On the performance limits of slotted CSMA/CA in IEEE 802.15.4 for broadcast transmissions in wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 has been adopted as a communication protocol standard for Low-Rate Wireless Private Area Networks (LRWPANs). While it appears as a promising candidate solution for Wireless Sensor Networks (WSNs), its adequacy must be carefully evaluated. In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA medium access control (MAC) mechanism in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility and potential for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent), the number of nodes and the data frame size on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We also analytically evaluate the impact of the slotted CSMA/CA overheads on the saturation throughput. We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

Desenvolvimento de um sensor colorimétrico em papel para a deteção de bactérias eletroquimicamente ativas

Bactérias eletroquimicamente ativas possuem a capacidade de transferir eletrões extracelularmente, durante a respiração celular. Esta característica tem sido atualmente explorada para aplicação na produção de eletricidade, tratamento de águas residuais, biorremediação e em diversas áreas da biotecnologia, onde a transferência eletrónica ocorre na presença de aceitadores insolúveis (tais como, óxidos metálicos e ânodos metálicos). Contudo, o número de espécies identificadas, isoladas e caracterizadas até à data é bastante reduzido. Os métodos atualmente disponíveis para deteção de bactérias eletroquimicamente ativas são morosos, dispendiosos e complexos de operar, tornando-se necessário o desenvolvimento de outros métodos mais rápidos, simples e menos dispendiosos que auxiliem na otimização das aplicações mencionadas. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um sensor colorimétrico de papel utilizando um material eletrocrómico, trióxido de tungsténio, como camada ativa para a deteção destas bactérias. Para isso, foram definidos no papel poços delimitados por barreiras hidrofóbicas, através da impressão e difusão de uma camada de cera. As várias amostras de nanopartículas de WO3, sintetizadas por um método hidrotermal assistido por micro-ondas, foram depositadas nos poços por drop casting. As nanopartículas com estrutura cristalográfica hexagonal, impregnadas no sensor de papel, foram capazes de detetar com sucesso uma bactéria eletroquimicamente ativa, Geobacter sulfurreducens, desde uma fase de crescimento bastante inicial (Abs600 nm = 0,1, correspondente a 0,07 g/L com um rácio RGB de 1,10 ± 0,040) até à fase exponencial-tardia (Abs600 nm = 0,5, correspondente a 0,33 g/L com um rácio RGB de 1,33 ± 0,005), com P <0,0001. O sensor de papel e respetivo método de deteção colorimétrico desenvolvido neste trabalho, revelou ser sensível e específico à deteção destas bactérias, de uma forma rápida, simples e pouco dispendiosa.

Using an LED as a sensor and visible light communication device in a smart illumination system

The need for more efficient illumination systems has led to the proliferation of Solid-State Lighting (SSL) systems, which offer optimized power consumption. SSL systems are comprised of LED devices which are intrinsically fast devices and permit very fast light modulation. This, along with the congestion of the radio frequency spectrum has paved the path for the emergence of Visible Light Communication (VLC) systems. VLC uses free space to convey information by using light modulation. Notwithstanding, as VLC systems proliferate and cost competitiveness ensues, there are two important aspects to be considered. State-of-the-art VLC implementations use power demanding PAs, and thus it is important to investigate if regular, existent Switched-Mode Power Supply (SMPS) circuits can be adapted for VLC use. A 28 W buck regulator was implemented using a off-the-shelf LED Driver integrated circuit, using both series and parallel dimming techniques. Results show that optical clock frequencies up to 500 kHz are achievable without any major modification besides adequate component sizing. The use of an LED as a sensor was investigated, in a short-range, low-data-rate perspective. Results show successful communication in an LED-to-LED configuration, with enhanced range when using LED strings as sensors. Besides, LEDs present spectral selective sensitivity, which makes them good contenders for a multi-colour LED-to-LED system, such as in the use of RGB displays and lamps. Ultimately, the present work shows evidence that LEDs can be used as a dual-purpose device, enabling not only illumination, but also bi-directional data communication.

