The BCD transient recorder revisited: firmware for the ISA-to-USB bridging card and software for the graphical user interface

This report describes recent updates to the custom-built data-acquisition hardware operated by the Center for Hypersonics. In 2006, an ISA-to-USB bridging card was developed as part of Luke Hillyard's final-year thesis. This card allows the hardware to be connected to any recent personal computers via a (USB or RS232) serial port and it provides a number of simple text-based commands for control of the hardware. A graphical user interface program was also updated to help the experimenter manage the data acquisition functions. Sampled data is stored in text files that have been compressed with the gzip for mat. To simplify the later archiving or transport of the data, all files specific to a shot are stored in a single directory. This includes a text file for the run description, the signal configuration file and the individual sampled-data files, one for each signal that was recorded.

Controlo por computador de um sistema de levitação magnética

Ao longo deste projecto são efectuados vários passos para a realização de um sistema de levitação magnética controlado por computador. O objectivo deste projecto é a levitação de um objecto de material ferromagnético. Para a sua realização foi essencialmente necessário um electroíman, que exerce a força electromagnética sobre a bola, um circuito de potência para accionar o electroíman, um circuito sensor constituído por um LDR e por fim, o circuito constituído pelo PIC 18F4550. Para a comunicação entre o sistema e o PC foi estabelecida a comunicação série RS232. No que concerne ao controlo do sistema, foi aplicado um controlador PD e um controlador em avanço, ambos projectados directamente no domínio digital, através do método do Lugar de raízes. Posteriormente foi desenvolvida uma interface gráfica em ambiente MATLAB, para comunicação, via RS232, entre o PC e o sistema.

Implementation of a Campus wide DGPS Data Server

Although the Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS) is, de facto, the standard positioning system used in outdoor navigation, it does not provide, per se, all the features required to perform many outdoor navigational tasks. The accuracy of the GPS measurements is the most critical issue. The quest for higher position readings accuracy led to the development, in the late nineties, of the Differential Global Positioning System (DGPS). The differential GPS method detects the range errors of the GPS satellites received and broadcasts them. The DGPS/GPS receivers correlate the DGPS data with the GPS satellite data they are receiving, granting users increased accuracy. DGPS data is broadcasted using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to have access, within the ISEP campus, to DGPS correction data. To achieve this objective we designed and implemented a distributed system composed of two main modules which are interconnected: a distributed application responsible for the establishment of the data link over the Internet between the remote DGPS stations and the campus, and the campus-wide DGPS data server application. The DGPS data Internet link is provided by a two-tier client/server distributed application where the server-side is connected to the DGPS station and the client-side is located at the campus. The second unit, the campus DGPS data server application, diffuses DGPS data received at the campus via the Intranet and via a wireless data link. The wireless broadcast is intended for DGPS/GPS portable receivers equipped with an air interface and the Intranet link is provided for DGPS/GPS receivers with just a RS232 DGPS data interface. While the DGPS data Internet link servers receive the DGPS data from the DGPS base stations and forward it to the DGPS data Internet link client, the DGPS data Internet link client outputs the received DGPS data to the campus DGPS data server application. The distributed system is expected to provide adequate support for accurate (sub-metric) outdoor campus navigation tasks. This paper describes in detail the overall distributed application.

Sensor Integration for Smart Cities Using Multi-Hop Networks

Smart Cities are designed to be living systems and turn urban dwellers life more comfortable and interactive by keeping them aware of what surrounds them, while leaving a greener footprint. The Future Cities Project [1] aims to create infrastructures for research in smart cities including a vehicular network, the BusNet, and an environmental sensor platform, the Urban Sense. Vehicles within the BusNet are equipped with On Board Units (OBUs) that offer free Wi-Fi to passengers and devices near the street. The Urban Sense platform is composed by a set of Data Collection Units (DCUs) that include a set of sensors measuring environmental parameters such as air pollution, meteorology and noise. The Urban Sense platform is expanding and receptive to add new sensors to the platform. The parnership with companies like TNL were made and the need to monitor garbage street containers emerged as air pollution prevention. If refuse collection companies know prior to the refuse collection which route is the best to collect the maximum amount of garbage with the shortest path, they can reduce costs and pollution levels are lower, leaving behind a greener footprint. This dissertation work arises in the need to monitor the garbage street containers and integrate these sensors into an Urban Sense DCU. Due to the remote locations of the garbage street containers, a network extension to the vehicular network had to be created. This dissertation work also focus on the Multi-hop network designed to extend the vehicular network coverage area to the remote garbage street containers. In locations where garbage street containers have access to the vehicular network, Roadside Units (RSUs) or Access Points (APs), the Multi-hop network serves has a redundant path to send the data collected from DCUs to the Urban Sense cloud database. To plan this highly dynamic network, the Wi-Fi Planner Tool was developed. This tool allowed taking measurements on the field that led to an optimized location of the Multi-hop network nodes with the use of radio propagation models. This tool also allowed rendering a temperature-map style overlay for Google Earth [2] application. For the DCU for garbage street containers the parner company provided the access to a HUB (device that communicates with the sensor inside the garbage containers). The Future Cities use the Raspberry pi as a platform for the DCUs. To collect the data from the HUB a RS485 to RS232 converter was used at the physical level and the Modbus protocol at the application level. To determine the location and status of the vehicles whinin the vehicular network a TCP Server was developed. This application was developed for the OBUs providing the vehicle Global Positioning System (GPS) location as well as information of when the vehicle is stopped, moving, on idle or even its slope. To implement the Multi-hop network on the field some scripts were developed such as pingLED and “shark”. These scripts helped upon node deployment on the field as well as to perform all the tests on the network. Two setups were implemented on the field, an urban setup was implemented for a Multi-hop network coverage survey and a sub-urban setup was implemented to test the Multi-hop network routing protocols, Optimized Link State Routing Protocol (OLSR) and Babel.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Disseny i implementació d'un conjunt de perifèrics de comunicació per a la seva incorporació en nous dissenys hardware del grup de robòtica i visió per computador

