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)

Proposta de um sistema de monitoramento do processo de retificação plana baseado em plataforma de hardware livre e sensor de baixo custo

O processo de retificação é considerado um dos últimos na cadeia de produção de peças de precisão. Assim, é essencial ter um sistema de monitoramento confiável para este processo. Neste trabalho é proposto um sistema de medição de vibração, rápido e versátil, baseado na plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre Arduino, com objetivo de monitorar em tempo real o processo de retificação plana, especialmente no que diz respeito à condição da peça retificada. Para este trabalho ensaios experimentais foram realizados numa máquina retificadora plana, empregando um rebolo de óxido de alumínio e uma peça de aço ABNT 1020. Por meio de um sensor piezelétrico de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) de baixo custo, instalado junto à peça e conectado a uma das portas analógicas do hardware, foi possível medir o sinal de vibração durante o processo de retificação. Verificou-se que, a medida com que o rebolo perdia sua capacidade de corte, em função das consecutivas passadas sobre a peça, ocorria também uma significativa diminuição dos valores médios do sinal de vibração. Tal diminuição do sinal de vibração pode indicar o momento que o rebolo deve ser dressado, permitindo monitorar a qualidade superficial da peça durante o processo de retificação, evitando danos como é o caso da queima superficial. O princípio de operação e as principais características dessa técnica foram investigados, bem como algumas de suas limitações práticas.

Evaluation of Sperm DNA Peroxidation in Fertile and Subfertile Dogs

Contents Oxidative stress (OS) has been recognized as one of the most important causes of male infertility. The antioxidant activities of seminal plasma and epididymal fluid are not enough to prevent OS, which can damage sperm membranes and DNA, so antioxidant supplementation has been used as a treatment of male infertility. The aim of this experiment was to evaluate the DNA peroxidation before and after antioxidant supplementation with vitamin C and E in dogs with and without fertility problems. A total of eleven dogs were used and were divided in two groups: fertile group (G1), dogs with normal spermiogram (n=5); subfertile group (G2): dogs with low sperm count (<20x106sptz/ml) and/or more than 30% of total sperm pathology (n=6). Both groups received 500mg/day of vitamin C and 500mg/day of vitamin E for 60days. A semen sample was collected before (M1) and after (M2) oral supplementation. Samples were analysed for DNA peroxidation by measuring the 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine concentration. No significant difference was observed between groups at either time. Oral supplementation with 500mg/day of vitamin C and 500mg/day of vitamin E did not change the DNA peroxidation in fertile and subfertile dogs.

Integración de redes de microcontroladores distribuidos basados en bus CAN. Lado microcontrolador

[ES] El principal objetivo de este TFG fue la creación de un protocolo basado en CAN que facilitase la integración de redes de microcontroladores. Dicho protocolo tendría que ser sencillo de usar pero con funcionalidades potentes. Se eligió CAN como base puesto que se trataba de un estándar robusto y ampliamente reconocido. El resultado obtenido fue TouCAN, una librería potente pero amigable al usuario. TouCAN posee dos partes claramente diferenciadas pero estrechamente relacionadas, un lado microcontrolador y un lado supervisor. El lado microncontrolador que es sobre el que versa este TFG, está diseñado sobre Arduino, una tecnología muy en boga actualmente dada la facilidad de desarrollo y a una comunidad entusiasta. El objetivo principal de esta parte es la de interconectar los microcontroladores entre sí mediante el protocolo definido en TouCAN, proporcionando las clases y los métodos necesarios para ello. Por otra parte proporciona una serie de métodos de comunicación por el puerto serie para la interacción con un PC supervisor. El lado supervisor está basado en sistemas UNIX, por lo que es compatible con las diversas distribuciones Linux existentes además de ser fácilmente portables a otros sistemas como Mac OS X. Su principal función es la de servir como supervisor del lado microcontrolador. Conectándose a uno de los nodos maestros es capaz de interactuar con el resto de la red, permitiéndole al usuario comunicarse con sus dispositivos en todo momento. TouCAN tiene el potencial necesario para convertirse en una herramienta libre de amplio uso puesto que es sencillo pero potente, sostenida por una tecnología ampliamente conocida.

