Sistema de gestão de energia e ativação de uma espoleta eletrónica

Os incêndios florestais constituem uma realidade que pode ser minimizada com o auxílio Forças Armadas, através de homens e de meios. O Projeto FIREND®, no qual este trabalho está inserido, tem como objetivo projetar uma munição que ao libertar uma substância química sobre o fogo, o impeça de se expandir e se possível, o extinga. O projétil tem 155mm de calibre e o seu compartimento de carga terá cerca de 7,5

Integrated architecture for vision-based indoor localization and mapping of a quadrotor micro-air vehicle

Atualmente os sistemas de pilotagem autónoma de quadricópteros estão a ser desenvolvidos de forma a efetuarem navegação em espaços exteriores, onde o sinal de GPS pode ser utilizado para definir waypoints de navegação, modos de position e altitude hold, returning home, entre outros. Contudo, o problema de navegação autónoma em espaços fechados sem que se utilize um sistema de posicionamento global dentro de uma sala, subsiste como um problema desafiante e sem solução fechada. Grande parte das soluções são baseadas em sensores dispendiosos, como o LIDAR ou como sistemas de posicionamento externos (p.ex. Vicon, Optitrack). Algumas destas soluções reservam a capacidade de processamento de dados dos sensores e dos algoritmos mais exigentes para sistemas de computação exteriores ao veículo, o que também retira a componente de autonomia total que se pretende num veículo com estas características. O objetivo desta tese pretende, assim, a preparação de um sistema aéreo não-tripulado de pequeno porte, nomeadamente um quadricóptero, que integre diferentes módulos que lhe permitam simultânea localização e mapeamento em espaços interiores onde o sinal GPS ´e negado, utilizando, para tal, uma câmara RGB-D, em conjunto com outros sensores internos e externos do quadricóptero, integrados num sistema que processa o posicionamento baseado em visão e com o qual se pretende que efectue, num futuro próximo, planeamento de movimento para navegação. O resultado deste trabalho foi uma arquitetura integrada para análise de módulos de localização, mapeamento e navegação, baseada em hardware aberto e barato e frameworks state-of-the-art disponíveis em código aberto. Foi também possível testar parcialmente alguns módulos de localização, sob certas condições de ensaio e certos parâmetros dos algoritmos. A capacidade de mapeamento da framework também foi testada e aprovada. A framework obtida encontra-se pronta para navegação, necessitando apenas de alguns ajustes e testes.

ROVIM T2D: Um robô autónomo de vigilância de instalações militares

Os avanços técnológicos da última década permitiram um crescimento nas aplicações militares de veículos autónomos. Com o objetivo de explorar o seu potêncial na vigilância de instalações militares, a Academia Militar encomendou o desenvolvimento e construção de um protótipo funcional de um veículo autónomo. Nesta dissertação os sistemas de tração, travagem e direção desse protótipo são abordados. A literatura atual foca-se em aplicações comerciais de veículos rodoviários, onde a autonomia é o principal problema. No entanto, equipas não profissionais lidam antes disso com dificuldades em capturar uma visão clara do projecto e fracos procedimentos de segurança. Uma moto-quatro com um módulo de baterias elétricas e atuadores embarcados para os sistemas da tração, travagem e direção, assim como os mecanismos de controlo e interface, é aqui proposta e avaliada, numa abordagem focada na flexibilidade de desenho e na segurança dos utilizadores. As limitações da solução proposta são identificadas e são propostas correções.

Regulador linear de tensão em tecnologia HV-CMOS

Atualmente, assiste-se na nossa sociedade a um recurso e uso massivo de equipamentos eletrónicos portáteis. Este facto, aliado à competitividade de mercado, exigiu o desenvolvimento desses equipamentos com o intuito de melhorar a sua gestão de potência e, obter, consequentemente, maior autonomia e rendimento. Assim, na gestão de potência de um SoC são os reguladores de tensão que assumem um papel de extrema importância. O trabalho realizado ao longo da presente dissertação pressupõe o projeto de um regulador linear de tensão do tipo LDO em tecnologia HV-CMOS, capaz de suportar tensões de entrada de 12V com vista à alimentação de blocos funcionais RF-CMOS com 3,3V e uma corrente de 100mA. Foi implementado através do processo CMOS de 0.35μm de 50V da Austria Micro Systems. A corrente de quiescente do regulador linear de tensão que determina a eficiência de corrente é de 120,22μA. Possui uma eficiência de corrente de 99,88% e um rendimento de 82,46% quando a tensão mínima de entrada é utilizada. O regulador linear de tensão possui uma tensão de dropout de 707mV. A estabilidade do sistema é mantida mesmo com transições de carga de 10μA para 100mA. O regulador possui um tempo de estabelecimento inferior a 2,4μs e uma variação da tensão de saída relativamente ao seu valor nominal inferior a 18mV, ambos para o pior caso. Porém, este regulador possui um undershoot e um overshoot de +- 1,85V.

