PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Projecto e implementação de uma fonte de alta tensão para produção de descargas eléctricas

O objetivo deste trabalho consistiu em projetar, construir e testar um protótipo em laboratório de uma fonte de alimentação de alta tensão que permita descargas elétricas {estáveis e de dimensões reduzidas}, de modo a que possa ser utilizada, dada a sua essencialidade, na fabricação de redes de período longo (LPG) em fibra ótica nos chamados turning points. Estes são pontos de elevada sensibilidade, fundamentais no desenvolvimento tecnológico de sensores em fibra ótica, em particular, de sensores refractométricos. O protótipo da fonte de alimentação é composto por um regulador do tipo BUCK, um inversor para alimentação do transformador de alta tensão, o circuito de realimentação e controlo PWM e um microcontrolador para o comando da fonte. Posteriormente procedeu-se à otimização dos parâmetros de descarga, o que conduziu a fabricação de redes de período longo com períodos inferiores a 150 micrómetros. Este é um resultado sem paralelo a nível internacional no que concerne ao uso da técnica do arco elétrico.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Projeto do acionamento eletrónico de um veículo unipessoal de mobilidade urbana

O acionamento eletrónico de motores desempenha um papel cada vez mais importante nos transportes e mobilidade, devido às inúmeras aplicações, entre as quais o controlo de velocidade e direção dos motores das cadeiras de rodas elétricas. No entanto, as soluções disponíveis no mercado apresentam um custo elevado, e consequentemente são inacessíveis para muitas pessoas. O objetivo desta dissertação é projetar o sistema de acionamento eletrónico para um veículo unipessoal de mobilidade urbana, de acordo com os requisitos estabelecidos, e realizar um protótipo funcional com o mínimo custo possível. O sistema estará subdividido em quatro módulos: interface com o utilizador, controlador central, sistema de potência e atuadores. A sua implementação será feita através da programação num Arduino, o sistema de potência utiliza drivers, e o controlo de velocidade dos motores CC será efetuado por PWM. O sistema de controlo foi implementado de uma forma modular e parametrizada para que numa próxima fase se possa afinar os parâmetros de controlo do movimento adequando o veículo para diferentes condições de operação. Numa perspetiva futura, pretende-se que este veículo unipessoal de mobilidade urbana seja comercializado de forma económica e possibilite a mobilidade total em meio urbano a pessoas com limitações de ordem motora.

Disseny i construcció d’ un braç de robot de 5 graus de llibertat governat des de PC via USB.

El braç robot es va crear com a resposta a una necessitat de fabricació d’elements mitjançant la producció en cadena i en tasques que necessiten precisió. Hi ha, però, altres tipus de tasques les quals no són repetitives, ni poden ésser programades, que necessiten però ser controlades en tot moment per un ésser humà. Són activitats que han d’estar realitzades per un ésser humà, però que requereixen molta precisió, és per això que es creu necessari el disseny d’un prototipus de control d’un braç robot estàndard, que permeti a una persona el control total sobre aquest en temps real per a la realització d’una tasca no repetitiva i no programable prèviament. Pretenem, en el present projecte, dissenyar i construir un braç robot de 5 graus de llibertat, controlat des d’un PC mitjançant un microcontrolador PIC amb comunicació a través d’un bus USB. El robot serà governat des d’un PC a través d’un software de control específic

Robòtica per a ESO i Batxillerat. 'Robótica para ESO y Bachillerato'.

Resumen tomado del autor. Este trabajo corresponde al material del grupo de trabajo 'Construcció d'una interfície de control amb el port sèrie i les seves aplicacions didáctiques en les àrees de Tecnologia d'ESO i TIC Batxillerat' (Construcción de una interfaz de control con el puerto serie y sus aplicaciones didácticas en las áreas de Tecnología de ESO y TIC Bachillerato). El CD incluye, a parte del documento pdf, un fichero con el entorno de programación (con Windows XP), un ejecutable con instrucciones para adecuar el MicroPic a las características del entorno de programación, un fichero con datos hexadecimales que NTPicprog guardará en el MicroPic y un video de demostraciones de posibles aplicaciones con la interfaz de control y la metodología propuesta en esta publicación (archivo Windows Media Player)

Indevol : educa.