Integración de redes de microcontroladores distribuidos basados en bus CAN. Lado supervisor

[ES] El presente TFG tiene por objetivo el desarrollo de una librería que permita al usuario controlar de forma sencilla una red de microcontroladores. Como protocolo de comunicación sobre el que trabajar se ha utilizado el bus CAN, que proporciona una capa para el control de errores, configuración del ancho de banda, gestión de prioridades y protocolo de mensajes. Como resultado al proyecto, se obtiene la librería TouCAN en la cual se establecen dos partes diferenciadas, el lado microcontrolador y el lado supervisor. Cada una de estas partes se desarrollará en un TFG distinto, siendo el lado supervisor el correspondiente a este TFG. El lado microcontrolador se apoyará sobre la plataforma Arduino. En esta parte, se desarrollará la capacidad de conectar diferentes dispositivos de la red de microcontroladores entre sí, definiendo para ello un protocolo de comunicación que permita la realización de comunicaciones síncronas y asíncronas entre los distintos dispositivos de la red. Para dotar al arduino de la capacidad de hacer uso del protocolo bus CAN, se utilizará un Shield destinado a tal fin. El objetivo del supervisor será la integración de la red de microcontroladores con dispositivos de propósito general, tales como un ordenador personal, que permita realizar tareas de control y monitorización de los distintos sistemas empotrados situados en la red. Como sistema operativo utilizado en la elaboración de la librería se utilizó una distribución GNU/Linux. Para la comunicación del dispositivo supervisor con la red de microcontroladores se utilizará el puerto serie disponible en la plataforma Arduino.

Unidad inalámbrica de programación para robots educativos con dispositivos móviles

[ES]El objetivo de este Proyecto Fin de Carrera es diseñar una herramienta software que nos permita controlar de forma inalámbrica un brazo robótico. ésto se ha desarrollado para poder acercar el mundo de la robótica a aquellas personas ajenas a ello, además de dotar de un sistema de control para el día de mañana, evitando problemas de software caduco y antiguo. Para la realización de este proyecto se ha implementado una aplicación Android que permitirá al usuario realizar las acciones de las que dota una paleta estándar de brazo robótico. Además se ha desarrollado una rutina de control de flujo para Arduino, que enlace la tableta con el robot.

TouCAN : mejora y ampliación de funcionalidades

[ES]

TouCAN es una librería creada en su primera versión (v1) como Trabajos de Fin de Grado en Ingeniería Informática por John Wu Wu y Jose Lareo Domínguez bajo la tutorización de los profesores Antonio C. Domínguez Brito y Jorge Cabrera Gámez. Define un protocolo de comunicación para la interconexión de una red de microcontroladores basados en la plataforma de prototipado electrónico Arduino. Trabaja sobre el protocolo de comunicación CAN Bus (Controller Area Network), ampliamente utilizado por la industria desde la década de los 80. TouCAN destaca por ser una librería ligera, potente y amigable. El objetivo principal de este Trabajo Final de Grado en Ingeniería Informática consiste en proporcionar robustez a la librería incorporando mejoras y nuevas funcionalidades. Entre las principales mejoras destacar el control frente a fallos de comunicación, reinicio o reset de los microcontroladores, así como la caída de los mismos. Otra característica incluida en esta revisión consiste en la asignación dinámica deidentificadores de dispositivos que conforman un sistema empotrado distribuido. Permitiendo la posibilidad de “conexión en caliente” de nuevos nodos microcontroladores a la red de forma dinámica. A estos cambios, también se han añadido mejoras en la interfaz de la API que simplifica el uso y aprendizaje de la misma. Así como una nueva herramienta denominada TouCANSniffer que permite capturar y analizar todo el tráfico generado en la red. Las nuevas características y funcionalidades añadidas en TouCAN v2 proporcionan el potencial necesario para ser considerada seriamente como base de cualquier nuevo proyecto que integre una red distribuida de microcontroladores.

Caracterización y estudio de los sistemas operativos de tiempo real para sistemas embebidos FreeRTOS y ChibiOS/RT sobre un procesador SAM3X8E

