Sakthi Portugal com recurso à metodologia Kaizen

No âmbito da unidade curricular Dissertação/Projeto/Estágio do 2ºano do Mestrado em Engenharia mecânica – Ramo Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, o presente trabalho de dissertação foi enquadrado num projeto industrial de melhoria com Instituto Kaizen, empresa de consultoria operacional. O projeto foi desenvolvido numa empresa de produção de componentes em ferro nodular destinados à indústria automóvel do mercado europeu, a Sakthi Portugal,SA. A realização deste projeto teve como objetivo a implementação do sistema de planeamento em Pull (produção puxada) na logística interna da Sakthi Portugal,SA recorrendo à metodologia Kaizen. Esta metodologia consiste na aplicação de ferramentas de TFM - Total Flow Management, integradas no Kaizen Management System. Neste projeto recorreu-se especialmente a um dos pilares que o constituem, o pilar do “Fluxo da Logística Interna”. Neste pilar encontram-se as várias metodologias utilizadas na otimização do fluxo de material e informação na logística interna. Estas metodologias foram aplicadas, com o objetivo do sistema produtivo operar de acordo com a necessidade do cliente, obtendo deste modo a minimização dos custo e o aumento da produtividade e qualidade. Em resultado da aplicação da metodologia seguida, foi possível atingir-se os objetivos definidos inicialmente e em alguns casos foi possível superar esses objetivos. Em função da abordagem integrada que foi seguida, conseguiu-se uma diminuição do “lead time” do processo de fabrico, redução dos produtos em curso de fabrico, libertação de espaço e redução de inventários. Estas melhorias resultaram numa movimentação interna na fábrica mais facilitada e num aumento global da produtividade. Como consequência positiva dos efeitos deste trabalho, pode-se apontar o facto de que a Sakthi Portugal SA aumentou a sua competitividade por tornar-se numa empresa mais dinâmica, mais adaptada ao mercado e com níveis de satisfação do cliente muito superiores.

Inovar na produção de energia elétrica a partir do vento. O recurso a postes de eletricidade existentes

O vento é utilizado há milhares de anos para suprir as necessidades energéticas da atividade humana. A energia eólica é, como a maioria das fontes de energia renovável, uma forma de energia solar, tendo origem no aquecimento da atmosfera pelo sol, que põe em movimento as massas de ar. A rotação da terra, a forma e cobertura da superfície terrestre e os planos de água, influenciam por seu turno o regime dos ventos, ou seja, a velocidade, direção e variabilidade do vento num determinado lugar. Através de um gerador eólico é possível, pela rotação das pás, converter a energia cinética contida no vento em energia mecânica, que por sua vez é transformada em energia elétrica por intermédio de um gerador elétrico. Produz‐se desta forma energia “limpa”, amiga do ambiente. A energia eólica é já hoje, no mundo inteiro, a energia renovável que produz a maior quantidade de energia elétrica. Estima‐se que a energia total armazenada no vento seja 100 vezes superior a toda a energia necessária pela humanidade hoje. Contudo, esta forma de produção de energia elétrica ainda não foi explorada completamente. Como fazê‐lo utilizando os recursos existentes?

Simulation of offshore wind system with two-level converters: HVDC power transmission

A new integrated mathematical model for the simulation of offshore wind energy conversion system performance is presented in this paper. The mathematical model considers an offshore variable-speed turbine in deep water equipped with a permanent magnet synchronous generator using full-power two-level converter, converting the energy of a variable frequency source in injected energy into the electric network with constant frequency, through a high voltage DC transmission submarine cable. The mathematical model for the drive train is a concentrate two mass model which incorporates the dynamic for the structure and tower due to the need to emulate the effects of the moving surface. Controller strategy considered is a proportional integral one. Also, pulse width modulation using space vector modulation supplemented with sliding mode is used for trigger the transistor of the converter. Finally, a case study is presented to access the system performance. © 2014 IEEE.

Technical and economic assessment of energy from Tidal Currents

The present work aims to study the feasibility of deploying a farm of sea current turbines for electricity generation in Portugal. An approach to the tides, which are they, how they are formed, its prediction, is held. It is also conducted a study about the energy of sea currents and it is presented some technology about ocean currents too. A model of tidal height and velocity of the currents it is also developed. The energy produced by a hypothetical park, built in Sines (Portugal), is calculated and afterwards, an economical assessment is performed for two possible scenarios and a sensitivity analysis of NVP (Net Present Value) and LCOE (Levelized Cost of Energy) is figured. The conclusions about the feasibility of the projects are also presented. Despite being desired due to its predictability, this energy source is not yet economically viable as it is in an initial state of development. To push investment in this technology a feed-in tariff of, at least €200/MWh, should be considered.

