An iterative analytical design framework for the optimal designing of an off-grid renewable energy based hybrid smart micro-grid

Creative ways of utilising renewable energy sources in electricity generation especially in remote areas and particularly in countries depending on imported energy, while increasing energy security and reducing cost of such isolated off-grid systems, is becoming an urgently needed necessity for the effective strategic planning of Energy Systems. The aim of this research project was to design and implement a new decision support framework for the optimal design of hybrid micro grids considering different types of different technologies, where the design objective is to minimize the total cost of the hybrid micro grid while at the same time satisfying the required electric demand. Results of a comprehensive literature review, of existing analytical, decision support tools and literature on HPS, has identified the gaps and the necessary conceptual parts of an analytical decision support framework. As a result this research proposes and reports an Iterative Analytical Design Framework (IADF) and its implementation for the optimal design of an Off-grid renewable energy based hybrid smart micro-grid (OGREH-SμG) with intra and inter-grid (μG2μG & μG2G) synchronization capabilities and a novel storage technique. The modelling design and simulations were based on simulations conducted using HOMER Energy and MatLab/SIMULINK, Energy Planning and Design software platforms. The design, experimental proof of concept, verification and simulation of a new storage concept incorporating Hydrogen Peroxide (H2O2) fuel cell is also reported. The implementation of the smart components consisting Raspberry Pi that is devised and programmed for the semi-smart energy management framework (a novel control strategy, including synchronization capabilities) of the OGREH-SμG are also detailed and reported. The hybrid μG was designed and implemented as a case study for the Bayir/Jordan area. This research has provided an alternative decision support tool to solve Renewable Energy Integration for the optimal number, type and size of components to configure the hybrid μG. In addition this research has formulated and reported a linear cost function to mathematically verify computer based simulations and fine tune the solutions in the iterative framework and concluded that such solutions converge to a correct optimal approximation when considering the properties of the problem. As a result of this investigation it has been demonstrated that, the implemented and reported OGREH-SμG design incorporates wind and sun powered generation complemented with batteries, two fuel cell units and a diesel generator is a unique approach to Utilizing indigenous renewable energy with a capability of being able to synchronize with other μ-grids is the most effective and optimal way of electrifying developing countries with fewer resources in a sustainable way, with minimum impact on the environment while also achieving reductions in GHG. The dissertation concludes with suggested extensions to this work in the future.

Electronic Redesign of an Industrial Lift

This project, realized at the company ABER Ltd, describes the process followed for the developing of an electronic control system for a hydraulic elevator. The previous control system was based on relay logic, and the company wanted to change it to a microcontroller based technology. To do so, different approaches were studied and finally the selected technology for the development was the Raspberry Pi. After, the software needed for all the elevator types was developed, and the interface hardware was selected. In the end, several test were made to adjust the software and the hardware and to prove the good operation of the system.

Performance Analysis of IP based WSNs in real time systems

Wireless sensor networks (WSNs) are the key enablers of the internet of things (IoT) paradigm. Traditionally, sensor network research has been to be unlike the internet, motivated by power and device constraints. The IETF 6LoWPAN draft standard changes this, defining how IPv6 packets can be efficiently transmitted over IEEE 802.15.4 radio links. Due to this 6LoWPAN technology, low power, low cost micro- controllers can be connected to the internet forming what is known as the wireless embedded internet. Another IETF recommendation, CoAP allows these devices to communicate interactively over the internet. The integration of such tiny, ubiquitous electronic devices to the internet enables interesting real-time applications. This thesis work attempts to evaluate the performance of a stack consisting of CoAP and 6LoWPAN over the IEEE 802.15.4 radio link using the Contiki OS and Cooja simulator, along with the CoAP framework Californium (Cf). Ultimately, the implementation of this stack on real hardware is carried out using a raspberry pi as a border router with T-mote sky sensors as slip radios and CoAP servers relaying temperature and humidity data. The reliability of the stack was also demonstrated during scalability analysis conducted on the physical deployment. The interoperability is ensured by connecting the WSN to the global internet using different hardware platforms supported by Contiki and without the use of specialized gateways commonly found in non IP based networks. This work therefore developed and demonstrated a heterogeneous wireless sensor network stack, which is IP based and conducted performance analysis of the stack, both in terms of simulations and real hardware.