Célula de medida de viscosidade de líquidos

O objetivo deste trabalho é o projeto, construção e teste de um sistema que permita a medida de viscosidade de líquidos utilizando o método do fio vibrante em regime livre. A principal contribuição original deste trabalho é o modo de controlo do estímulo e aquisição de sinal no contexto da medição de viscosidade, utilizando uma interface gráfica (GUI) onde o utilizador pode controlar o estímulo e a taxa de aquisição do sensor. A Field Programmable Gate Array (FPGA) é utilizada para controlar e sincronizar todo o sistema e fazer a ligação entre a interface gráfica e o hardware desenvolvido para condicionar o sinal de estímulo do fio vibrante e de resposta do fio vibrante. A amplitude eficaz máxima de corrente a estimular o fio vibrante permite utilizar fios vibrantes com um diâmetro maior e efetuar medições em líquidos mais viscosos. Utilizando o protótipo desenvolvido para adquirir a resposta do fio vibrante fez-se o ajuste dos pontos experimentais à equação que descreve o comportamento teórico da resposta do fio vibrante, obtendo-se valores de frequência e amortecimento da resposta do fio vibrante com um desvio padrão de e respetivamente, permitindo assim calcular a viscosidade do líquido em estudo.

Piloto automático: Sistema de navegação autónoma

Desde o início do crescente interesse na área de robótica que a navegação autónoma se apresenta como um problema de complexa resolução que, por isso, desperta vasto interesse no meio científico. Além disso, as capacidades da navegação autónoma aliadas à robótica permitem o desenvolvimento de variadas aplicações. O objectivo da navegação autónoma é conferir, a um dispositivo motor, capacidade de decisão relativa à locomoção. Para o efeito, utilizam-se sensores, como os sensores IMU, o receptor GPS e os encoders, para fornecer os dados essenciais à navegação. A dificuldade encontra-se no correcto processamento destes sinais uma vez que são susceptíveis a fontes de ruído. Este trabalho apresenta um sistema de navegação autónomo aplicado ao controlo de um robot. Para tal, desenvolveu-se uma aplicação que alberga todo o sistema de localização, navegação e controlo, acrescido de uma interface gráfica, que permite a visualização em mapa da movimentação autónoma do robot. Recorre-se ao Filtro de Kalman como método probabilístico de estimação de posição, em que os sinais dos vários sensores são conjugados e filtrados. Foram realizados vários testes de modo a avaliar a capacidade do robot atingir os pontos traçados e a sua autonomia no seguimento da trajectória pretendida.

Projeto de uma antena para controlo wireless de um robot

A comunicação e transmissão de informação sem fios tornou - se uma realidade cada vez mais utilizada pelas sociedades contemporâneas. A nível profissional, as forças armadas de cada país acharam conveniente modernizar os seus meios, por forma a aumentar a eficiência e a segurança em determinadas tarefas. Nesse sentido, o Exército português adquiriu um robot (ROVIM) cuja função é desempenhar ações de reconhecimento e vigilância de modo a obter informações de forma segura. O objetivo desta dissertação é dimensionar e construir uma antena para controlo wireless do robot (ROVIM). As especificações técnicas desta antena requerem dois modos de operação, um com uma largura de feixe larga e outro com uma largura de feixe estreita. Para alcançar esses objetivos dimensionou-se e construiu-se duas antenas. Na dissertação são construídas duas antenas, a primeira é uma antena Yagi – Uda convencional e a segunda é uma antena com uma estrutura nova que permite a regulação do ganho e da largura de feixe a -3 dB. A primeira antena será o modelo base da segunda antena, que apresenta a inovação do controlo das caraterísticas de radiação. Esse controlo é possível através da introdução de díodos e do respetivo circuito de polarização na estrutura da antena. Inicialmente, as antenas foram dimensionadas e simuladas recorrendo ao programa de simulação CST MWS, de modo a operarem na banda dos 2,4 GHz. Após a construção das antenas, as caraterísticas de radiação foram medidas recorrendo à câmara anecoica e ao network analyzer, permitindo assim a comparação dos resultados medidos com os simulados.

Comunicações tácticas e de emergência por propagação por efeito NVIS

O presente trabalho tem como objectivo projectar e construir uma antena que opere em onda curta, HF, e que explore a propagação na ionosfera por efeito NVIS, de modo a permitir o estabelecimento de comunicações de curta distância em situações tácticas e de emergência. Este projecto pode ter bastante interesse para o Exército Português, em teatros de operações em que o terreno seja bastante acidentado, como por exemplo o Afeganistão ou o Kosovo. A antena projectada e construída é composta por dois dipolos cruzados, com uma tipologia em v invertido, por forma a ser efectuada uma ligação de curta distância, com ângulos de elevação que podem atingir cerca de 88º a 89º para distâncias da ordem da dezena de quilómetros. Foi efectuado o dimensionamento teórico, a simulação do diagrama de radiação e posteriormente procedeu-se à construção e ensaio da antena, com resultados bastante satisfatórios.