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

Progetto di scheda a microcontrollore per la telemetria di veicoli elettrici

In un'epoca in cui l'informatizzazione si diffonde a macchia d'olio in ogni aspetto della vita quotidiana e la possibilità di essere connessi ad internet risulta vitale per aggiornarsi o anche semplicemente per mantenere contatti è possibile e allo stesso tempo necessario cercare di sfruttare la rete nel migliore dei modi in ambito lavorativo, per migliorare i propri prodotti e cercando di offrire all'utente beni e servizi sempre migliori, al passo coi tempi e col pensiero moderno. É in questo ambiente che la connettività si rende necessaria anche nel settore dell'automobile in modo da gestire in maniera efficiente l'enorme quantità di dati scambiati dalle varie sottoparti del sistema il cui compito è quello di supervisionare i componenti elettronici e meccanici. L'obiettivo è quello quindi di centralizzare ed elaborare le informazioni in modo da semplificare ed ottimizzare la gestione del veicoli per ottenere importanti vantaggi dalla fase di test fino a quella di utilizzo, passando per quella di manutenzione. Per questo risulta fondamentale, nell'epoca in cui viviamo, concedere la possibilità al veicolo di interagire con la rete internet in modo da poter sfruttare tutti i vantaggi comunicativi, siano essi con l'ambiente circostante o con persone, che essa prevede. Una volta quindi trovato il modo di interfacciarsi con la rete e sviluppato un software adeguato è fondamentale implementare fisicamente il dispositivo in modo da ottenere un dispositivo altamente integrabile nel sistema veicolo in modo da non alterare in maniera significativa la disposizione dei componenti di base (meccanici, elettrici ed elettronici) dell'automobile elettrica. È in quest'ottica che s'inserisce il progetto di una scheda per una vera e propria telemetria del veicolo elettrico con l'obiettivo di ottenere un sistema ad hoc, ma che mantenga una molteplicità di interfacce che permettano al dispositivo di rimanere aggiornato con l'evoluzione in atto relativa alle tecniche e ai protocolli (standard) di comunicazione permettendo quindi comunicazioni tramite rete ethernet, Wi-Fi o GPRS, cercando anche di sfruttare sistemi di posizionamento come il GPS. Per questo motivo si è cercato di realizzare la scheda seguendo la filosofia dei sistemi embedded, architetture il cui compito è quello di eseguire operazioni molto specifiche spesso con vincoli sull'esecuzione in tempo reale. Questo permette di ridurre al minimo l'hardware in termini di spazio, consumo e costo di realizzazione. Queste dispositivi si sono evoluti recentemente virando sulla creazione di architetture modulari che permettono il riutilizzo delle risorse disponibili; in questo modo si ottengono comunque dispositivi ottimizzati ma in grado di mantenere un certo tipo di flessibilità nello sviluppo delle applicazioni e allargando quindi lo spettro dei possibili impieghi. Secondo questi principi si è cercato quindi di realizzare la scheda in modo che implementasse e realizzasse il software dedicato alla comunicazione del veicolo con internet ma che, grazie all'hardware a disposizione, potesse essere programmata da mani esperte anche per numerosi utilizzi alternativi e resa quindi disponibile all'utente finale in possibili forme. In questo è risultato fondamentale l'utilizzo della piattaforma Arduino, basata sul microcontrollore ATmega328, che permette appunto una rapida espansione fisica del sistema.

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasività di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all’ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilità di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo è l’automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna, ci si è occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantità di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell’inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L’obiettivo è quello di permettere all’utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L’approccio individuato è stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si è quindi scelto di usare un sistema embedded, cioè un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalità specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati “special purpose”, in opposizione ai sistemi di utilità generica detti “general purpose” quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacità di eseguire ripetutamente un’azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso “firmware”. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si è scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa è composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalità, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilità d’utilizzo, può essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le più disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L’hardware è open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili così come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantità di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. È stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si è scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, è incaricato di prelevare dall’autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocità, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l’I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un “master” e di un arbitrario numero di “slave”. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l’obiettivo di accedere al database da ovunque, si è scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto sì che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall’autovettura e dall’altro ne permette un’agevole consultazione. Anch’esso è stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone però che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l’implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell’altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Implementazione di una rete di sensori per il controllo di gas inquinanti nell'ambiente