Ag-TiNx electrodes deposited on piezoelectric poly(vinylidene fluoride) for biomedical sensor applications

Electroactive polymers are one of the most interesting class of polymers used as smart materials in various applications, such as the development of sensors and actuators for biomedical applications in areas such as smart prosthesis, implantable biosensors and biomechanical signal monitoring, among others. For acquiring or applying the electrical signal from/to the piezoelectric material, suitable electrodes can be produced from Ti based coatings with tailored multifunctional properties, conductivity and antibacterial characteristics, through Ag inclusions. This work reports on Ag-TiNx electrodes, deposited by d. c. and pulsed magnetron sputtering at room temperature on poly(vinylidene fluoride), PVDF, the all-round best piezoelectric polymer.. Composition of the electrodes was assessed by microanalysis X-ray system (EDS - energy dispersive spectrometer). The XRD results revealed that the deposition conditions preserve the polymer structure and suggested the presence of crystalline fcc-TiN phase and fcc-Ag phase in samples with N2 flow above 3 sccm. According to the results obtained from SEM analysis, the coatings are homogeneous and Ag clusters were found for samples with nitrogen flow above 3 sccm. With increasing nitrogen flow, the sheet resistivity tend to be lower than the samples without nitrogen, leading also to a decrease of the piezoelectric response. It is concluded that the deposition conditions do significantly affect the piezoelectric polymer, which maintain its characteristics for sensor/actuator applications.

Mapeamento da antiga cobertura vegetal de várzea do Baixo Amazonas a partir de imagens históricas (1975-1981) do Sensor MSS-Landsat

Este estudo apresenta um mapa da cobertura vegetal da planície de inundação do Rio Amazonas entre as cidades de Parintins (AM) e Almeirim (PA), com base em imagens Landsat-MSS adquiridas entre 1975 e 1981. O processamento digital dessas imagens envolveu a transformação para imagens-fração de vegetação, solo e água escura (sombra), seguido da aplicação de técnicas de segmentação e classificação por região. O mapa resultante da classificação foi organizado em quatro classes de cobertura do solo: floresta de várzea, vegetação não-florestal de várzea, solo exposto e água aberta. A precisão do mapa foi estimada a partir de dois tipos de informações coletadas em campo: 1) pontos de descrição: para validação das classes de cobertura não sujeitas a grandes alterações, como é o caso dos corpos d'água permanentes, e identificação de indicadores dos tipos de cobertura original presentes na paisagem na ocasião da obtenção das imagens (72 pontos); 2) entrevistas com moradores antigos para a recuperação da memória sobre a cobertura vegetal existente há 30 anos (44 questionários). Ao todo foram coletadas informações em 116 pontos distribuídos ao longo da área de estudo. Esses pontos foram utilizados para calcular o Índice Kappa de concordância entre os dados de campo e o mapa resultante da classificação automática, cujo valor (0,78) indica a boa qualidade do mapa de cobertura vegetal da várzea. Os resultados mostram que a região possuía uma cobertura florestal de várzea de aproximadamente 8.650 km2 no período de aquisição das imagens.

Desenvolupament d'interfícies HW per a FPGA des de Matlab

Aquest projecte consisteix en el desenvolupament d’estructures hardware digitals, sintetitzables sobre FPGA i realitzades des d’un entorn gràfic de disseny a nivell de sistema (alt nivell). S'ha escollit el Simulink (entorn gràfic que treballa sobre el software matemàtic Matlab de Mathworks) com a entorn de disseny, i que gràcies a la interfície proporcionada per Altera (DSPBuilder) és capaç de generar codi VHDL sintetitzable. Concretament ens centrarem en la gestió d’un sistema capturador d'imatges de comptadors del cabal d'aigua, en el qual volem fer la caracterització del comptador. Aquest capturador consta bàsicament d'un sensor d'imatge i una FPGA. En aquesta caracterització el que es pretén es ajustar els diferents paràmetres del sistema per fer que la lectura sigui òptima per a cada model de comptador que existeixen al mercat, com ara l'exposició del sensor, el guany d'un color, la realització d'un filtrat de la imatge, etc.

Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring.

For many drugs, finding the balance between efficacy and toxicity requires monitoring their concentrations in the patient's blood. Quantifying drug levels at the bedside or at home would have advantages in terms of therapeutic outcome and convenience, but current techniques require the setting of a diagnostic laboratory. We have developed semisynthetic bioluminescent sensors that permit precise measurements of drug concentrations in patient samples by spotting minimal volumes on paper and recording the signal using a simple point-and-shoot camera. Our sensors have a modular design consisting of a protein-based and a synthetic part and can be engineered to selectively recognize a wide range of drugs, including immunosuppressants, antiepileptics, anticancer agents and antiarrhythmics. This low-cost point-of-care method could make therapies safer, increase the convenience of doctors and patients and make therapeutic drug monitoring available in regions with poor infrastructure.