Combining the power of online crowdsourcing with creative writing user interfaces

The goal of this work was to provide professional and amateur writers with a new way of enhancing their productivity and mental well-being, by helping them overcoming writers block and being able to achieve a state of optimal experience while writing. Our approach is based on bringing together different components to create what we call a creative moment. A creative moment is composed by an image, a text, a mood, a location and a color. The color presented in the creative moment varied according to the mood that was associated to the creative moment. With the creative moments we hoped that our users could have a way to easily trigger their creativity and have a kick start in their work. The prototyping of a web crowdsourcing platform, named CreativeWall, and a Microsoft Word Add-In, that was used on the user study performed, is described and their implementations are discussed. The user study reveals that our approach does have a positive influence in the productivity of the participants when compared with another existing approach. The study also revealed that our approach can ease the process of achieving a state of optimal experience by enhancing one of the dimensions presented on the Flow Theory. At the end we present what we consider would be some possible future developments for the concept created during the development of this work.

Condução autónoma – desenvolvimento de um robô para navegação num ambiente rodoviário à escala

Desde sempre que a tecnologia tem procurado ajudar, complementar ou mesmo substituir o ser humano em todas as suas tarefas e necessidades mais tediosas e/ou perigosas. A indústria automóvel é das que mais investe na investigação e desenvolvimento desta área, procurando desenvolver viaturas inteligentes, baseados em condução autónoma que ajudem o ser humano enquanto condutor, seja ao nível do conforto como da segurança. Em Portugal, no Festival Nacional de Robótica, existe uma prova onde se aplicam conceitos de decisão, controlo e visão para a condução autónoma num ambiente à escala. É com este conceito em mente que se executa este projeto, com a intenção de construir um veículo à escala, com direção de Ackerman, com a capacidade de se conduzir sem a intervenção ou controlo humano, que possa ser também utilizado na referida prova de competição. O projeto criado é baseado num sistema de controlo de baixo nível, responsável por controlar a velocidade, direção e travagem do veículo, sob comando de um sistema de alto nível baseado em visão computacional. O sistema desenvolvido foi testado, com sucesso, numa fase preliminar na prova a que se destinava. A versão atual do veículo inclui duas câmaras (uma delas móvel) para aquisição de informação múltipla, e codificadores nas rodas para um controlo mais preciso da velocidade do veículo.

Sistema de carga bidirecional para veículo elétrico

As preocupações com o elevado consumo de combustíveis fósseis e a crescente poluição atmosférica conduziram ao desenvolvimento dos veículos elétricos e dos veículos elétricos híbridos. O crescimento do parque automóvel elétrico levou à necessidade de considerar a sua integração na rede eléctrica, ao nível dos impactos estimados, mas também na sua potencial contribuição para uma gestão inteligente do sistema, funcionando como um buffer da energia produzida, permitindo desacoplar a produção do consumo, e assim melhor a eficiência global. Neste trabalho foi efetuado um estudo relacionado com a ligação bidirecional entre os veículos eléctricos e a rede eléctrica que permitirá o uso das baterias instaladas nos veículos participar nesse apoio à rede, debruçando-se primeiramente sobre o desenvolvimento das baterias que permanecem como elos mais fracos. Utilizando diferentes ferramentas de simulação e de análise de resultados foi depois efetuado um estudo sobre dois sistemas alternativos capazes de implementar o conceito V2G respeitando as restrições do ponto de vista normativo. Os resultados obtidos a partir de uma simulação coordenada entre os programas Simulink/Matlab e PSIM permitiram demostram o bom funcionamento dos 2 sistemas propostos, permitindo ficar com a convicção que o conversor multinível será capaz de proporcionar os resultados desejados com um menor tempo de resposta.

Modelação e análise de um sistema flexível de produção

A modelação dos sistemas industriais apresenta para as organizações uma vantagem estratégica no domínio do estudo dos seus processos produtivos. Através da modelação será possível aumentar o conhecimento sobre os sistemas podendo permitir, quando possível, melhorias na gestão e planeamento da produção. Este conhecimento poderá permitir também um aumento da eficiência dos processos produtivos, através da melhoria ou eliminação das principais perdas detetadas no processo. Este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento e validação de uma ferramenta de modelação, previsão e análise para sistemas produtivos industriais, tendo em vista o aumento do conhecimento sobre estes. Para a execução e desenvolvimento deste trabalho, foram utilizadas e desenvolvidas várias ferramentas, conceitos, metodologias e fundamentos teóricos conhecidos da bibliografia, como OEE (Overall Equipment Effectiveness), RdP (Redes de Petri), Séries Temporais, Kmeans, ou SPC (Statistical Process Control). A ferramenta de modelação, previsão e análise desenvolvida e descrita neste trabalho, mostrou-se capaz de auxiliar na deteção e interpretação das causas que influenciam os resultados do sistema produtivo e originam perdas, demonstrando as vantagens esperadas. Estes resultados foram baseados em dados reais de um sistema produtivo.

