Sistema de instrumentação de baixo custo compatível com o LabVIEW

A procura de soluções de baixo custo é hoje em dia, uma exigência quando se fala em aquisição de equipamentos para empresas e instituições. Essa procura torna-se ainda mais premente quando as soluções disponíveis comercialmente são demasiado caras e não traduzem por completo os objectivos para as quais se destinam. Com o trabalho desenvolvido nesta tese de Mestrado pretendeu-se criar uma versão low cost de um sistema de medição de deformações em estruturas, para ser utilizado pelo laboratório de Engenharia Civil da Universidade da Madeira. Fazendo uso da filosofia low cost utilizada para o desenvolvimento do sistema de medição, utilizou-se um Arduíno Duemilanove como plataforma de interface com o LabVIEW, em detrimento das dispendiosas placas de aquisição de dados. De forma a tornar o sistema de medição funcionalmente mais completo, e aproveitando-se a interface criada, bem como os deflectómetros digitais pertencentes à instituição, criou-se um sistema de medição personalizado que consegue medir simultaneamente os dados de três extensómetros e os valores medidos por dois deflectómetros. Foram efectuados diversos testes no equipamento desenvolvido, permitindo não só a calibração do mesmo, mas também um estudo das suas capacidades e limitações. Por fim, e de forma a demonstrar a versatilidade da interface criada, procedeu-se a um teste final onde foi possível verificar-se que era possível obter-se uma taxa de amostragem de cerca de 408,3Hz, caso o sistema fosse utilizado para a aquisição de um só valor de tensão analógico.

Configuração interferómetrica diferencial para medição de deformação e temperatura

Este documento descreve a implementação de um sistema interferométrico diferencial para a interrogação de redes de Bragg com o objectivo da medição diferencial de deformação e temperatura. Foram implementados dois sistemas de interrogação, um utiliza uma configuração implementada através de instrumentação física, e outro, uma configuração implementada através de instrumentação virtual, desenvolvida com recurso ao ambiente LabVIEW®. O esquema diferencial permite diminuir os efeitos de sensibilidade cruzada indissociáveis a estes sistemas. Foram realizados testes de deformação e temperatura de forma a validar o funcionamento do sistema virtual. Em ambos os casos, os resultados foram próximos dos obtidos com o sistema convencional, verificando-se que a instrumentação virtual é uma forma de aproveitar as vantagens que este esquema de interrogação apresenta: grande sensibilidade e elevada gama dinâmica, e permite reduzir uma de suas desvantagens, o elevado custo. Verificou-se ainda a viabilidade da aplicação da configuração estudada num sistema de análise térmica diferencial para identificação de compostos em amostras desconhecidas. O sistema foi demonstrado utilizando uma mistura de acetona e metanol. Do trabalho realizado nesta dissertação foi possível efectuar algumas publicações que foram submetidas em Revistas e Conferências Científicas. A primeira ao Symposium On Enabling Optical Networks and Sensors SEON - 2010, Anexo A. A segunda à 21st International Conference on Optical Sensors - OFS 2011, Anexo B. E uma terceira submetida à revista Journal of Lightwave Technology, Anexo C.

On theory multiple contraction

The one which is considered the standard model of theory change was presented in [AGM85] and is known as the AGM model. In particular, that paper introduced the class of partial meet contractions. In subsequent works several alternative constructive models for that same class of functions were presented, e.g.: safe/kernel contractions ([AM85, Han94]), system of spheres-based contractions ([Gro88]) and epistemic entrenchment-based contractions ([G ar88, GM88]). Besides, several generalizations of such model were investigated. In that regard we emphasise the presentation of models which accounted for contractions by sets of sentences rather than only by a single sentence, i.e. multiple contractions. However, until now, only two of the above mentioned models have been generalized in the sense of addressing the case of contractions by sets of sentences: The partial meet multiple contractions were presented in [Han89, FH94], while the kernel multiple contractions were introduced in [FSS03]. In this thesis we propose two new constructive models of multiple contraction functions, namely the system of spheres-based and the epistemic entrenchment-based multiple contractions which generalize the models of system of spheres-based and of epistemic entrenchment-based contractions, respectively, to the case of contractions (of theories) by sets of sentences. Furthermore, analogously to what is the case in what concerns the corresponding classes of contraction functions by one single sentence, those two classes are identical and constitute a subclass of the class of partial meet multiple contractions. Additionally, and as the rst step of the procedure that is here followed to obtain an adequate de nition for the system of spheres-based multiple contractions, we present a possible worlds semantics for the partial meet multiple contractions analogous to the one proposed in [Gro88] for the partial meet contractions (by one single sentence). Finally, we present yet an axiomatic characterization for the new class(es) of multiple contraction functions that are here introduced.