Technical and economic assessment of energy from Tidal Currents

The present work aims to study the feasibility of deploying a farm of sea current turbines for electricity generation in Portugal. An approach to the tides, which are they, how they are formed, its prediction, is held. It is also conducted a study about the energy of sea currents and it is presented some technology about ocean currents too. A model of tidal height and velocity of the currents it is also developed. The energy produced by a hypothetical park, built in Sines (Portugal), is calculated and afterwards, an economical assessment is performed for two possible scenarios and a sensitivity analysis of NVP (Net Present Value) and LCOE (Levelized Cost of Energy) is figured. The conclusions about the feasibility of the projects are also presented. Despite being desired due to its predictability, this energy source is not yet economically viable as it is in an initial state of development. To push investment in this technology a feed-in tariff of, at least €200/MWh, should be considered.

Global-EDF scheduling of multimode real- time systems considering mode independent tasks

Embedded real-time systems often have to support the embedding system in very different and changing application scenarios. An aircraft taxiing, taking off and in cruise flight is one example. The different application scenarios are reflected in the software structure with a changing task set and thus different operational modes. At the same time there is a strong push for integrating previously isolated functionalities in single-chip multicore processors. On such multicores the behavior of the system during a mode change, when the systems transitions from one mode to another, is complex but crucial to get right. In the past we have investigated mode change in multiprocessor systems where a mode change requires a complete change of task set. Now, we present the first analysis which considers mode changes in multicore systems, which use global EDF to schedule a set of mode independent (MI) and mode specific (MS) tasks. In such systems, only the set of MS tasks has to be replaced during mode changes, without jeopardizing the schedulability of the MI tasks. Of prime concern is that the mode change is safe and efficient: i.e. the mode change needs to be performed in a predefined time window and no deadlines may be missed as a function of the mode change.

Run-time monitoring approach for the shark kernel

Typically common embedded systems are designed with high resource constraints. Static designs are often chosen to address very specific use cases. On contrast, a dynamic design must be used if the system must supply a real-time service where the input may contain factors of indeterminism. Thus, adding new functionality on these systems is often accomplished by higher development time, tests and costs, since new functionality push the system complexity and dynamics to a higher level. Usually, these systems have to adapt themselves to evolving requirements and changing service requests. In this perspective, run-time monitoring of the system behaviour becomes an important requirement, allowing to dynamically capturing the actual scheduling progress and resource utilization. For this to succeed, operating systems need to expose their internal behaviour and state, making it available to the external applications, usually using a run-time monitoring mechanism. However, such mechanism can impose a burden in the system itself if not wisely used. In this paper we explore this problem and propose a framework, which is intended to provide this run-time mechanism whilst achieving code separation, run-time efficiency and flexibility for the final developer.

A simulation of integrated photovoltaic conversion into electric grid

This paper presents a systemic modeling for a PV system integrated into an electric grid. The modeling includes models for a DC-DC boost converter and a DC-AC two-level inverter. Classical or fuzzy PI controllers with pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode control is used for controlling the PV system and power factor control is introduced at the output of the system. Comprehensive performance simulation studies are carried out with the modeling of the DC-DC boost converter followed by a two-level power inverter in order to compare the performance with the experimental results obtained during in situ operation with three commercial inverters. Also, studies are carried out to assess the quality of the energy injected into the electric grid in terms of harmonic distortion. Finally, conclusions regarding the integration of the PV system into the electric grid are presented. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Detection and diagnosis solutions for fault-tolerant VSI

This paper presents solutions for fault detection and diagnosis of two-level, three phase voltage-source inverter (VSI) topologies with IGBT devices. The proposed solutions combine redundant standby VSI structures and contactors (or relays) to improve the fault-tolerant capabilities of power electronics in applications with safety requirements. The suitable combination of these elements gives the inverter the ability to maintain energy processing in the occurrence of several failure modes, including short-circuit in IGBT devices, thus extending its reliability and availability. A survey of previously developed fault-tolerant VSI structures and several aspects of failure modes, detection and isolation mechanisms within VSI is first discussed. Hardware solutions for the protection of power semiconductors with fault detection and diagnosis mechanisms are then proposed to provide conditions to isolate and replace damaged power devices (or branches) in real time. Experimental results from a prototype are included to validate the proposed solutions.

Fifth harmonic and sag impact on PMSG wind turbines with a balancing new strategy for capacitor voltages

This paper deals with the computing simulation of the impact on permanent magnet synchronous generator wind turbines due to fifth harmonic content and grid voltage decrease. Power converter topologies considered in the simulations are the two-level and the three-level ones. The three-level converters are limited by unbalance voltages in the DC-link capacitors. In order to lessen this limitation, a new control strategy for the selection of the output voltage vectors is proposed. Controller strategies considered in the simulation are respectively based on proportional integral and fractional-order controllers. Finally, a comparison between the results of the simulations with the two controller strategies is presented in order to show the main advantage of the proposed strategy. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.