Negli ultimi anni i progressi tecnologici in termini di miniaturizzazione elettronica, hanno permesso la realizzazione di componenti hardware ed in particolare di microprocessori e sensori dalle dimensioni ridottissime. Questo ha favorito la recente diffusione di reti di sensori wireless (Wireless Sensor Network) basate su sistemi embedded più o meno complessi ed applicate a settori di mercato che vanno dalla domotica alle applicazioni industriali, fino al monitoraggio dei pazienti. Lo scopo di questa tesi, svolta in collaborazione con la società Rinnova di Forlì, consiste nell’implementazione di un dimostratore che mostri la reale capacità di realizzare una rete WS che si appoggia su di un sistema embedded commerciale ed ampiamente diffuso come la piattaforma Arduino ed in grado di rilevare il livello di ammoniaca presente negli allevamenti di pollame. Tale gas infatti, se presente in quantità notevole, provoca una dannosa alterazione comportamentale dei polli e risulta quindi un parametro molto importante da monitorare. Oltre al sensore di ammoniaca, misurazione principale richiesta dal progetto, ne sono stati aggiunti uno per la temperatura ed uno per l’umidità. L’architettura finale implementata è quella tipica di una rete a stella, in cui il master centrale colleziona a polling i dati provenienti dai sensori collegati agli slave e li invia ad un server web, rendendoli accessibili mediante la rete Internet. L’utente finale può così accedere alla pagina web da un qualunque PC dotato di connessione Internet, monitorare i dati dei sensori e soprattutto verificare quando il livello di ammoniaca supera la soglia di attenzione, potendo così intervenire immediatamente nell’allevamento per effettuare le dovute operazioni di pulizia.

Progettazione e implementazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili

Il progetto descritto in questo documento consiste fondamentalmente nell'integrazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili con reti di sensori e nello studio delle problematiche derivanti, vantaggi e potenziali utilizzi. La rete è stata costruita sfruttando l'insieme di protocolli per comunicazioni via radio Zigbee, particolarmente adatti per interazione tra dispositivi a basso consumo energetico e che necessitano di uno scarso tasso di trasferimento di dati. Le informazioni ottenute da sensori di varia natura sono processate da microcontrollori Arduino, scelti per la loro versatilità di utilizzo e design open source. Uno o più dispositivi sono designati per aggregare i dati rilevati dai singoli nodi in un unico pacchetto di informazioni, semanticamente correlate tra loro, quindi emetterle in broadcast su una diversa interfaccia di rete, in modo che diverse applicazioni esterne in ascolto possano riceverle e manipolarle. Viene utilizzato un protocollo specifico per la comunicazione tra i microcontrollori e le applicazioni che si interfacciano con la rete, costruito su misura per dispositivi con risorse limitate. L'applicazione context-aware che interagisce con la rete è stata sviluppata su piattaforma Android, la cui particolare flessibilità favorisce una migliore capacità di gestire i dati ottenuti. Questa applicazione è in grado di comunicare con la rete, manipolare i dati ricevuti ed eventualmente intraprendere azioni specifiche in totale indipendenza dal suo utilizzatore. Obiettivo del progetto è quello di costruire un meccanismo di interazione tra le tecnologie più adattivo e funzionale possibile.

Un Framework per il controllo e la gestione automatica dello spostamento di sensori mobili

Il progetto descritto in questo documento consiste nello sviluppo di un Framework composto da un'applicazione Android in grado di comandare il movimento di un robot collegato ad una scheda Arduino tramite interfaccia di comunicazione Bluetooth

Un'applicazione mobile per controllo e monitoraggio della qualità dell'acqua di una piscina

Questo elaborato ha come argomento lo sviluppo di un progetto informatico creato per mettere in comunicazione tra di loro un sistema di gestione e controllo del ricambio di acqua in una piscina e un dispositivo mobile. Per la realizzazione del sistema di controllo è stata utilizzata una scheda Arduino Mega 2560 munita di modulo Ethernet, mentre, per quello che concerne il dispositivo mobile, la scelta è ricaduta su un device dotato di sistema operativo Android. La comunicazione tra questi due attori è mediata attraverso un server scritto in Java che gira nella stessa rete locale in cui è presente la scheda Arduino. Il progetto può essere inserito nell'ambito dell'Internet of Things, dove ogni oggetto è caratterizzato dalla possibilità di connettersi ad Internet e scambiare informazioni con ogni altro oggetto creando una rete. Questo progetto è suddiviso in tre parti: la prima si occupa della definizione di due protocolli di comunicazione tra le varie componenti, uno per lo scambio di messaggi tra client Android e Server Java e un secondo per quello tra scheda Arduino e Server; la seconda parte è incentrata sulla realizzazione del server Java che rende accessibile la scheda da qualsiasi luogo e permette la raccolta dei dati rilevanti provenienti dalla centralina. L’ultima parte infine è quella relativa allo sviluppo di una applicazione per Android che permette di monitorare il tutto e interagire con la centralina stessa.