Touch ‘n’ sketch: pen and fingers on a multi-touch sketch application for tablet PC’s

In many creative and technical areas, professionals make use of paper sketches for developing and expressing concepts and models. Paper offers an almost constraint free environment where they have as much freedom to express themselves as they need. However, paper does have some disadvantages, such as size and not being able to manipulate the content (other than remove it or scratch it), which can be overcome by creating systems that can offer the same freedom people have from paper but none of the disadvantages and limitations. Only in recent years has the technology become massively available that allows doing precisely that, with the development in touch‐sensitive screens that also have the ability to interact with a stylus. In this project a prototype was created with the objective of finding a set of the most useful and usable interactions, which are composed of combinations of multi‐touch and pen. The project selected Computer Aided Software Engineering (CASE) tools as its application domain, because it addresses a solid and well‐defined discipline with still sufficient room for new developments. This was the result from the area research conducted to find an application domain, which involved analyzing sketching tools from several possible areas and domains. User studies were conducted using Model Driven Inquiry (MDI) to have a better understanding of the human sketch creation activities and concepts devised. Then the prototype was implemented, through which it was possible to execute user evaluations of the interaction concepts created. Results validated most interactions, in the face of limited testing only being possible at the time. Users had more problems using the pen, however handwriting and ink recognition were very effective, and users quickly learned the manipulations and gestures from the Natural User Interface (NUI).

Sistema de notificação e extensão da plataforma WISE-MUSE

A integração de sensores em estruturas, máquinas e ambientes, juntamente com uma eficiente recolha e envio de informação, trazem elevados benefícios para as sociedades actuais. Nesse sentido, com a crescente importância que as redes sem fios (WSN) assumem no contexto da qualidade de vida dos indivíduos, principalmente ao nível das comunicações, é fundamental procedermos à exploração das suas diversas potencialidades nos mais variados âmbitos. Deste modo, as WSN podem ser aplicadas em diversas áreas: saúde, monitorização ambiental, segurança de edifícios, indústria, monitorização de tráfego, monitorização de terramotos ou outras catástrofes naturais. Assim surge o projecto WISE-MUSE (Environmental Monitoring based on Wireless Sensor Networks for conservation of artwork and historical archives), que visa a implementação de um conjunto de soluções que permitem a monitorização contínua e automática de parâmetros ambientais (luminosidade, humidade, temperatura e CO2) através de WSN em museus. Este projecto de Mestrado em Engenharia Informática situa-se no âmbito deste projecto WISE-MUSE e tem como intuito: (i) a extensão da plataforma de monitorização de modo a recolher os dados das portas de emergência; (ii) a implementação de um sistema de notificações e alarmes via SMS e E-mail; e (iii) o desenvolvimento da plataforma Web WISE-MUSE, que permita a visualização remota dos dados dos sensores e das portas de uma forma integrada e em tempo real.

Plataforma para o suporte de blended peer assisted learning

Este projecto foi realizado na Universidade da Madeira, no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática e tem como título “Plataforma para o suporte de Blended Peer Assisted Learning”. Ao longo da nossa pesquisa sobre os vários métodos de aprendizagem online, deparamo-nos com uma grande lacuna que abrange a maior parte dos sistema de ensino assistidos por computador, ou seja, todas elas preocupam-se com a passagem de conhecimentos, mas raras são aquelas que têm em atenção o tipo de utilizador, qual a seu percurso académico e profissional, qual a metodologia que fará com que o mesmo capte melhor os conteúdos, etc. Com este objectivo em mente, e tendo em atenção as diversas plataformas e metodologias de ensino existentes, optou-se por elaborar uma arquitectura de uma plataforma capaz de centralizar na mesma, um conjunto de funcionalidades e metodologias que possibilitassem um acompanhamento mais específico do utilizador, proporcionando um maior conhecimento, através do qual poderia encaminhar o utilizador para a estratégia de aprendizagem que mais se adequasse a um utilizador com as suas características. Como se poderá constatar no decorrer desta dissertação, a plataforma desenhada e o módulo desenvolvido têm como base teórica o Peer Assisted Learning (PAL) e as suas estratégias de aprendizagem. O PAL é um conceito relativamente novo, que se encontra em plena ascensão, sendo cada vez maior o número de instituições/organizações que adoptam o PAL como metodologia de ensino para a formação dos seus membros. Este crescimento deve-se em grande parte às várias estratégias PAL que visam uma maior adequação ao tipo de utilizador, contribuindo assim para uma aprendizagem mais rápida e eficaz. Uma vez que a implementação da plataforma na sua totalidade seria de todo impossível, optouse por desenvolver apenas um dos módulos referente à estratégia de PAL – Peer Tutoring (PT). No final, o objectivo principal, passa não só por fornecer as bases necessárias ao desenvolvimento da referida plataforma, mas também pela disponibilização do módulo de PT que servirá de referência para o desenvolvimento das restantes estratégias. Tendo em atenção toda a investigação efectuada, facilmente se depreende as inúmeras vantagens que podem advir da utilização do PAL, das quais se salienta, a adequação da estratégia PAL mais indicada para cada tipo de utilizador.

