semic relatorio de bolsista 2015

8/18/2019 SEMIC Relatorio de Bolsista 2015

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PIBIC / PIBITI / ICJr

Relatório das Ativid ades de Pesqu isa

24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

ATIVIDADES EXECUTADAS PELO BOLSISTA / VOLUNTÁRIO

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO:

Do bolsista:Nome: Leonardo Montes AligleriCurso: Engenharia ElétricaPeríodo total de vigência da bolsa: de 01/08/2013 a 31/07/2016Período de vigência da bolsa: de 01/11/2014 até o momento.

(tempo em que o aluno ficou na bolsa)

Tipo de bolsa: PIBIC/CNPq

Do orientador:Nome: Pedro Lopes de MeloUnidade Acadêmica: Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes

Dos colaboradores (máximo de 3):Nome:Unidade/IES:

Do Projeto aprovado para bolsa(s) PIBIC: Título do Projeto: Estudos experimentais e desenvolvimento de novos instrumentos visando oaprimoramento dos métodos de diagnóstico, telemedicina e terapia de doenças respiratórias

Informar apoio financeiro ao projeto por agências como CNPq, FAPERJ, CAPES, FINEP, PETROBRAS, MCT(OBS.: Bolsas PIBIC, PIBITI e IC Jr não serão consideradas)

CNPq - Produtividade em Pesquisa nível 1D; Bolsa IC 2014 e Universal 2013.FAPERJ – APQ1 2013; APQ1 2014; bolsa FAPERJ/UERJ InovUERJ nível superior 2013; PROCIÊNCIA2014.

RELATÓRIO:

I - Título do Trabalho do Bolsista:Sintetizador de baixas freqüências baseado em Arduíno para o estudo do sistema respiratório

II - Principais objetivos do projeto original:Construir um sintetizador de sinais de dois canais que gere um somatório de senóides com freqüência(s) edefasagem(s) ajustáveis, capaz de servir de modelo para emular grandezas físicas mensuráveis do corpohumano.

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III - Principais etapas executadas no período da bolsa visando ao alcance dos objetivos:

Durante o desenvolvimento foram estudadas duas alternativas para o sintetizador, que são a alternativaanalógica e a alternativa digital.

Alternativa analógica (monofrequência):

Foi construído um defasador analógico variável baseado no circuito proposto pela CALTECHatravés da apostila Analog Electronics Active Filters publicado pelo Sophomore Physics Laboratory. O circuito, que pode ser visto na figura 1, modifica a fase do sinal de entrada, avariação da fase pode ser controlada através to potenciômetro R. Sua principal desvantagem é adependência do quanto o sinal é defasado com a freqüência de sinal, como pode ser visto pelaequação1.

Figura 1. Circuito defasador analógico

Alternativa digital (monofrequência)

Para a alternativa digital foi utilizado um Arduíno, que é descrito pelo fabricante como “... uma plataforma eletrônica open-source baseado em hardware e software de fácil utilização. Édestinado para qualquer um fazer projetos interativos”. O Arduíno escolhido foi o Due que possuum micro-controlador AT91SAM3X8E da ATMEL ATMEL que tem um DAC integrado com

resolução de 12bits, Sendo essa a principal razão para a sua escolha. O Arduíno foi programadoutilizando-se a IDE Arduíno 1.5.8 beta, que no momento em que foi desenvolvido o programa eraa única IDE compatível com o este Arduíno. Na figura 2 é possível observar o Arduíno DUE e aide utilizada para sua programação.

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Figura 2 – Placa Arduíno Due e IDE Arduíno 1.5.8 beta

Com esse Arduíno foi possível gerar sinais de 0.1Hz - 240 Hz com tensão de saída de 2,18VPP

e um offset de 1,64V. Para que fosse possível o ajuste do offset e da tensão de saída foramdesenvolvidos um pares de circuitos analógicos baseados em amplificadores operacionais capazesde modificar o offset de cada canal individualmente para valores entre ±10V, a modificação é feita por um circuito somador tensão onde a tensão de referencia fornecida por um REF02 e ajustada por um potenciômetro. Um segundo par de circuitos é capaz de amplificar o sinal por um fator de0V/V a 3 V/V. Na figura 3 pode-se ver o acabamento final após a montagem, Já na figura 4 é

possível observar o diagrama esquemático da parte analógica do circuito.