Diseño de un sistema de telefonía IP para implementarse en el cantón Santa Marta municipio de Ciudad Victoria, Cabañas

Diseño de un sistema de telefonía utilizando el protocolo VoIP, el cual se implementó en el cantón Santa Marta, municipio de Ciudad Victoria, Cabañas, usando enlaces inalámbricos a 24.6 Hz. El sistema permite la integración de teléfonos Smartphone gracias al uso del software FreePbx el cual corre dentro de un dispositivo Raspberry PI

Diseño e implementación de un sistema por telemetría medición de la resistividad del suelo

La resistividad aparente del suelo resulta útil para conocer las características geofísicas del suelo, para sistemas de puesta a tierra e incluso para la exploración de minerales. Los métodos de prospección geoeléctrica permiten obtener el valor de resistividad del suelo en distintos puntos del terreno mediante la inyección de corriente eléctrica continua utilizando electrodos ubicados en el suelo. El procedimiento de obtener diferentes medidas de resistividad en distintos puntos y de manera continua resulta un proceso complicado y demorado. Por tales motivos, el objetivo de este proyecto consiste en diseñar e implementar un sistema telemétrico para la medición de la resistividad del suelo, el cual realice la conmutación automática de los electrodos para obtener mediciones en distintos puntos y que transmita los datos a una estación fija mediante módulos de radio frecuencia. La estación fija posee un minicomputador Raspberry PI que recibe los datos, los visualiza a tiempo real en una pantalla LCD y los guarda en un archivo de texto. Adicionalmente tiene instalado un servidor FTP que permite la descarga de los archivos. Para realizar las mediciones se utilizan dos métodos de prospección geoeléctrica: sondeo eléctrico vertical y calicata eléctrica mediante las configuraciones de electrodos, Wenner y Schlumberger. Los datos de resistividad obtenidos con estos métodos permiten realizar gráficas de la variación de resistividad con respecto a la profundidad y la distancia. Además, se comparan los datos de resistividad con respecto a las precipitaciones pluviales ocurridas en un rango de tiempo determinado y se obtiene una relación inversamente proporcional.

Routex: un Router Multitecnologia per Internet of Things

L'Internet of Things (IoT) è oggetto di grande interesse per la ricerca e per l'industria. Le numerose tecnologie che sono state sviluppate rendono possibile la creazione di nuovi e utili servizi, ma introducono problemi legati alla reciproca incompatibilità. Nell'elaborato si analizza nel dettaglio questa situazione e si descrive l'implementazione di un sistema che ha come obiettivo la realizzazione di una rete composta da dispositivi che fanno uso di tecnologie differenti. Il progetto usa un Raspberry Pi come router, il cui scopo è quello di gestire le differenze fra gli standard di comunicazione utilizzati. Le tecnologie wireless supportate sono: WiFi, Bluetooth, ZigBee, nRF24L01 e moduli radio 433MHz. Sulla rete cosi formata è inoltre possibile lo sviluppo di applicazioni IoT, grazie alle logiche di funzionamento messe a disposizione dal sistema.

Indoor positioning system for mobile devices using radio frequency and perfect sequences

Recent advancements in the area of nanotechnology have brought us into a new age of pervasive computing devices. These computing devices grow ever smaller and are being used in ways which were unimaginable before. Recent interest in developing a precise indoor positioning system, as opposed to existing outdoor systems, has given way to much research heading into the area. The use of these small computing devices offers many conveniences for usage in indoor positioning systems. This thesis will deal with using small computing devices Raspberry Pi’s to enable and improve position estimation of mobile devices within closed spaces. The newly patented Orthogonal Perfect DFT Golay coding sequences will be used inside this scenario, and their positioning properties will be tested. After that, testing and comparisons with other coding sequences will be done.

Sistemi integrati per il monitoraggio dell’ambiente e la salvaguardia dei libri nei locali universitari