WISE-MANager: criação e gestão de sessões colaborativas em redes de sensores sem fio

As redes de sensores sem fios (WSN- WSN-Wireless Sensor Network) utilizam um grande número de dispositivos sem fios (sensores), que são de baixo custo e equipados com interfaces wireless. Utilizam um conjunto de sensores autónomos que colaboram entre si para efectuar a monitorização das condições ambientais, tais como: temperatura, oxigénio, luz, humidade, pressão, gases poluentes, entre outras. Estas redes podem operar durante largos períodos de tempo, sem intervenção humana, sendo que esse tempo depende do nível de bateria desses nós. De modo a que os gestores de um Museu possam gerir de forma mais adequada as obras de arte e arquivos históricos, surge o projecto WISE-MUSE – Environmental Monitoring based on Wireless Sensor Networks, que permite implementar soluções para a monitorização museológica, com a utilização de redes de sensores sem fios. Actualmente, a colaboração entre o utilizador e a WSN é muito ténue, sendo que apenas existe colaboração entre os nós sensores. De forma a aumentar esta colaboração, e no âmbito do projecto WISE-MUSE surge o CWSN – Collaborative Wireless Sensor Network Model, que define um modelo de colaboração na rede de sensores sem fios, permitindo a utilização de sessões colaborativas para a monitorização da rede. Com o intuito de obter o máximo rendimento da rede, é necessário definir qual o deployment a utilizar. O tipo de deployment de uma WSN é a forma como os nós são distribuídos pela rede. Em zonas longínquas, ou de difícil acesso, os nós são colocados de forma aleatória, por exemplo, caiem de um avião. Nos locais de fácil acesso, podem ser colocados no local exacto. Portanto, este projecto de Mestrado de Engenharia Informática apresenta duas contribuições principais: (i) um estudo de propagação no Museu da Baleia; e; (ii) o WISE-MANager, um sistema de gestão de sessões colaborativas. De forma a definir qual o deployment da rede a instalar no Museu da Baleia, será apresentado um estudo de propagação do sinal empírico, que determinou a melhor posição física dos nós, para que a rede tenha uma boa performance. O sistema WISE-MANager permite a criação, monitorização e gestão de sessões colaborativas numa WSN baseada no protocolo Zigbee. O intuito da utilização de sessões colaborativas é proporcionar uma melhor interacção entre o utilizador e a WSN, visto que o utilizador pode personalizar o tipo de monitorização a efectuar (por nó sensor, por fenómeno ou por intervalo de tempo), e interrogar à rede e aos seus componentes, aumentando assim a flexibilidade da WSN.A gestão de redes de sensores sem fios é muito importante para que o utilizador tenha controlo sobre a mesma ao saber quais os dispositivos da rede, assim como o seu nível de energia. Por tanto, através de WISE-MANager, os gestores do Museu serão capazes de analisar a rede, detectar eventuais problemas e obter parâmetros específicos.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

A outra face dos modelos: técnicas de visualização para explorar modelos

Os modelos são tradicionalmente utilizados na engenharia de software para documentar aspetos do desenho e, em alguns casos, como base para a geração de parte ou a totalidade dos sistemas informáticos que descrevem. Embora subsista o debate sobre este tipo de abordagens e sobre o papel e qualidades que os modelos devem possuir nesta área de engenharia, a existência de modelos que estejam em conformidade com linguagens de modelação bem definidas permite outro tipo de utilizações que vão além das anteriormente referidas. Assente no conhecimento existente sobre a visualização de dados, nesta dissertação irá ser demonstrado a utilização de técnicas de visualização que permitem extrair informação sobre os modelos numa perspetiva inovadora e que contribui favoravelmente para uma melhor compreensão, análise e validação dos mesmos.

