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PROJETOS COM
ULTRASSOM
T I M E L I N E
MATEUS AUGUSTO SCHNEIDER CASTILHOS
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES
ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS
PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
ULTRASSOM - T I M E L I N E
ULTRASSOM - T I M E L I N E
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
• Estudo comparando três medidores de vazão: mecânico (B); ultrassônico (ToF); e
de efeito Hall.
• Sistema hidráulico fechado e controlado com hidrômetros dispostos em série na
horizontal;
• Ultrassônico:
• Texas Instruments EVM MPS430-FR6047
ULTRASSOM - T I M E L I N E
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
20 cm
20 cm
ULTRASSOM - T I M E L I N E
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0 2 4 6 8 10 12 14
Erro
(%)
Vazão de referência (l/min)
Curva de erro dos medidores
Hidrômetro
Sensor Hall
Sensor
Ultrassônico
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES
ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS
PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA
DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
William Klaus
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
• Objetivo: desenvolver uma placa de circuito impresso para um smart water
meter usando o microcontrolador da Texas Instruments MSP430 e os módulos S2C
da DIGI para transmissão dos dados usando Zigbee.
• Basear-se na EVM430-FR6047 para elaboração de um circuito para medição de
fluxo com comunicação sem fio S2C (Zigbee);
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
• Dificuldades:
• Carência de conhecimento técnico e experiência (eletrônica avançada;
projeto de circuitos impressos; programação de microcontroladores);
• Resultados:
• Projeto de uma placa similar a EVM430-FR6047 com alguns componentes
trocados por similares do tipo DIP;
• Aparentemente, o módulo de comunicação sem fio (Zigbee) não foi
integrado ao projeto do circuito.
• Não houve manufatura da placa projetada;
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS
SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA
MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR
ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA
TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Lucas Barzotto
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA
DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
William Klaus
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
• Utilização da placa TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores ultrassônicos e
aquisição dos ecos;
• Integração com módulo de comunicação sem fio (Zigbee) para transmissão dos dados
para um servidor;
• Estudar a viabilidade da utilização de um sensor ultrassônico como medidor de vazão
residencial;
• Estudar a qualidade da transmissão via protocolo ZigBee para verificar a interferência
desta rede com a rede de outros dispositivos operando na frequência 2,4GHz, como
WiFi, Bluetooth e micro-ondas em uma residência,
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
• Obtendo o ator de calibração
para o sensor ultrassônico.
1 MHz
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Metodologia para validação do sensor ultrassônico
• Medição da vazão do sistema:
• Cálculo da massa específica da água para a temperatura medida;
• Medição do tempo para encher um dado volume de água (não informado);
• Primeiro experimento: utilizado uma caixa d’água para fornecer o fluxo
volumétrico
• Segundo experimento: utilizado uma bomba hidráulica
• Isso foi feito visando observar a influência da vibração da bomba no sensor
ultrassônico, que também possui princípios de vibração para funcionamento.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação do sensor ultrassônico
Variações do ΔTOF de 0,5ns em média;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação do sensor ultrassônico
Variações do ΔTOF de 3ns em média;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação do sensor ultrassônico
Variações do ΔTOF de 0,5ns (caixa d’água) 3ns (bomba) em média;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação
do sensor ultrassônico
Variação de fluxo
volumétrico médio:
1,2431 × 10−6 m3/s
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação
do sensor ultrassônico
Variação de fluxo
volumétrico médio:
7,45849 × 10−6 m3/s
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação
do sensor ultrassônico
Variação de fluxo
volumétrico médio:
7,45849 × 10−6 m3/s
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados - validação do sensor ultrassônico
Erros de medição de no máximo 2,51% para o caso sem vibração e no máximo
11,02% para o caso com vibração.
Erros de medição são maiores para baixas vazões: 5,43% para o caso sem vibração
e no máximo 33,27% para o caso com vibração.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Metodologia para protocolo Zigbee
• Range Test com todos equipamentos de
interferência desligados; Range Test foi realizado
com apenas os roteadores WiFi ligados, depois com
• Range Test com dispositivos Bluetooth ligados
• Range Test com apenas o micro-ondas ligado;
• Range Test com todos os dispositivos ligados
simultaneamente
• .Duas baterias de testes: 1) com canal que possuía
maior interferência para cada caso; e 2) canal de
menor interferência para cada caso.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo Zigbee
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo
Zigbee
Diversos picos nas frequências de
2428MHz e 2426MHz (canal 6 do Wi-Fi).
