Projeto e implementação de um nodo sensor para aquisição de sinais de extensômetros em redes de sensores sem fio aplicado ao monitoramento de deformações em estruturas

Esta dissertação tem como objetivo principal propor um nodo (ou nó) sensor sem fio para ser utilizado em redes de sensores sem fio, em sistemas de aquisição de dados de extensômetros. O sistema de aquisição para os extensômetros é baseado na ponte de Wheatstone e de modo a permitir várias configurações de extensômetros. O processamento e a comunicação sem fio é realizada pelo ATmega128RFA1, composto por um microcontrolador e um transceiver Rádio-Frequência com o padrão Zigbee. O nodo foi projetado para garantir confiabilidade na aquisição de dados e ser totalmente controlado remotamente. Entre os parâmetros controláveis estão: o ganho do sinal e a taxa de amostragem. Além disso, o nodo possui recursos para efetuar o equilíbrio da ponte de Wheatstone automaticamente. A escolha de seus componentes, baseou-se em critérios relacionados ao consumo de energia do mesmo e ao custo. Foi concebida uma placa de circuito impresso (PCI) para o nodo, e sobre ela foram realizadas estimativas sobre o consumo de energia e valor agregado do protótipo, com o objetivo de analisar a sua viabilidade. Além do projeto do nodo sensor, o trabalho apresenta a proposta de integração do mesmo em uma rede de sensores sem fio (RSSF), incluindo a sugestão do hardware complementar e desenvolvimentos dos softwares. Para os testes do nodo sensor, foi construido experimentalmente um transdutor de força.

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.

Ecologia da ictiofauna e análise ecossistêmica das áreas de influência direta da UHE Coaracy Nunes, Ferreira Gomes - AP