Estudo do potencial de poupança energético associado a um parque informático distribuído

A crescente evolução da utilização das Tecnologias de Informação (TI), nomeadamente em instituições e empresas, faz com que exista um aumento no consumo da energia elétrica e elevados custos de manutenção associados. Com esta situação, existe cada vez mais a preocupação em arranjar formas/técnicas de baixar este consumo, isto é, a necessidade de gerir estes consumos de forma a que se consiga baixar a fatura energética. O presente trabalho tem como objetivo estudar possibilidades de eficiência energética associado a um parque informático distribuído, nomeadamente estudar o que pode ser feito para reduzir consumos num edifício escolar, utilizando como caso de estudo uma escola do Instituto Politécnico de Leiria. Esta dissertação apresenta diferentes propostas de modo a que se consigam reduzir os consumos energéticos, nomeadamente com a substituição de equipamentos por outros mais eficientes. Numa parte inicial, o trabalho abrange uma visão global sobre técnicas que têm vindo a ser desenvolvidas para melhorar a eficiência energética em sistemas computacionais. Efetuaram-se medições de consumos, tanto em equipamentos como em sala, durante um período experimental, de modo a obter conclusões sobre os valores obtidos com a substituição dos equipamentos existentes por equipamentos eficientes.

Diagnóstico de consumos anómalos de energia: abordagem por classificação

Durante o período de funcionamento de uma instalação eléctrica podem ocorrer várias anomalias. Enquanto muitas delas apenas são identificadas tardiamente, outras acabam por nunca serem identificadas como um potencial problema. A identificação atempada dessas anomalias permite a realização de um diagnóstico que leve à correcção das suas causas evitando assim os desperdícios e prejuízos inerentes. A identificação de um consumo anómalo pode ser realizada, de forma automática ou semi automática através de sistemas de apoio que permitam sinalizar falhas ou comportamentos anormais. O trabalho apresentado nesta dissertação pretende possibilitar esta sinalização apenas através da análise dos dados de consumo medidos em tempo real e comparados com dados históricos através de uma abordagem baseada em classificação, recorrendo a métodos de clustering. Foram testadas diferentes abordagens em três casos distintos, dois relativos a consumidores residenciais para os quais existiam registos de consumo durante um período alargado, e um relativo a uma instalação desportiva, para a qual é possível aceder em tempo real ao sistema de gestão de consumos via web. O sistema implementado proporciona vários tipos de informação ao utilizador, permitindo visualizar graficamente a existência de uma potencial anomalia quando a disparidade entre a classificação do consumo no instante e a classe do consumo de referência for significativa.

Codificação compatível de vídeo 3D com o algoritmo HEVC

Esta dissertação apresenta um trabalho sobre codificação de vídeo 3D compatível com vídeo 2D. Tem por base o desenvolvimento de um método para melhorar, no descodificador, a reconstrução de uma vista subamostrada resultante de uma transmissão simulcast usando a norma de codificação de vídeo H.265 (informalmente denominada de High Efficiency Video Coding (HEVC)). Apesar de manter a compatibilidade com vídeo 2D a transmissão simulcast normalmente requer uma taxa de transmissão elevada. Na ausência de ferramentas de codificação 3D adequadas é possível reduzir a taxa de transmissão utilizando compressão assimétrica do vídeo, onde a vista base é codificada com a resolução espacial original, enquanto que a vista auxiliar é codificada com uma resolução espacial menor, sendo sobreamostrada no descodificador. O método desenvolvido visa melhorar a vista auxiliar sobreamostrada no descodificador utilizando informação dos detalhes da vista base, ou seja, as componentes de alta frequência. Este processo depende de transformadas Afim para realizar um mapeamento geométrico entre a informação de alta frequência da vista base de resolução completa e a vista auxiliar de menor resolução. Adicionalmente, de modo a manter a continuidade do conteúdo da imagem entre regiões, evitando artefatos de blocos, o mapeamento utiliza uma malha de triangulação da vista auxiliar aplicado à imagem de detalhes obtida a partir da vista base. A técnica proposta é comparada com um método de estimação de disparidade por correspondência de blocos, sendo que os resultados mostram que para algumas sequências a técnica desenvolvida melhora não só a qualidade objetiva (PSNR) até 2.2 dB, mas também a qualidade subjetiva, para a mesma taxa de compressão global.