Negli ultimi anni l’evoluzione tecnologica ha avuto un incremento esponenziale; ogni anno, numerose innovazioni, hanno portato notevoli cambiamenti sulla vita dei consumatori e sul modo in cui essi interagiscono. Al giorno d’oggi, la tecnologia ha raggiunto livelli tali da renderne necessario l’utilizzo per poter soddisfare vari tipi di bisogni. In questa situazione, lo sviluppo di Internet ha consentito di poter entrare in una nuova era, quella dell’Internet of Things (IoT). Questo nuovo modello sarebbe in grado di portare grossi benefici nella vita di tutte le persone, partendo dalle grandi aziende, fino ad arrivare ai singoli consumatori. L’idea di questo progetto di tesi è di posizionare un dispositivo, in grado di poter rilevare temperatura ed umidità dell’ambiente, nei locali universitari nei quali sono immagazzinati i libri, in modo tale da poter monitorare l’andamento termico degli spazi ed eventualmente effettuare delle operazioni di ripristino della temperatura e dell’umidità per evitare il danneggiamento e il deterioramento dei materiali. In questo documento di tesi andremo ad approfondire l’implementazione del dispositivo IoT in grado di rilevare i dati dell’ambiente. Nello specifico analizzeremo l’ambito applicativo di questo dispositivo, l’implementazione del sistema su una scheda Raspberry Pi 4, sfruttando anche un componente aggiuntivo contenente in sensori necessari al funzionamento del sistema, e vedremo nello specifico anche l’implementazione della pagina Web creata per la visualizzazione dei dati. Negli ultimi anni abbiamo vissuto una grande crisi a livello sanitario e oggi stiamo passando un periodo di difficoltà economica dovuta all’aumento del costo di alcune materie prime quali elettricità e gas. I futuri sviluppi su questo progetto potrebbero portare a risolvere in piccolo alcuni di questi problemi.

Spacecraft Collision Probability Calculation from Conjunction Data Message and High Precision Orbit Propagator

The increasing number of Resident Space Objects (RSOs) is a threat to spaceflight operations. Conjunction Data Messages (CDMs) are sent to satellite operators to warn for possible future collision and their probabilities. The research project described herein pushed forward an algorithm that is able to update the collision probability directly on-board starting from CDMs and the state vector of the hosting satellite which is constantly updated thanks to an onboard GNSS receiver. A large set of methods for computing the collision probability was analyzed in order to find the best ones for this application. The selected algorithm was then tested to assess and improve its performance. Finally, parts of the algorithm and external software were implemented on a Raspberry Pi 3B+ board to demonstrate the compatibility of this approach with computational resources similar to those typically available onboard modern spacecraft.

Design and implementation of a vibrational condition monitoring system

Industrial companies, particularly those with induction motors and gearboxes as integral components of their systems, are utilizing Condition Monitoring (CM) systems more frequently in order to discover the need for maintenance in advance, as traditional maintenance only performs tasks when a failure has been identified. Utilizing a CM system is essential to boost productivity and minimize long-term failures that result in financial loss. The more exact and practical the CM system, the better the data analysis, which adds to a more precise maintenance forecast. This thesis project is a cooperation with PEI Vibration Monitoring s.r.l. to design and construct a low-cost vibrational condition monitoring system to check the health of induction motors and gearboxes automatically. Moreover, according to the company's request, such a system should have specs comparable to NI 9234, one of the company's standard Data Acquisition (DAQ) boards, but at a significantly cheaper price. Additionally, PEI VM Company has supplied all hardware and electronic components. The suggested CM system is capable of highprecision autonomous monitoring of induction motors and gearboxes, and it consists of a Raspberry Pi 3B and MCC 172 DAQ board.

Integrazione di macchine virtuali User-Mode Linux relativistiche nell'ambiente di emulazione Marionnet

Una macchina relativistica è una macchina il cui tempo scorre ad una velocità diversa da quella del tempo reale. Macchine di questo tipo possono essere utili ad esempio per simulare tempi di trasferimento dei dati più veloci, oppure per testare protocolli di sincronizzazione degli orologi. La possibilità di definire la velocità del tempo virtuale è stata aggiunta a User-Mode Linux. Grazie ad una modifica a Marionnet che include un'interfaccia grafica è stato reso semplice il processo di creazione di reti di macchine virtuali relativistiche.

