Na indústria há uma grande necessidade por sistemas cada vez mais eficientes e precisos. Exige-se às máquinas e braços robóticos trabalhos cada vez mais minuciosos e delicados. Isto provoca uma outra necessidade, métodos de controlo das mesmas mais exatos e consequentemente mais complexos. Métodos de controlo de posição dependem fortemente na aquisição de sinal, que traduzem a posição e velocidade da ferramenta da máquina ou garra do braço robótico. Neste aspeto, os codificadores têm grande relevância. Amplamente utilizados na indústria, estes dispositivos procuram traduzir movimentos mecânicos em sinais elétricos para posteriormente serem descodificados por algoritmos. O desenvolvimento de codificadores, apesar de não ser recente, é ainda objeto de estudo e de imensas pesquisas científicas com o objetivo de aumentar a sua resolução, exatidão e precisão. Dada a sua ampla utilização e vasto desenvolvimento, pode-se classificar os codificadores em ótico, magnético ou capacitivo quanto à fonte de sinal; incrementais ou absolutos quanto à referência de medição e lineares ou rotativos em conformidade com o tipo de medida. Os codificadores óticos apesar de apresentarem algumas desvantagens face a outros, continuam a ser bastante utilizados por tenderem a permitir melhores valores de resolução. Desse modo, a presente dissertação propôs-se a desenvolver um codificador ótico sinusoidal baseado no projeto “Dexter 1” da empresa Haddington Dynamics. Desse mesmo projeto, foi aproveitada parcialmente a estrutura mecânica que contém peças essenciais ao codificador e permite conferir movimento ao mesmo através de um motor de passo. Foi também aproveitado integralmente o desenho eletrónico do mesmo projeto para a placa de circuito impresso do codificador. A conversão e processamento do sinal foi feito por um microcontrolador PIC32MZ numa placa de circuito impresso. Foram desenvolvidos algoritmos de forma a configurar registos como temporizador, comparador de saída, conversão analógica-digital, etc. de forma a que o microcontrolador pudesse controlar o movimento do motor, adquirir e processar o sinal proveniente do codificador. Os resultados obtidos demonstram alguma margem para se aumentar a resolução do codificador e necessidade de uma melhor calibração dos sinais do codificador.

Os aerossóis são pequenas partículas no estado sólido ou líquido, suspensas na atmosfera, exercendo uma influência importante sobre o clima e o ambiente. Assim afetam o clima: através da difusão, transmissão e absorção tanto da radiação proveniente do Sol como da radiação térmica proveniente da superfície terrestre; através da intensificação ou moderação do efeito dos gases de estufa; agindo como núcleos formadores de nuvens, influenciando consequentemente o ciclo de vida destas e do ciclo hidrológico do planeta Terra. Uma consequência da presença deste tipo de partículas, suspensas em grande quantidade na atmosfera, reside na degradação da qualidade do ar. […]

Esta dissertação tem como principal objetivo desenvolver um sistema de recolha e regulação de energia tendo por base o efeito piezoelétrico, capaz de alimentar dispositivos sensores associados à monitorização de pressão, num sistema de distribuição de água. Neste seguimento, foi projetado e desenhada uma placa de circuito impresso, baseado num conversor DC-DC, fazendo a ligação entre o transdutor à entrada da placa e o microcontrolador à saída. Através do sensoriamento da pressão interna das tubagens, numa rede distribuição de água, é possível detetar uma fuga de água e assim, evitar o desperdício. Dado que estes dispositivos poderão encontrar-se em sítios debaixo de solo, de difícil acesso, torna-se importante dimensionar um sistema energeticamente autossuficiente, com o intuito de evitar o uso de baterias nestes dispositivos. A passagem de água na tubagem produz turbulência o seu interior, dando origem à criação de vibrações mecânicas na sua superfície. Através do uso de um transdutor piezoelétrico devidamente acoplado, é possível aproveitar a energia cinética das vibrações, para gerar energia elétrica. Adicionalmente, procedeu-se à programação do microcontrolador Giant Gecko EFM 32 de maneira a que este seja capaz de realizar tarefas de monitorização de pressão num modo de baixo consumo energético.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento em SystemVerilog, simulação e síntese lógica de um microcontrolador de 16 bits com arquitetura RISC chamado PAMPIUM I. Os tópicos para o desenvolvimento da arquitetura que são detalhados neste trabalho são: Proposta de estrutura básica; Definição das instruções a serem implementadas; Especificação do tamanho da palavra de instrução e os formatos padrões; Especificação das instruções no padrão que serão implementadas; Levantamento do caminho de dados para as instruções dentro da arquitetura básica proposta; Especificação dos blocos funcionais para atenderem aos requisitos do caminho de dados; Implementação em linguagem de hardware e teste de validação funcional dos bloco que compõem a arquitetura do PAMPIUM I; Implementação do caminho de dados final e teste de validação das instruções wm ferramenta Quartus II da Altera; Validação das instruções em FPGA; Testes de aplicação em comunicação com chip ISP1362; Teste de aplicaçaõ no controle de uma porta eletrônica de segurança. O PAMPIUM I é um microcontrolador de 16 bits em arquitetura RISC, com 32 instruções implementadas, dois bancos de registradores com 32 registradores cada, 64 de 16 bits de memória de dados, 8 de 24 bits de memória de programa e duas portas IN/OUT de 16 bits. A síntese em FPGA resulta na utilização de 3336 elementos lógicos e 1536 registradores. As memórias de dados e de programa foram mapeados para a memória da FPGA que resultaram um total de 88 da memória usada. A frequência máxima de clock é de 25.4, sendo que o caminho critico é dado pelas operações envolvendo a ULA. O microcontrolador foi aplicado no controle do ISP1362 e para o projeto de uma porta eletrônica de segurança. Os testes de validação demostraram o correto funcionamento das interfaces de entrada e saída na comunicação com ISP1362, bem como o correto funcionamento do PAMPIUM I como microcontrolador no controle de uma porta de segurança eletrônica.