Figura 3 - Gerador de sinais

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TL084CN3

TL084CN5

220kΩ

110kΩ

220kΩ

110kΩ

220kΩ

REF02CZ

GND trim

VoutR9

150kΩ

R10150kΩ

15VVEE

200KΩ

Revisão:

UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Circuito Para Ajuste de Ganho e Offset com 2 Canais Independentes

07/11/2014

LIB - Laboratório de Instrumentação Bioméd ica

Autor: Leonardo Montes Aligleri

Orientador: Pedro Lopes de Melo

Entrada CH1

Entrada CH2

TL082CD

TL084CN12

TL084CN10

Figura 4 – Circuito para ajuste do offset e da amplitude

Alternativa digital (multifrequência)

Esta alternativa utilizou a mesma montagem que o anterior (o mesmo hardware) tendo sidomodificado apenas o software para que fosse possível a geração do somatório de freqüências. Nessa modificação devem ser inseridas no código do programa as freqüências desejadas, suas

respectivas defasagens e sua amplitude relativa às demais senóides, e então deve ser carregado o programa no gerador de sinais. O sinal é gerado nos dois canais, porem as configurações dedefasagem e amplitude relativa somente são aplicadas ao canal um, no canal dois todas asdefasagens são de 0º e amplitude relativa unitária.

Nessa configuração ainda é possível alterar os valores de offset e amplitude durante o uso, poremnão e possível alterar a freqüência, defasagem e amplitude relativa, para isso é necessário carregarnovamente o programa com as devidas alterações.

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Software para medição da diferença de fase

Foi desenvolvido no ambiente gráfico LabVIEW uma aplicação capaz de medir a diferença defase entre as componentes de um somatório de senóides, sendo necessário para isso que cadacomponente desse somatório possua também uma senóide de referencia com fase conhecida. Aaquisição do sinal é feita através do DAQ NI USB-6009 da National Intruments que é responsável por converter os sinais analógicos para grandezas digitais. Os dados aquisitados são analisados pela VI Spcetral Measurements e de seu resultado são extraídas as informações desejadas deamplitude e fase, sendo que a fase é medida entre uma senóide e sua correspondente de mesmafreqüência no outro canal. Seu diagrama esquemático pode ser visto na figura 7.

Figura 7 – Diagrama esquemático do software desenvolvido em LabView

Seu painel frontal, foi desenvolvido de modo a apresentar os sinais aquisitados suas informações deamplitude e as fases relativas. Na figura 8 é possível visualizar o painel frontal desenvolvido.

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Figura 8 – Painel frontal do software desenvolvido em LabView

IV - Apresentação e discussão sucinta dos principais resultados obtidos:

Alternativa analógica

Com a alternativa analógica foi possível realizar a defasagem entre as senóides, porem, comoesperado, foi possível perceber que a resposta em freqüência da defasagem não era linear e queseria difícil de operar o circuito na faixa de freqüência desejável.

Gráfico 1 - Capacidade de defasagem do circuito

Alternativa digital (monofrequência)

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Na alternativa monofrequência digital obteve-se a defasagem esperada com erro absoluto menor que

0,07º, e uma relação sinal/ruído (harmônicos) maior que 45dB. Na figura 5 é possível observar o sinalgerado, e sua analise FFT, o conjunto foi configurado para operar a 5Hz e uma defasagem de 45º.

Figura 5 – Sinal gerado e FFT

Alternativa digital (multifrequência)

Na alternativa digital multifrequência também se obteve a defasagem com um erro absolutoMaximo menor que 0,07º, porem obteve-se uma melhor relação sinal harmônico, isso porque para

as freqüências escolhidas, em geral, o harmônico também era um sinal desejado. O sinal gerado, bem como e sua analise de fase e frequência podem ser vistos na figura 6.

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VI - Informe se houve produção científica no período:

Trabalhos publicados e/ou aceitos para publicação: Apresentações em Congressos:

VII - Informe se houve atividades desenvolvidas em outras IES (Instituição de Ensino Superior):

VIII - Autoavaliação do bolsista:O projeto foi de grande importância no sentido de proporcionar a ambientação com as tecnologias utilizadas, a

experiência de planejamento e construção dos hardwares e softwares desenvolvidos.

O contato com outras áreas de conhecimento ajudou a desenvolver as habilidades de criação com base em

requisitos necessários, e ajudou a melhorar a comunicação com diferentes áreas de conhecimento, alem de

permitir a interação com áreas da engenharia que não são normalmente abordadas nos cursos de graduação.

IX - Avaliação do bolsista pelo orientador:

O bolsista desempenhou com competência e dedicação suas tarefas. A etapa de divulgação dos instrumentos e

dos resultados obtidos encontra-se em fase inicial.

Em nome de toda a equipe do Laboratório de Instrumentação Biomédica da UERJ, o bolsista e o coordenador

do projeto agradecem a UERJ pelo apoio financeiro.

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