Sviluppo di un'applicazione di sincronizzazione file per reti challenged

Questa tesi si pone l'obiettivo di implementare in ambiente Linux un'applicazione di sincronizzazione, chiamata DTNbox, che permetta lo scambio di file tra due nodi di una rete classificabile come Delay-/Disruption-Tolerant Network (DTN), ossia una rete in cui a causa di ritardi, interruzioni, partizionamento, non sia possibile utilizzare l'usuale architettura di rete TCP/IP. E' evidente che i problemi menzionati rendono estremamente più complessa la sincronizzazione fra cartelle rispetto ad Internet, da cui le peculiarità di DTNbox rispetto ad altre applicazioni in rete visto che, ad esempio, non è possibile la sincronizzazione tramite un nodo centrale, come in Dropbox e similari, ma occorre basarsi su comunicazioni peer-to-peer. L'oggetto della mia tesi si è quindi sviluppato principalmente su tre direzioni: • Implementare, utilizzando il linguaggio di programmazione C, le funzionalità previste dal nuovo progetto per Linux • Integrarne e modificarne le parti ritenute carenti, man mano che i test parziali ne hanno mostrato la necessità • Testarne il suo corretto funzionamento Si è deciso pertanto di dare precedenza alla scrittura delle parti fondamentali del programma quali i moduli di controllo, la struttura e gestione del database e lo scambio di messaggi tra due nodi appartenenti ad una rete DTN per poter arrivare ad una prima versione funzionante del programma stesso, in modo che eventuali future tesi possano concentrarsi sullo sviluppo di una interfaccia grafica e sull'aggiunta di nuovi comandi e funzionalità accessorie. Il programma realizzato è stato poi testato su macchine virtuali grazie all'uso dello strumento Virtualbricks.

Supporto alla creazione e gestione di una rete virtualizzata basata su controller Ryu

L'erogazione dei servizi informatici tramite cloud è ormai una delle soluzioni più in voga nel mercato odierno, tant'è che, analizzando le statistiche fornite dalle piattaforme principali, anche il futuro sembra andare proprio in quella direzione. Quest'evoluzione avrà un forte impatto persino nelle telecomunicazioni, dove le tecniche di virtualizzazione e softwarizzazione vengono già oggi impiegate per facilitare la gestione delle infrastrutture di rete, creando le cosiddette SDN (Software Defined Network). I provider che scelgono di adottare queste soluzioni ottengono un elevato grado di flessibilità dei propri servizi, facilitando notevolmente lo sviluppo di nuove funzionalità, grazie alla presenza di controller esterni a cui vengono demandati gli aspetti di gestione della rete stessa. In uno scenario di questo tipo è fondamentale che gli strumenti volti allo studio e alla sperimentazione di reti software-based siano in grado di stare al passo con i tempi, utilizzando tecnologie all'avanguardia ed accessibili anche agli utenti che si interfacciano per la prima volta con queste metodologie. Perché questo sia possibile è necessario che telecomunicazioni e sviluppo software, aspetti storicamente appartenenti a due mondi dell'informatica paralleli, si uniscano. Ad oggi gli strumenti che permettono di operare su SDN sono innumerevoli, ma spesso accomunati dalla mancanza di qualsivoglia interfaccia grafica, restringendo l'utenza di riferimento ad un gruppo ancor più di nicchia, escludendo gli utilizzatori alle prime armi. L'obiettivo di questo progetto è proporre uno strumento alternativo, basato su Ryu, che permetta all’utente di creare, configurare e gestire secondo le proprie esigenze una rete virtuale, attraverso un’interfaccia grafica e un simulatore interattivo per controllare e visualizzare lo stato dei dispositivi connessi. Infine, verranno analizzati i vantaggi didattici ottenuti dall'impiego dell'applicativo rispetto alle metodologie classiche.

Le reti di distribuzione idrica nella sicurezza antincendio - Verifiche con il codice INFOWORKS WS