O reservatório da UHE Coaracy Nunes no rio Araguari esta localizado entre os municípios de Ferreira Gomes e Porto Grande no estado do Amapá-Brasil, distando 200 km do Oceano Atlântico. A usina Coaracy Nunes foi a primeira hidrelétrica a ser construída na Amazônia brasileira, tendo suas obras iniciadas em 1967. O rio Araguari e o principal rio do estado do Amapá e representa fonte de geração de renda através da pesca, atividades agropecuárias em sua várzea, navegação, mineração, geração de energia e lazer. O presente estudo teve por objetivo avaliar as alterações impostas pela construção do reservatório da UHE Coaracy Nunes, através das assembleias de peixes de quatro áreas de influencia direta desta usina. Para isso, no período de maio de 2009 a julho de 2010, foram realizadas coletas bimensais, de peixes, com redes de malhas padronizadas variando de 1,0 a 10,0 cm entre nos adjacentes e outras técnicas auxiliares. A partir destas coletas, no capitulo 1 foi verificado a composição, abundancia (CPUEn) e biomassa (CPUEp) relativas da ictiofauna, eficiência amostral (curva do coletor, curva de rarefação e Jacknife) e descritores ecológicos de comunidades (riqueza, diversidade, equitabilidade e dominância) das assembleias das quatro áreas. Foram efetuadas analises de variância (ANOVA: bifatorial), Kruskal-Wallis, teste-T e Mann-Whitney para verificar se havia diferenças significativas dos descritores entre as áreas e períodos sazonais. Estas análises foram corroboradas por analises multivariadas de agrupamento (cluster), ordenamento (MDS), Anosim e Simper. No capitulo 2, os estados ecológicos das quatro áreas foram verificados utilizando como indicadores: curvas espécie abundancia, curvas K-dominância e curvas ABC, assim como modelos espécie-abundancia serie geométrica, log serie, log normal e broken stick, e modelo de regressão linear de espectros de tamanho. No capitulo 3, a estrutura trófica foi estimada a partir da categorização das espécies de cada área em 5 guildas: piscívora, onívora, detritívora, carnívora e herbívora. A abundancia, biomassa e índices ecológicos destas guildas foram estimados e verificados suas variações espaço-temporais, por analises de variância (ANOVA: bifatorial e Kruskal-Wallis) e teste t. No capitulo 4, a dieta das espécies mais abundantes das assembleias de cada área foi verificada e suas variações espaço-temporais detectadas por analise de variância (ANOVA: bifatorial e Kruskal-Wallis). Também foram estimados a amplitude e sobreposição de nicho das espécies mais abundantes, assim como a existência de competição entre as espécies através de modelagem nula. No capitulo 5 foi realizada a avaliação ecossistêmica das quatro áreas através de modelos de fluxo de biomassa na rede trófica do ecossistema, usando como instrumento de modelação o software Ecopath. Essas análises tinham por objetivo descrever as variações dos atributos ecológicos que quantificam as propriedades de maturidade, estabilidade e resiliência ecossistêmica que pudessem refletir os estados ecológicos dessas áreas. O modelo incluiu compartimentos funcionais desde produtores primários ate predadores de topo. No geral, todas as análises indicaram sensíveis alterações na ictiofauna atribuídas a implantação da UHE Coaracy Nunes, que se refletem nos três níveis de organização: ecossistema, comunidade (assembleia) e guilda. Os resultados indicaram a captura de 1.977 peixes distribuídos em 2 classes, 9 ordens, 23 famílias, 73 gêneros e 108 espécies. As curvas de acumulação de espécies e curvas de rarefação individualizadas demonstraram que houve suficiência amostral nas áreas Reservatório e Lacustre. Os resultados mostraram que a área Jusante foi mais rica, diversa e equitativa em relação as demais e que a sazonalidade não influenciou na variação destes índices. A abundancia relativa (CPUEn) foi superior nas áreas Reservatório e Lacustre e a biomassa relativa (CPUEb) foi superior na área Jusante, não havendo diferenças sazonais para esses descritores em todas as áreas. As analises de agrupamento (cluster) e ordenamento (MDS) da ictiofauna permitiram identificar a formação de três assembleias distintas: Jusante, Montante e uma assembleia que compreende as áreas Reservatório e Lacustre, ratificando a similaridade dessas duas áreas. Os resultados das curvas whitakeplot, ABC e K-dominância, assim como o ajuste satisfatório do modelo broken stick e os padrões das curvas de espectro de tamanho para a assembleia da área a jusante indicam que esta área foi a mais equilibrada em termos ecológicos. Nas áreas Lacustre e Reservatório, os resultados tanto do ajuste ao modelo serie geométrica, quanto os resultados das curvas whitake-plot, ABC e K-dominância e o espectro de tamanho, assim como os resultados das curvas e ajustes ao modelo série e menor espectro de tamanho para a assembleia da área Reservatório, refletem que os peixes destas áreas, em sua maioria, são indivíduos pequenos com elevada dominância e baixa equitabilidade, caracterizando comunidades típicas de áreas impactadas. A estrutura trófica das assembleias de peixes das áreas represadas (Reservatório e Lacustre) foram formatadas em função do barramento do rio, que isolou e fragmentou o ambiente, determinando sua modificação física, impondo o estabelecimento de uma ictiofauna de espécies pré-adaptadas as condições ambientais de represamento, diferente, em parte, da estrutura da ictiofauna fluvial pre-barramento, destacando as piscívoras, onívoras e detritívoras, que foram as mais ricas e abundantes em função da disponibilidade, nas duas áreas, dos recursos alimentares de sua preferencia. Os resultados demonstraram que as dietas das assembleias de todas as áreas foram similares quanto ao predomínio do consumo de peixes e detritos, seguidos de alimento vegetal aloctone, revelando um padrão com poucos nichos amplos e uma concentração maior de espécies com nichos mais estreitos. Contudo, o padrão de baixa amplitude trófica foi evidenciado pelo predomínio da guilda piscívora, somada as guildas detritívora e herbívora. A sazonalidade pouco influenciou na alimentação da maioria das espécies em todas as áreas. Os padrões comparativos da dieta entre as áreas Montante e Jusante com as áreas Reservatório e Lacustre indicam que a maioria das espécies das áreas represadas pertenciam as guildas piscívora, onívora e detritívora antes do barramento do rio, que colonizaram estes ambientes, influenciadas, principalmente, pela abundancia dos recursos alimentares de suas preferencias e das condições físicas ambientais favoráveis. Interações competitivas foram evidenciadas pelos modelos nulos, sugerindo que a competição também foi um fator importante na estruturação das assembleias. Ecossistemicamente, os quatro modelos de fluxo de biomassa representam ecossistemas com elevada produção primaria oriunda da floresta riparia e algas filamentosas, que são utilizadas parcialmente. A cadeia trófica baseada em detrito apresentou ser mais importante que a que tem como base a produção primaria nas áreas Reservatório e Lacustre. A maioria dos fluxos ocorre nos compartimentos de níveis tróficos baixos. As propriedades ecossistêmicas da área Jusante indicam que este ambiente se encontra mais desenvolvido e maduro em relação aos outros, caracterizado por resiliência e entropia altas. As áreas represadas (Reservatório e Lacustre) apresentaram atributos ecossistêmicos que lhe conferiram características de menos resiliente e menos maduro que as áreas de rio. A área Montante apresentou um padrão intermediário de resiliência, estabilidade e maturidade. Esses resultados evidenciam que apos quarenta anos da construção da barragem do reservatório de Coaracy Nunes, a fragmentação do ambiente proporcionou alterações ecossistêmicas negativas, refletidas nas assembleias de peixes das áreas acima do barramento e na analise ecossistêmica, evidenciando que a área jusante apresenta características de ambiente em bom estado ecológico, com baixa alteração de origem antrópica e capaz de suportar distúrbios.