This work presents a tracking system developed to time qualifying laps in amateur car events at the Kartódromo da Vila Olímpica de Manaus. This system aims to provide better control for event organizers by monitoring the lap times of each driver and automatically classifying them according to their respective categories. Additionally, drivers themselves can access real-time information about their performance, and the event audience can actively follow the competition. The project is based on the integration of a low-power IoT (Internet of Things) device, specifically the ESP32 microcontroller, and a PIR (Pyroelectric Infrared) presence sensor positioned on the track, with a web application developed in NodeJS and Angular. Through this application, event registration, car and driver information, and the cate- gories to be competed in are recorded. The times received by the device are displayed on another page of the interface, where they can be analyzed later on.

Motores de combustão interna são largamente usados, e para se ter competitividade no mercado é preciso investir em tecnologias que aumentem sua eficiência em relação aos concorrentes. Com o avanço tecnológico e dos métodos de fabricação, os custos de se utilizar microcontroladores no dia a dia estão cada vez menores, incluindo para aperfeiçoar produtos já estabelecidos no mercado, como os próprios motores a combustão interna. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de controle para acionamento individual das válvulas de um motor quatro tempos, visando redefinir o ângulo de cruzamento e tempos de abertura e fechamento para mais próximo do ideal considerando diferentes regimes de funcionamento do motor. A metodologia aplicada neste trabalho foi o desenvolvimento de um firmware para Arduino, projetado como um sistema em que temos a rotação do motor como sinal de entrada, e os tempos de abertura e fechamento das válvulas como sinais de saída, e então estes sinais foram simulados em um osciloscópio e interpretados. Com estes dados em mãos, concluiu-se que o Arduino realmente é uma ótima ferramenta para prototipagem que demonstra resultados satisfatórios, mas o ideal seria a utilização de um controlador dedicado a esta função para obtermos maior precisão em um projeto real.

Neste trabalho é descrito a montagem de uma plataforma de interface universal, com facilidades de entrada e saída analógica e entradas e saídas digitais, bem como a possibilidade de comunicação via USB (Universal Serial Bus) com o computador, desta forma é possível instalar o hardware específico fora do PC (Personal Computer), possibilitando sua utilização em notebooks. Com o aumento da facilidade de acesso ao PC, muitos usuários com pouca experiência em programação podem ter dificuldades em desenvolver aplicações em linguagem de baixo nível, como programação de microcontroladores. Neste sentido é proposto o desenvolvimento de pequenas rotinas (leitura das entradas analógicas, leitura das entradas digitais, escrita nas saídas analógicas, escrita nas saídas digitais) que permitam comunicação com o hardware e o PC. Foi escolhida a linguagem Python, como linguagem de alto nível, desta forma ’liberando’ o usuário final da necessidade de dominar em detalhes as instruções específicas da interface. Para facilitar o acesso ao hardware (interface USB, baseado no microcontrolador PIC18F2550 fabricado pela Microchip) foi desenvolvido e disponibilizado o diagrama elétrico e o layout da placa de circuito impresso. Visando o acesso de programação de baixo nível aos desenvolvedores interessados em trabalhar no firmware da interface, foi desenvolvido um programador para a família PIC18F da Microchip, usando como base o programador PicKit2 da mesma empresa. Como exemplo de aplicação, foi desenvolvido um controlador de temperatura de água utilizando a interface e a linguagem Python.