Le reti di distribuzione idrica conservano un ruolo importante ed irrinunciabile nella sicurezza antincendio, ma diversi fattori sul piano normativo e strutturale limitano la loro potenzialità  nelle fasi di estinzione dell'incendio. Ma in che modo si è evoluta in Italia negli ultimi anni la lotta all'incendio? E' ormai noto che non esistono incendi standard, quelli per i quali è possibile definire procedure d'intervento e modalità  di estinzione; non è quindi banale identificare le portate antincendio necessarie (Needed Fire Flow) e il tempo per il quale esse devono essere garantite. In certi contesti è possibile ipotizzare un certo standard d'incendio ma ciò presuppone che edifici, strutture e tutto ciò che è sottoposto ad incendio, possano essere considerati fabbricati a "regola d'arte", ovvero realizzati attraverso procedure esecutive aventi standard di qualità  certificata. Ciò è stato affrontato nei criteri di realizzazione delle nuove costruzioni, ma le vecchie costruzioni, soprattutto gli edifici presenti nei centri storici, sono evidentemente più vulnerabili e sfuggono alla possibilità  di identificare affidabili valori del NFF. Il quadro che si presenta coinvolge quindi carenze normative, contesti urbani con differente vulnerabilità  e una sostanziale disomogeneità  prestazionale delle reti di distribuzione idrica presenti nel territorio nazionale, legata non solo alla disponibilità  idrica ma, anche e soprattutto, alla conformazione della rete, ai livelli di pressione ed alla specifica capacità della rete nel sostenere incrementi di flusso dovuto al prelievo dagli idranti stradali. La scarsa conoscenza di questi aspetti, piuttosto che tradursi in miglioramenti della rete idrica e della sua efficienza ai fini antincendio, ha portato nel tempo ad adottare soluzioni alternative che agiscono principalmente sulle modalità operative di utilizzo dei mezzi dei VV.F. e sul fronte dei dispositivi antincendio privati, quali una migliore protezione passiva, legata all'uso di materiali la cui risposta all'incendio fosse la minore possibile, e protezioni attive alternative, quali impianti sprinkler, di tipo aerosol o misti. Rimangono tutte le problematiche legate alla caratterizzazione nell'area urbanizzata in termini di risposta al prelievo per incendio dagli idranti pubblici sui quali la normativa vigente non impone regole circa le prestazioni e la loro dislocazione sul territorio. Questa incertezza spesso si traduce in un maggiore dispiego di mezzi rispetto all'entità dell'incendio ed ad una scarsa possibilità  di ottimizzare l'allocazione delle unità  operative dei VV.F., con un evidente incremento del rischio nel caso in cui si verifichino più eventi di incendio contemporaneamente. La simulazione numerica avanzata, su modelli opportunamente calibrati delle reti di distribuzione, può consentire una maggiore comprensione quantitativa del livello di sicurezza antincendio offerto da una rete di distribuzione idrica.

Strategie di elaborazione di tracciati GPS per reti veicolari

Il proliferare di dispositivi di elaborazione e comunicazione mobili (telefoni cellulari, computer portatili, PDA, wearable devices, personal digital assistant) sta guidando un cambiamento rivoluzionario nella nostra società dell'informazione. Si sta migrando dall'era dei Personal Computer all'era dell'Ubiquitous Computing, in cui un utente utilizza, parallelamente, svariati dispositivi elettronici attraverso cui può accedere a tutte le informazioni, ovunque e quantunque queste gli si rivelino necessarie. In questo scenario, anche le mappe digitali stanno diventando sempre più parte delle nostre attività quotidiane; esse trasmettono informazioni vitali per una pletora di applicazioni che acquistano maggior valore grazie alla localizzazione, come Yelp, Flickr, Facebook, Google Maps o semplicemente le ricerche web geo-localizzate. Gli utenti di PDA e Smartphone dipendono sempre più dai GPS e dai Location Based Services (LBS) per la navigazione, sia automobilistica che a piedi. Gli stessi servizi di mappe stanno inoltre evolvendo la loro natura da uni-direzionale a bi-direzionale; la topologia stradale è arricchita da informazioni dinamiche, come traffico in tempo reale e contenuti creati dagli utenti. Le mappe digitali aggiornabili dinamicamente sono sul punto di diventare un saldo trampolino di lancio per i sistemi mobili ad alta dinamicità ed interattività, che poggiando su poche informazioni fornite dagli utenti, porteranno una moltitudine di applicazioni innovative ad un'enorme base di consumatori. I futuri sistemi di navigazione per esempio, potranno utilizzare informazioni estese su semafori, presenza di stop ed informazioni sul traffico per effettuare una ottimizzazione del percorso che valuti simultaneamente fattori come l'impronta al carbonio rilasciata, il tempo di viaggio effettivamente necessario e l'impatto della scelta sul traffico locale. In questo progetto si mostra come i dati GPS raccolti da dispositivi fissi e mobili possano essere usati per estendere le mappe digitali con la locazione dei segnali di stop, dei semafori e delle relative temporizzazioni. Queste informazioni sono infatti oggi rare e locali ad ogni singola municipalità, il che ne rende praticamente impossibile il pieno reperimento. Si presenta quindi un algoritmo che estrae utili informazioni topologiche da agglomerati di tracciati gps, mostrando inoltre che anche un esiguo numero di veicoli equipaggiati con la strumentazione necessaria sono sufficienti per abilitare l'estensione delle mappe digitali con nuovi attributi. Infine, si mostrerà come l'algoritmo sia in grado di lavorare anche con dati mancanti, ottenendo ottimi risultati e mostrandosi flessibile ed adatto all'integrazione in sistemi reali.