Caracterització d'oscil·ladors basats en CMOS-M/NEMS i la seva aplicació com a sensors de massa

El present projecte tracta sobre la caracterització d'oscil·ladors basats en ressonadors micro/nanoelectromecànics (M/NEMS) i la seva aplicació com a sensors de massa. Els oscil·ladors utilitzats es basen en un pont i una palanca ressoants M/NEMS, integrats en tecnologia CMOS. En primer lloc s'ha fet una introducció teòrica als conceptes utilitzats per a entendre el funcionament i la caracterització dels dispositius. A continuació s'han realitzat proves per tal de caracteritzar els paràmetres importants per a l'ús dels oscil·ladors com a sensors de massa, com la seva estabilitat en freqüència. Per acabar s'han aplicat aquests sensors en la caracterització i modelització del flux de massa a través d'obertures de dimensions micromètriques.

Glucose competence of the hepatoportal vein sensor requires the presence of an activated glucagon-like peptide-1 receptor.

Activation of the hepatoportal glucose sensors by portal glucose infusion leads to increased glucose clearance and induction of hypoglycemia. Here, we investigated whether glucagon-like peptide-1 (GLP-1) could modulate the activity of these sensors. Mice were therefore infused with saline (S-mice) or glucose (P-mice) through the portal vein at a rate of 25 mg/kg. min. In P-mice, glucose clearance increased to 67.5 +/- 3.7 mg/kg. min as compared with 24.1 +/- 1.5 mg/kg. min in S-mice, and glycemia decreased from 5.0 +/- 0.1 to 3.3 +/- 0.1 mmol/l at the end of the 3-h infusion period. Coinfusion of GLP-1 with glucose into the portal vein at a rate of 5 pmol/kg. min (P-GLP-1 mice) did not increase the glucose clearance rate (57.4 +/- 5.0 ml/kg. min) and hypoglycemia (3.8 +/- 0.1 mmol/l) observed in P-mice. In contrast, coinfusion of glucose and the GLP-1 receptor antagonist exendin-(9-39) into the portal vein at a rate of 0.5 pmol/kg. min (P-Ex mice) reduced glucose clearance to 36.1 +/- 2.6 ml/kg. min and transiently increased glycemia to 9.2 +/- 0.3 mmol/l at 60 min of infusion before it returned to the fasting level (5.6 +/- 0.3 mmol/l) at 3 h. When glucose and exendin-(9-39) were infused through the portal and femoral veins, respectively, glucose clearance increased to 70.0 +/- 4.6 ml/kg. min and glycemia decreased to 3.1 +/- 0.1 mmol/l, indicating that exendin-(9-39) has an effect only when infused into the portal vein. Finally, portal vein infusion of glucose in GLP-1 receptor(-/-) mice failed to increase the glucose clearance rate (26.7 +/- 2.9 ml/kg. min). Glycemia increased to 8.5 +/- 0.5 mmol/l at 60 min and remained elevated until the end of the glucose infusion (8.2 +/- 0.4 mmol/l). Together, our data show that the GLP-1 receptor is part of the hepatoportal glucose sensor and that basal fasting levels of GLP-1 sufficiently activate the receptor to confer maximum glucose competence to the sensor. These data demonstrate an important extrapancreatic effect of GLP-1 in the control of glucose homeostasis.

Elaboració d'un protocol basat en XML per a una xarxa de sensors

La progressiva reducció de dimensió i cost en els dispositius electrònics, la dràstica retallada de consum elèctric i la independència de què això els dota han fet créixer en els últims temps l'interès de les comunitats científiques i tecnològiques per les xarxes sense fils de petits dispositius. Per altra banda, l'XML (eXtensible Markup Language) és un metallenguatge extensible que ha esdevingut un estàndard per a l'intercanvi d'informació estructurada entre diferents plataformes. L'objectiu d'aquest treball és explorar les possibilitats que pot oferir la introducció de l'XML en les xarxes de sensors amb l'elaboració d'un protocol de comunicació basat en aquest llenguatge i demostrar la transparència en el canvi de plataforma. Per fer-ho, es disposa de dos dispositius amb capacitat de comunicació sense fils equipats amb detectors de temperatura, lluminositat, efecte Hall i nivell de càrrega de la bateria. El projecte constarà de dues parts: una, més extensa, dedicada al desenvolupament del programari per a aquests dispositius, encarregat de obtenir les lectures dels diferents sensors i emetre-les per la xarxa utilitzant el llenguatge XML, i una altra, per recollir aquesta informació present a la xarxa, interpretar-la, salvar-la en una base de dades i exposar-la al món en una plana web. El programari dels dispositius sensors s'escriurà en llenguatge nesC dins el sistema tinyOS que és el sistema operatiu que equipen. La part d'explotació de les dades es desenvoluparà sota la plataforma .NET de Microsoft.