En la investigación se lleva a cabo la construcción de un modelo interfaz evolutivo en el área de tecnología en el que se pueden incorporar distintos contenidos con nivel de dificultad creciente de forma que el alumno pueda dirigir su propio aprendizaje y compatibilizar esta plataforma con las placas de Arduino que se utilizarán para el diseño, comprensión y aprendizaje de circuitos electrónicos, dispositivos de control, tanto analógicos como digitales o circuitos lógicos, entre otros. Dicha implementación permitirá evaluar la motivación que produce dichas metodologías. El proyecto plantea dos objetivos principales: establecer un sistema de enseñanza virtual estructurando los contenidos lineales en una nueva estructura alineal (interactiva), dinámica y evolutiva. INDEVOL:educa es una plataforma de reflexión sobre el desarrollo del interfaz en entornos educativos y la interacción hombre-máquina. Los estudiantes adquieren gracias a la enseñanza virtual de INDEVOL:educa y a las tutorías presenciales del profesor de tecnología, conocimientos que evolucionan con el perfil del alumnado para llevar a cabo sus propias instalaciones y piezas interactivas. El segundo objetivo es gestionar la implementación en el sistema de enseñanza de las placas de Arduino en la enseñanza de Castilla-La Mancha como proyecto pionero en la región y teniendo en cuenta el éxito de esta implementación en otras comunidades. El trabajo se realiza con alumnos de tercero de ESO con el objeto de impartir conocimientos básicos en el campo de realización de prototipos interactivos para piezas e instalaciones y en la búsqueda de información suplementaria en el campo; hacer comprensible la utilización de herramientas hardware para la creación de interfaces físicos al ordenador distintos del clásico teclado o el ratón; realización de ejercicios prácticos que ayuden a los alumnos a comprender la electrónica desde una posición explorativa. Se utiliza la metodología de planificación y gestión de proyectos orientadas a objetivos, orientando al alumno en la conceptualización de sus ideas para convertirlas en conceptos. Los objetivos están jerarquizados en orden de importancia y se van remodelando con la experiencia y la evolución del proyecto y hay que ir recogiendo este movimiento evolutivo para estudiar las implicaciones de éste en las demás fases. Así mismo, se marcan las distintas líneas de acción que permiten al alumnado ir consiguiendo los objetivos propuestos que han de ser plausibles con respecto a los tiempos y recursos de los que se dispone. Esta metodología es una forma de estructurar el objetivo principal que consiste en la elaboración, desarrollo y conceptualización de la idea y por otro el marcaje de los objetivos específicos y generales que rigen la investigación. Fundamentalmente se trabajan los procesos de enseñanza y aprendizaje centralizada en la incorporación de las placas de Arduino en el entorno escolar de tercero de ESO. El equipo multidisciplinar consta de investigadores de la Universidad de Castilla-La Mancha y docentes ligados a la materia y con larga experiencia en la distribución de los contenidos que han ayudado a que esta metodología pueda ser implantada con éxito. Las sesiones son una mezcla teórico-práctica donde los investigadores deciden cuándo es el mejor momento para hacer una pausa del trabajo práctico mediante la introducción de una charla que incluye ejemplos de instalaciones, introducción a una determinada herramienta, etc. Los objetivos se cumplen con gran éxito y aprobación tanto por parte de los investigadores implicados como por parte del alumnado. La competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico así como la competencia digital se ven satisfechas con la utilización de las placas de Arduino, consiguiendo de esta forma una comprensión más clara y motivadora de circuitos electrónicos y robóticas, teniendo la posibilidad de crear sus propios proyectos, tanto personales como en equipo, lo cual les permite desarrollar la competencia de autonomía personal. Así mismo, el hecho de contar con una plataforma propia, de hardware y software libre y de bajo coste en el caso de querer personalmente adquirir el material que permite al alumno elegir el ritmo de su propio aprendizaje sin ningún tipo de limitaciones.

Construcción y presentación a un concurso de un robot.