Esta dissertação tem como principal objetivo a criação de um sistema que permita automatizar e informatizar processos no setor de alojamento turístico, com vista a reduzir os custos com a receção. O sistema proposto pretende tornar todo o processo de entrada num espaço alugado totalmente automático. Desta forma a solução proposta engloba uma interface WEB, que pode ser acedida em qualquer parte do mundo através de um browser, bem como um módulo de controlo de acessos e um módulo de deteção de presenças que deverão estar presentes em cada um dos espaços a alugar. O módulo de controlo de acessos é composto por um microcontrolador ESP32 e uma rede de sensores e outros periféricos. O controlo de acessos é feito mediante a introdução de um código válido num teclado alfanumé- rico situado no exterior do espaço a aceder. Este tem uma senha diferente para cada período de reserva, sendo cada uma delas válida apenas nesse período. Além disso, existe uma senha global que pode ser utilizada pelo proprietário do espaço e pelos funcionários de modo a que estes possam ter acesso a qualquer altura, exceto quando o espaço estiver a ser ocupado por clientes, sendo que a porta possui um mecanismo que a permite trancar mecanicamente a partir do seu interior, garantindo maior privacidade ao seu utilizador. Este módulo comunica com um servidor central através da rede Internet, de modo a inserir os valores dos sensores numa base de dados e a receber informações da mesma, para saber qual a senha de acesso que está em vigor. A rede de sensores utilizada não é intrusiva para o utilizador e serve para que o proprietário possa monitorizar o espaço que esta a alugar. Desta forma este módulo comporta-se como um sistema IoT, pois permite uma monitorização em tempo quase real do ambiente em que está inserido. A plataforma WEB possui um sistema de login para clientes e administrador, sendo que qualquer pessoa pode criar uma conta cliente. Desta maneira o cliente pode procurar quartos disponíveis, efetuar a sua reserva e pagar online por PayPal, uma vez que foi feita a integração desta plataforma na aplicação criada. O administrador pode monitorizar todos os acessos, bem como os valores de todos os sensores, entre outros, na sua página. Assim a interface WEB criada consiste no site do serviço turístico, que comunica com a base de dados do sistema, devidamente normalizada. Dado que se pretende prescindir dos serviços de funcionários de receção, tornou-se necessário perceber se um dado espaço se encontra ocupado. Nesse âmbito é proposto um módulo adicional para deteção de presenças, baseado na análise sonora de um espaço. Para tal é aplicado o algoritmo FFT ao sinal de um sensor de som ligado a um microcontrolador ESP8266, de modo a ser criado um novo parâmetro baseado nas frequências mais signi- cativas e respetivas amplitudes do sinal. No servidor central são utilizados algoritmos de classi cação que determinam a ocupação de um espaço com base no padrão da nova grandeza obtida.

This report presents the work developed during the master internship at the European Organization for Nuclear Research (CERN). The described work resulted from two initial objectives: improvement of the control system of vacuum sectors and the development of a new Pro bus-DP intelligent slave interface board for sputter ion pump controllers. Since the objectives were distinct, the work was split into two di erent projects. In the rst project, the control system for vacuum sectors of Large Hadron Collider, Super Proton Synchrotron and Complex Proton Synchrotron was improved. A new control rmware based in VHDL was developed, tested and upgraded for the control cards. The second project presented in this report involved the development of an electronic card for sputter ion pump controllers. Currently, the communication between the Pro bus network and the ion pump controllers is performed by a remote input-output station based on the ET200 module from Siemens. The operation and status information of the ion pumps and their controllers provided to the network are limited since the remote input-output station does not acquire all the available signals. Moreover, the physical connections between the remote input-output station and each ion pump controller is done with a dedicated cable, which is prone to connection malfunctions. In order to reduce the complexity, improve the signal integrity and upgrade the monitoring and control of the ion pumps system, a new Pro bus-DP intelligent slave interface was developed. It aims to provide direct Pro bus connection to the ion pump controller and to give to the Pro bus master access to all its control signals, improving the controllers usability and exibility. In this report, the card topology, its internal modules, the rmware, the LabVIEW application and assessment tests are presented and described.

Dada a problemática das alterações climáticas, estando estas associadas às emissões de gases nocivos para a atmosfera por parte de veículos de combustão interna, o veículo elétrico assume-se como opção face ao veículo comum. O seu desenvolvimento remonta ao início do século XIX com o aparecimento dos primeiros veículos elétricos. Adotando a plataforma já existente do Seat Marbella, vai ser criado um kit de conversão de veículos com motor de combustão interna em veículos elétricos. Este kit será constituído por um motor elétrico assíncrono trifásico, um inversor DC/AC, um conversor DC/DC, e o pack de baterias, para além dos necessários circuitos de controlo. Este tipo de tecnologia já existe no mercado: sendo uma tecnologia fechada não existe grande informação disponível (relativamente aos componentes utilizados), o que conduz a que a margem de evolução seja limitada. O desenvolvimento de um kit de conversão passa por diversas etapas, nesta Tese deu-se destaque apenas ao dimensionamento geral e ao desenvolvimento dos “órgãos” de comando. A principal atividade consistiu no desenvolvimento do inversor trifásico para o motor elétrico mais apropriado para esta conversão, o qual será previamente dimensionado Utilizando o protocolo UART vamos comunicar com o microcontrolador MC3PHAC, utilizando o microcontrolador PIC18F458 criando assim uma arquitetura distribuída de controlo. O microcontrolador MC3PHAC tem a capacidade de, consoante a referência recebida pela comunicação, gerar os sinais de gate apropriados para os transístores de potência do inversor. O PIC18F458 faz a gestão de todos os periféricos que o inversor tem presentes (pedal de acelerador, temperatura do inversor, envio de velocidade e do estado do inversor ao LCD).