El grupo de robòtica i Visió fabricó la tarjeta gráfica MAGCL para el tratamiento de imágenes en tiempo real, en la que se incluyó un conector IDC20 proveniente de parte del bus de datos, de la FPGA que contiene, destinado a futuras aplicaciones. Con este proyecto se quiere aprovechar este conector para la comunicación de la placa con un PC, y se desarrollarán los puertos de comunicación serie RS232 y USB, Universal Serial Bus.El objetivo de este proyecto es establecer la comunicación de la tarjeta gráfica con un PC a través de estos dos tipos de puerto. Una vez conseguida la comunicación, quedan una serie de librerías hardware que pueden ayudar en la realización de futuros proyectos. La placa posee una FPGA (field programable gate array) destinada al desarrollo, pero programando esas librerías sobre otros componentes, se pueden utilizar estos puertos de forma permanente o exclusiva

Implementação de espalhamento espectral por seqüência direta

O presente trabalho tem como objetivo a descrição e apresentação dos resultados obtidos através de simulações e implementação da técnica de modulação por espalhamento de espectro (Spread Spectrum). Maior ênfase será dada à técnica de espalhamento por seqüência direta (DSSS), dada a larga utilização nos sistemas de comunicação correntemente em uso, assim como serão apresentados os resultados de simulações e implementação de um sistema de comunicação Spread Spectrum utilizando o microcontrolador PIC 16F876 para a interligação de computadores padrão PC via interface serial RS232.

Performance evaluation on electronic control systemsfor field sprayers using programmable logic controllers

The aim of this study was to develop a laboratory method for time response evaluation on electronically controlled spray equipment using Programmable Logic Controllers (PLCs). For that purpose, a PLC controlled digital drive inverter was set up to drive an asynchronous electric motor linked to a centrifugal pump on a experimental sprayer equipped with electronic flow control. The PLC was operated via RS232 serial communication from a PC computer. A user program was written to control de motor by adjusting the following system variables, all related to the motor speed: time stopped; ramp up and ramp down times, time running at a given constant speed and ramp down time to stop the motor. This set up was used in conjunction with a data acquisition system to perform laboratory tests with an electronically controlled sprayer. Time response for pressure stabilization was measured while changing the pump speed by +/-20%. The results showed that for a 0.2 s ramp time increasing the motor speed, as an example, an AgLogix Flow Control system (Midwest Technologies Inc.) took 22 s in average to readjust the pressure. When decreasing the motor speed, this time response was down to 8 s. General results also showed that this kind of methodology could make easier the definition of standards for tests on electronically controlled application equipment.

IEEE 1451-based multi-interface module (I2M) for industrial processes automation

This paper describes the implementation of a multi-interface module (I2M) for automation of industrial processes, based on the IEEE1451 standard. Process automation with I2M can communicate through either wires or using wireless communication, without any hardware or software changes. We used FPGA resources to implement the I2M functions FPGA, with a NIOS II processor and ZigBee communication system (IEEE802.15), as well as RS232 serial standard. Part of the project was done in the SOPC Builder environment, which gave the designer flexibility and speed to implement the NIOS II-based microprocessor system. To test the I2M implementation, a didactic Industrial Hydraulic Module (MHI-01) was used to simulate two industrial processes to be controlled by the system proposed.

Supervisory software development according to IEEE 1451.1 standard

IEEE 1451 is Standard to connect transduscers through a communication network. This article describes a supervisory system implementaion according to IEEE 1451 Standard using Java. This software, named NCAP, may be used in several industrial applications, besides making feasible to obtain TEDS as a report or by Internet. NCAP communicates with transduscer module through RS232 Interface and was testes in industrial automation processes. © 2009 IEEE.

Network node with wireless and wired interfaces: Nios II processor and uClinux to development of a NCAP embedded (IEEE 1451.1) with two interfaces, wireless (IEEE 1451.5) and wired (IEEE p1451.2)

This paper presents a NCAP embedded on DE2 kit with Nios II processor and uClinux to development of a network gateway with two interfaces, wireless (ZigBee) and wired (RS232) based on IEEE 1451. Both the communications, wireless and wired, were developed to be point-to-point and working with the same protocols, based on IEEE 1451.0-2007. The tests were made using a microcomputer, which through of browser was possible access the web page stored in the DE2 kit and send commands of control and monitoring to both TIMs (WTIM and STIM). The system describes a different form of development of the NCAP node to be applied in different environments with wired or wireless in the same node. © 2011 IEEE.

Sistema de gerenciamento automático de reatores eletrônicos com ajuste do nível de luminosidade para múltiplas lâmpadas fluorescentes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados georreferenciados e de telemetria para monitoramento de parâmetros físicos em sistemas de irrigação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Implementação de uma plataforma HW/SW para automação industrial, utilizando hardware reconfigurável com processador NIOS II em conformidade com o padrão IEEE 1451

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.