Trabajo no publicado

Open Hardware

Presentació sobre la creació de la placa Arduino, i els projectes que s'han fet arreu amb aquesta placa

Interactive sensory objects for improving access to heritage

In this project we explore how to enhance the experience and understanding of cultural heritage in museums and heritage sites by creating interactive multisensory objects collaboratively with artists, technologists and people with learning disabilities. We focus here on workshops conducted during the first year of a three year project in which people with learning disabilities each constructed a 'sensory box' to represent their experiences of Speke Hall, a heritage site in the UK. The box is developed further in later workshops which explore aspects of physicality and how to appeal to the entire range of senses, making use of Arduino technology and basic sensors to enable an interactive user experience.

Sistema portátil de aquisição de dados para análise dinâmica de estruturas mecânicas

Este trabalho apresenta um sistema microcontrolado para aquisição dinâmica de sinais. O sistema possui condicionadores analógicos para três canais de entrada, possibilitando a leitura de sinais diferenciais provenientes de transdutores ligados em ponte de Wheatstone. Estes condicionadores provêem tensão de excitação AC, com portadora de 5 kHz. A parte digital do sistema baseia-se no microcontrolador Intel 80C196. Apresenta interface com o usuário através de teclado e mostrador de cristal líquido. A taxa de aquisição é de 1000 amostras/s e o armazenamento dos dados é feito em memória Flash de 4 Mbits. Também possibilita comunicação digital serial com um microcomputador tipo PC para análise e tratamento dos dados adquiridos. Um protótipo do equipamento foi montado interligando as partes analógica e digital. Para a calibração dos condicionadores de sinais foi adotado o procedimento de calibração estática, tendo como referência uma unidade de calibração resistiva padrão. Foi determinado o comportamento dos condicionadores através de ensaios dinâmicos, sendo apresentados gráficos de resposta em amplitude e fase em função da freqüência do sinal de entrada. Os dados resultantes de ensaios estáticos e dinâmicos foram adquiridos por um osciloscópio digital e pelo sistema de aquisição desenvolvido. São mostrados gráficos comparativos dos sinais obtidos com ambos os equipamentos.

Estudo comparativo de sistemas de produção integrada e convencional de pessegueiro

O objetivo do presente trabalho foi comparar os sistemas de Produção Convencional (PC) e Integrada (PI) de pêssegos no sul do Brasil. Áreas de um pomar da cv. Marli foram avaliadas em relação às principais práticas de manejo da planta e do solo, controle fitossanitário, aspectos econômicos, bem como à qualidade da fruta. No Estudo I, na área conduzida sob PI, foram utilizadas as práticas de manejo preconizadas pela Organização Internacional de Controle Biológico (OICB). Na área conduzida no sistema de PC, as plantas foram manejadas de acordo com as práticas comumente utilizadas pelo produtor. A produção de pêssegos, em ambos os sistemas, não foi afetada. Na área de PI, houve menor número de pêssegos por planta, entretanto as frutas apresentaram maior tamanho e peso. A maioria dos pêssegos foram classificados como CAT I (diâmetro superior a 57 mm). As frutas produzidas na PC, são, na maioria, de CAT II (57 a 48 mm). A incidência de grafolita (Grapholita molesta) e podridão parda (Monilinia fructicola) sobre os frutos foi semelhante em ambos os sistemas. Quanto a mosca-das-frutas (Anastrepha fraterculus), a incidência sobre os frutos da PC foi superior. O monitoramento de pragas foi eficaz para determinar o momento adequado para a aplicação dos inseticidas. A prática reduziu o uso de agroquímicos no sistema PI. No Estudo II, que foi conduzido em um pomar da cv. Coral 2, o uso de duas aplicações de metoxifenozide e uma aplicação do etofemprox, ambos inseticidas de baixo impacto ambiental, garantiram danos bem inferiores quando comparados aos danos obtidos na PC, onde foram utilizadas 9 aplicações de paratiom metil. A redução das aplicações garante uma diminuição dos custos na produção. A qualidade pós-colheita não apresentou diferenças em relação à acidez, firmeza e cor. Com base nestes resultados, podemos concluir que é possível produzir pêssegos de qualidade, com produtividade e redução considerável no uso de agroquímicos.