Biologia e ecologia trófica de Hemiodus unimaculatus (Bloch, 1794) (Characiformes: Hemiodontidae) no Rio Araguari, na área de influência da Usina Hidrelétrica Coaracy Nunes, Amapá, Brasil

A presente pesquisa tem a finalidade de contribuir para o conhecimento da biologia e ecologia trófica da espécie H. unimaculatus no rio Araguari, na área de influência da UHE Coaracy Nunes, Amapá, Brasil. A região de estudo corresponde a uma porção da bacia do rio Araguari. As coletas foram realizadas bimestralmente entre Maio de 2009 à Julho de 2010. Foram utilizadas baterias de redes de malhas (2; 2,5; 3; 4; 5; 6; cm entre nós opostos com 10 m de comprimento x 1,5 m de altura) e tarrafa (15 e 20 mm). As malhadeiras ficaram expostas por 17 h, com revistas a cada 3h. Os exemplares capturados foram conservados no gelo e fixados em formalina 10%. Os mesmos foram pesados (PT) e medidos (CT). O sexo foi identificado a partir da análise macroscópica das gônadas, onde foram pesadas e fixadas em formol 10%. Os estômagos foram pesados e conservados em álcool 70%. O ambiente foi caracterizado através de análises multivariadas. A estrutura em comprimento da população, relação peso-comprimento, proporção sexual, abundância e biomassa relativa foram avaliados. O local e período de reprodução, tamanho de primeira maturação e tipo de desova, também foram estudados. A ecologia trófica foi avaliada pela atividade alimentar, e conteúdo com matéria orgânica. Os itens alimentares foram analisados pelos métodos de frequência de ocorrência (Fi), grau de preferência alimentar (GPA) e índice alimentar (IAi). Os resultados obtidos mostraram que na área a jusante da represa e na área lacustre houve maior transparência da água, no reservatório predominou a profundidade e na montante houve valores maiores de pH. O comprimento médio foi 193.74 mm (80-258 mm ± 22.71 mm) e o peso médio foi de 70.90 g (10-160 g ± 23.99 g). Houve diferença significativa do comprimento em relação aos períodos do ano. O crescimento relativo da espécie foi alométrico negativo (b = 2.34). A proporção sexual foi de 2:1 a favor das fêmeas. A abundância e biomassa relativa foram maiores no reservatório e na área lacustre. A desova ocorreu entre os meses de novembro 2009 e janeiro 2010; preferencialmente os indivíduos desovam no reservatório e no lago. O tipo de desova é total e o tamanho de primeira maturação é a partir de 157.5 mm. A espécie tem hábito alimentar iliófaga-detritívora com tendência a onivoria. A estratégia alimentar é generalista, mas dominante para os itens fitoplâncton e detrito. A espécie H. unimaculatus, adaptou-se com sucesso ao represamento e sua dieta pode ter sofrido alteração frente às mudanças causadas pelo ambiente.

Coordenação de relés de sobrecorrente e distância para sistemas de transmissão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

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

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

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Desenvolvimento de uma rede de sensores sem fio aplicada no monitoramento da variabilidade térmica em casas de vegetação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Apresentação de métodos para implementação de plataformas colaborativas de Sistemas Automatizados de Produção

Automated Production Systems Development involves aspects concerning the integration of technological components that exist on the market, such as: Programmable Logic Controllers (PLC), robot manipulators, various sensors and actuators, image processing systems, communication networks and collaborative supervisory systems; all integrated into a single application. This paper proposes an automated platform for experimentation, implemented through typical architecture for Automated Production Systems, which integrates the technological components described above, in order to allow researchers and students to carry out practical laboratory activities. These activities will complement the theoretical knowledge acquired by the students in the classroom, thus improving their training and professional skills. A platform designed using this generic structure will allow users to work within an educational environment that reflects most aspects found in Industrial Automated Manufacturing Systems, such as technology integration, communication networks, process control and production management. In addition, this platform offers the possibility complete automated process of control and supervision via remote connection through the internet (WebLab), enabling knowledge sharing between different teaching and research groups.

Constrained least square pre-distortion scheme for multiuser ultra-wideband

The study proposes a constrained least square (CLS) pre-distortion scheme for multiple-input single-output (MISO) multiple access ultra-wideband (UWB) systems. In such a scheme, a simple objective function is defined, which can be efficiently solved by a gradient-based algorithm. For the performance evaluation, scenarios CM1 and CM3 of the IEEE 802.15.3a channel model are considered. Results show that the CLS algorithm has a fast convergence and a good trade-off between intersymbol interference (ISI) and multiple access interference (MAI) reduction and signal-to-noise ratio (SNR) preservation, performing better than time-reversal (TR) pre-distortion.

Comparison of multiple-input single-output single-user ultra-wideband systems with pre-distortion

This paper presents a performance analysis of a baseband multiple-input single-output ultra-wideband system over scenarios CM1 and CM3 of the IEEE 802.15.3a channel model, incorporating four different schemes of pre-distortion: time reversal, zero-forcing pre-equaliser, constrained least squares pre-equaliser, and minimum mean square error pre-equaliser. For the third case, a simple solution based on the steepest-descent (gradient) algorithm is adopted and compared with theoretical results. The channel estimations at the transmitter are assumed to be truncated and noisy. Results show that the constrained least squares algorithm has a good trade-off between intersymbol interference reduction and signal-to-noise ratio preservation, providing a performance comparable to the minimum mean square error method but with lower computational complexity. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Comunicación robusta punto a punto con módulos embebidos de radio frecuencia XBee

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