semic relatorio de bolsista 2015

8/18/2019 SEMIC Relatorio de Bolsista 2015

http://slidepdf.com/reader/full/semic-relatorio-de-bolsista-2015 1/9

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.





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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.

(1)

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.





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

U1A

TL084CN3

2

11

4

1

U1B

TL084CN5

6

11

4

7

R2

220kΩ

R1

66kΩ

R4

110kΩ

R3

220kΩ

R8

110kΩ

R6

220kΩ

R7

220kΩ

R5

16kΩ

VEE

-15V

VCC

15V

VCC

15V

VEE

-15V

VEE

-15V

VCC

15V

VEE

-15V

VCC

15V

U2

REF02CZ

Vin

GND trim

VoutR9

150kΩ

R10150kΩ

VCC

15V

VCC

15V

VEE

-15V

VEE

-15V

VCC

15VC1

1mF

C2

1mF

J1

BNC

J2

BNC

VDD

5V

VSS

-5V

VCC

15VVEE

-15V

200KΩ

50KΩ

5KΩ

5KΩ

VDD

5V

VDD

5V

VSS

-5V

VSS

-5V

Data:

Revisão:

UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Circuito Para Ajuste de Ganho e Offset com 2 Canais Independentes

07/11/2014

1.0

LIB - Laboratório de Instrumentação Bioméd ica

Autor: Leonardo Montes Aligleri

Orientador: Pedro Lopes de Melo

Entrada CH1

Entrada CH2

U3B

TL082CD

5

6

4

8

7

U3A

TL082CD

3

2

4

8

1

U1D

TL084CN12

13

11

4

14

U1C

TL084CN10

9

11

4

8

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.





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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.





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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)





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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.





24ªSEMIC - 2015

- SR-2 / DCARH -

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.

semic relatorio de bolsista 2015

Documents