Implementação do protocolo TCP/IP para sistemas de intrumentação

Baseado na tecnologia de interligação de redes, este trabalho apresenta uma proposta de conexão de dois sistemas com processamento próprio com o intuito de troca de informações, utilizando a pilha de protocolos TCP/IP. Este sistema será empregado em ambientes de controle industrial, permitindo o envio de informações do servidor de dados para o cliente. Os dados são constituídos de leituras feitas em equipamentos de campo, apresentando ao cliente remoto, medições dos mais diversos tipos. Por outro lado, o cliente poderá enviar comandos aos equipamentos de campo visando o telecontrole. Como ponto de partida para a elaboração do trabalho prático, foi utilizado o ambiente de controle do sistema de potência da companhia energética do estado do Rio Grande do Sul (CEEE). Um microcomputador com um browser acessa, através de uma rede local, os equipamentos controlados, que poderão ser qualquer tipo de equipamento de campo empregado em subestações de energia elétrica, como disjuntores, transformadores ou chaves. Para permitir o acesso remoto de tais equipamentos, foi elaborado um servidor de dados constituído de um controlador de rede do tipo Ethernet e um microcontrolador de aplicação específica que se encarrega do processamento da pilha de protocolos. O controlador Ethernet utilizado é um circuito integrado dedicado comercial, que executa o tratamento dos sinais de nível físico e de enlace de dados conforme o padrão IEEE 802.2. O processador TCP/IP, enfoque principal deste trabalho, foi elaborado através da linguagem de programação C, e a seguir traduzido para o Java, que é o ponto de partida para a ferramenta SASHIMI, de geração da descrição em VHDL do microcontrolador de aplicação específica utilizado. O processador TCP/IP encarrega-se da aquisição de dados do equipamento de campo, do processamento da pilha de protocolos TCP/IP, e do gerenciamento do controlador Ethernet. A partir desta descrição VHDL, foi sintetizado o hardware do microcontrolador em um FPGA, que juntamente com o software aplicativo, também fornecido pela ferramenta utilizada, desempenha o papel de processador TCP/IP para o sistema proposto. Neste ambiente, então, o cliente localizado no centro de operação, acessa através de um browser o equipamento de campo, visando obter suas medições, bem como enviar comandos, destacando o aspecto bidirecional para a troca de dados e a facilidade de conexão de dois sistemas heterogêneos. Este sistema pretende apresentar baixo custo de aquisição e de instalação, facilidade de interconexão local ou remota e transparência ao usuário final.

Produção convencional x integrada em pessegueiro na Depressão Central do Rio Grande do Sul

A produção integrada (PI) procura reduzir o uso de agrotóxicos, eliminar outros produtos considerados perigosos para a saúde humana ou prejudicial para o meio ambiente, e ao mesmo tempo, fomentar as boas práticas de manejo agrícola. Assim o objetivo deste trabalho é comparar os sistemas de produção convencional (PC) e integrado de pêssegos da cv. Marli, em relação as principais práticas de manejo da planta e do solo, controle fitossanitário, aspectos econômicos, bem como a qualidade da fruta, a fim de que possa estabelecer o sistema de Produção Integrada de Frutas de Caroço (PIFC) na Depressão Central-RS. Na área conduzida sob PI, foram utilizadas as práticas de acordo com o manejo preconizado pela Organização Internacional de Controle Biológico e no sistema de PC, aquelas de uso comum pelo produtor. A produção de pêssegos da cv. Marli, conduzidos em ambos os sistemas, não foi afetada. Na área de PI, houve menor número de pêssegos por planta comparada com a PC, entretanto os pêssegos apresentaram maior tamanho, peso e calibre, não afetando a produção final de pêssegos. A classificação das frutas demonstrou que os pêssegos provenientes do sistema de PI são na maioria pertencente a CAT I (diâmetro superior a 57 mm), enquanto os do sistema PC são de CAT II (57 a 48 mm). Em relação às pragas e doenças houve maior incidência de grafolita (Grapholita molesta) e podridão parda (Monilinia fructicola) no pomar de pêssegos provenientes do sistema de PI. O monitoramento de pragas e o manejo de doenças proporcionaram uma sensível redução na aplicação de agroquímicos. A qualidade pós-colheita nos pêssegos provenientes do pomar de PI, apresentou maior acidez e firmeza de polpa nas frutas. Os resultados alcançados da avaliação conjunta nos dois sistemas permitem concluir que é possível produzir pêssegos de melhor qualidade, mantendo a produtividade com uma redução considerável no uso de agroquímicos.