Hovercraft telemanipulation virtual models and interface design

A control system was designed to allow humans to manually drive an, usually automatic, two wheeled hovercraft. The size, the mass and the way of driving this vehicle proves to be an issue for the everyday, untrained person to achieve. During this thesis several control layouts were designed with the objective of creating an intuitive and easy way of driving such a vehicle. At the end two where usertested using a simulation (also developed during this thesis) of the said hovercraft set against obstacles similar to those expected to be encountered on its real environment. The two layouts are just slightly apart in performance but numerous issues were found that can be used to redesign a better control layout. This means that no definitive winner was found but a foundation for a better design was indeed found.

A situation awareness interface for a bi-wheeled industrial hovercraft: design, development and evaluation

The intention of this thesis is to develop a prototype interface that enables an operator to control a bi-wheeled industrial hovercraft that will work within a fusion power plant if the automation system fails. This fusion power plant is part of the ITER project a conjoint effort of various industrialized countries to develop cleaner sources of energy. The development of the interface prototype will be based on situation awareness concepts, which provide a means to understand how human operators perceive the world around, then process that information and make decisions based on the knowledge that they already have and the projected knowledge of the reactions that will occur in the world in response to the actions the operator makes. Two major situation awareness methods will be used, GDTA as a means to discover the requirements the interface needs to solve, and SAGAT to conduct the evaluation on the three interfaces. This technique can isolate the differences an operator has in situation awareness when presented with relevant information given by each of the three interfaces that were built for this thesis. Where the first interface presents the information within the operator’s focal point of view in a pictorial style, the second interface shows the same information within the same point of view has the first interface but only shows it in a textual manner. While the third interface shows the relevant information in the operator’s peripheral field of view. Also SAGAT can provide insight on the question to know if providing the operator with feed-forward information about the stoppage distances of the bi-wheeled industrial hovercraft has any effect on the operator’s decision making.

An online platform for real-time sensor data collection, visualization, and sharing

Sharing sensor data between multiple devices and users can be^challenging for naive users, and requires knowledge of programming and use of different communication channels and/or development tools, leading to non uniform solutions. This thesis proposes a system that allows users to access sensors, share sensor data and manage sensors. With this system we intent to manage devices, share sensor data, compare sensor data, and set policies to act based on rules. This thesis presents the design and implementation of the system, as well as three case studies of its use.

Monitorização de provas de educação física

O presente trabalho tem por objectivo desenvolver um sistema de monitorização de provas de educação física e do ambiente circundante. Neste projecto desenvolveu-se um protótipo para uma Rede de Sensores Sem Fios (RSSF) que realiza a monitorização, em tempo real, do esforço e desempenho da actividade física dos atletas e das características físicas do ambiente. Estudou-se o funcionamento das RSSF, baseadas no protocolo ZigBee, e foram desenvolvidos módulos de monitorização de atletas e ambiente que integram esta tecnologia como meio de comunicação. O módulo de monitorização de atletas é composto por acelerómetro, sensor de batimento cardíaco e GPS. Inclui um serviço de localização secundário a partir do received signal strenght indicator (RSSI) caso o serviço de GPS estiver indisponível. O módulo de monitorização ambiental é composto por vários sensores que monitorizam: humidade, temperatura, luminosidade, monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigénio. Cada módulo de monitorização ambiental foi munido com Bluetooth, por forma a que os atletas, sempre que no alcance da rede, possam com o próprio telemóvel consultar o valor actual dos parâmetros ambientais e a sua localização. Estes dados são medidos e transmitidos periodicamente, em tempo real, pela rede ZigBee para uma estação base acoplada a um computador. Os dados são armazenados e processados e os resultados são disponibilizados através de uma aplicação no computador local e de uma página na Internet. Neste trabalho verifica-se que a RSSF, que utiliza o protocolo ZigBee, é capaz de realizar comunicação entre atletas, sensores ambientais e computador com baixo consumo energético, optimizando a autonomia pretendida. Este sistema de RSSF integrado com a tecnologia sensorial actual, permite o desenvolvimento de módulos com um elevado nível de funcionalidades em dimensões relativamente reduzidas.

Social fabrics

Existing wearable computing research and indeed commercial products, have explored how to control phones and music players in pockets. They have typically relied on interaction via simple flexible button sensors. This thesis proposes, design and develops new ways of interacting which explore the potential of clothes, such as pulling or stretching. Its aim to present and demonstrate the value of embodied and intuitive inputs based on standard clothing elements such as zips, fasteners, beads, Velcro and magnets. Individual interactions for each are described and discussed before a final combination application, the MusicHoodie, which is developed to control an MP3 player. A simple usability test on this system reveals a range of interesting and promising results about which were the most acceptable and understandable inputs. This thesis closes with a discussion of the implications and contributions of the work it presents.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.