Measurement with an automated oscillometric wrist device with position sensor leads to lower values than measurements obtained with an automated oscillometric arm device from the same manufacturer in elderly persons

Introduction : Le monitoring de la tension artérielle à domicile est recommandé par plusieurs guidelines et a été montré être faisable chez la personne âgée. Les manomètres au poignet ont récemment été proposés pour la mesure de la tension artérielle à domicile, mais leur précision n'a pas été au préalable évaluée chez les patients âgés. Méthode : Quarante-huit participants (33 femmes et 15 hommes, moyenne d'âge 81.3±8.0 ans) ont leur tension artérielle mesurée avec un appareil au poignet avec capteur de position et un appareil au bras dans un ordre aléatoire et dans une position assise. Résultats : Les moyennes de mesures de tension artérielle étaient systématiquement plus basses avec l'appareil au poignet par rapport à celui du bras pour la pression systolique (120.1±2.2 vs. 130.5±2.2 mmHg, P < 0.001, moyenneidéviation standard) et pour la pression diastolique (66.011.3 vs. 69.7±1.3 mmHg, P < 0.001). De plus, une différence de lOmmHg ou plus grande entre l'appareil au bras et au poignet était observée dans 54.2 et 18,8% des mesures systoliques et diastoliques respectivement. Conclusion : Comparé à l'appareil au bras, l'appareil au poignet avec capteur de position sous-estimait systématiquement aussi bien la tension artérielle systolique que diastolique. L'ampleur de la différence est cliniquement significative et met en doute l'utilisation de l'appareil au poignet pour monitorer la tension artérielle chez la personne âgée. Cette étude indique le besoin de valider les appareils de mesures de la tension artérielle dans tous les groupes d'âge, y compris les personnes âgées.

Control d'un robot de 3 graus de llibertat

Partint d'una estructura robòtica de 3 graus de llibertat, s'ha de fer el disseny deles unitats de potència i control , muntatge, conexionat, programació i posta enmarxa per poder generar trajectòries des d'un PC.Per aconseguir l'objectiu s'han realitzat les següents fites:a) Ajust i modificacions mecàniques de la estructura robòticaSubstitució de xavetes i canvi de pinyons.b) Implementar, modificar i ajustar elements elèctrics del robot.Substitució de motor elèctric espatllat, realitzar un nou cablejat cap a lanova unitat de control i substitució d'un sensor de posició.c) Disseny i muntatge de la unitat de potènciaSelecció de la targeta MD03 per controlar l'alimentació, velocitat i sentitde gir del motors, que controlen els 3 graus de llibertat. Mecanització enuna caixa incloent: fusibles, amperímetres i connectors. Cablejat elèctric iposta en funcionament.d) Disseny, muntatge elèctric i programació de la unitat de control.Selecció del PLC S7300Escollir el tipus de comunicacions que es realitzaran tant amb la unitat depotència com amb el PC.Disseny plànols elèctrics mitjançant el programa EPLAN.Mecanització, cablejat i posta en marxa del disseny elèctric.El disseny del software es realitzarà mitjançant l'eina de programacióSTEP7 de SiemensProgramació del PLC per poder treballar diferents tipus de moviments itrajectòriese) Disseny i programació de la interfície d'usuari des d'un PCProgramació d'una interfície gràfica mitjançant WinCC Flexible per tal quel'usuari només introduint dades pugui fer que el robot es mogui demanera manual o semiautomàtica . També s'ha programat per tal quegeneri trajectòries en mode automàtic.S'ha programat una illa de pick and place a mode d'exemplificació.

Sistema de detecció d'incendis basat en tecnologia WSN

El projecte tracta de desenvolupar un sistema de detecció d'incendis utilitzant la tecnologia de xarxa de sensors sense fils (Wireless Sensors Network). La utilització d'aquests petits dispositius ens introdueix en el món dels sistemes encastats, un àrea en ple desenvolupament industrial i que trobem incorporada en molts productes de consum de la nostra vida quotidiana.

Alarma d'incendis amb detectors sense fils

L'objectiu d'aquest treball de final de carrera és desenvolupar un sistema d'alarma contra incendis basat en tecnologia WSN (xarxa de sensors sense fils).

Identificació de subjectes a partir de l'anàlisi de dades multimodals RGB-Depth

En aquest treball s'explora el camp de la identificació facial de subjectes utilitzant tècniques d'anàlisi multimodal. Això és utilitzant imatges RGB i imatges de profunditat (3D) amb l'objecte de validar les diverses tècniques emprades en el reconeixement facial i aprofundir en sistemes que incorporen informació tridimensional als algorismes de detecció i identificació facial.