Canal com baixa interferência é o canal
13 (2415MHz).
Canal com alta interferência é o canal
15 (2425MHz).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo
Zigbee
Canal com baixa interferência é o canal
24 (2470MHz).
Canal com alta interferência é o canal
20 (2450MHz).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo
Zigbee
Canal com baixa interferência é o canal
11 (2405MHz).
Canal com alta interferência é o canal
21 (2455MHz).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo
Zigbee
Canal com baixa interferência é o canal
26 (2480MHz).
Canal com alta interferência é o canal
22 (2460MHz).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Resultados – Interferência protocolo
Zigbee
Canal com baixa interferência é o canal
26 (2480MHz).
Canal com alta interferência é o canal
22 (2460MHz).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Alimentação por pilhas
TDC1000-TDC7200EVM:
Vin = 4,5V
iinst = 35mA
Pinst = 0,1575W.
Xbee,:
Vin = 3,3V
iinst = 40mA
Pinst = 0,132W.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
• Relação entre ToF e vazão é proporcional, apresentando baixos erros;
• Porém notou-se necessário tomar cuidado com vibrações no sistema, que
podem proporcionar maiores erros de medição;
• Erros de medição de no máximo 2,51% para o caso sem vibração e no máximo
11,02% para o caso com vibração.
• Xbee:
• Observou-se que interferências devido ao WiFi ou fornos micro-ondas não
apresentaram perdas de dados para certa distância;
• Bluetooth mostrou grande impacto na comunicação ZigBee, além de ser
possível observar a inefetividade da atribuição de canais para este caso;
• Alto consume energético (função sleep);
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS
SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA
MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR
ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA
TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Lucas Barzotto
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA
DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
William Klaus
2019
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR
ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE
LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO
DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
Alexandre Becker
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Utilização da placa TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores
ultrassônicos e aquisição dos ecos;
• Integração com módulo de comunicação sem fio (Zigbee) para transmissão dos
dados para um servidor;
• Múltiplos sensores ultrassônicos e lógica fuzzy para mitigar a interferência de
bolhas de ar ou sólidos em suspensão;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
1 MHz
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Distância máxima obtida de 15 cm (ecos muito atenuados para gerar pulso de
parada);
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Resultados:
• Sistema não é adequado para a medição de nível em fluido como material em
suspensão em superfícies irregulares ou em profundidades acima de 15cm.
• Supõem-se que isso ocorre por conta da alta frequência do transdutor (1MHz).
• Transdutor piezoelétrico de maior potência.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Placa PGA460-Q1 Ultrasonic Signal Conditioner EVM:
• BOOSTXL-PGA460 gera sinais ultrassônicos.
• Pulso de 30VPP.
• Transdutor muRata MA58MF14-7N de 58.5-KHz.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Transdutor piezoelétrico de maior potência TD40200D
• Para grandes profundidade de rios e lagos
• 40KHz ± 1 KHz e 200 KHz ± 3 KHz.
• Até 500 V
• Usado: 150 V
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Não foi possível obter dados
confiáveis de profundidade
• Recomendado :150V. Atingido: 100V
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO
NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM
FIO ZIGBEE
• Dificuldades:
• Carência de conhecimento técnico e experiência (eletrônica avançada;
projeto de circuitos impressos; programação de microcontroladores);
• Resultados:
• Baixa profundidade alcançada com TDC1000-TDC7200EVM;
• BOOSTXL-PGA460 e muRata MA58MF14-7N (58.5 kHz) obteve-se a distância
desejada, contudo foi feita medição no ar;
• BOOSTXL-PGA460 e TD40200D tensão abaixo da de operação com e muitas
interferências;
• Hipótese: conforme a Texas Instruments pontuou, tal comportamento pode-se
dever a interferência de possíveis fontes de baixa frequência próximas ao local
de teste ou provenientes das fontes de alimentação;
• Aparentemente, o módulo de comunicação sem fio (Zigbee) não foi
integrado ao projeto do circuito.
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS
SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE
EFEITO HALL UTILIZADOS PARA
MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR
ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA
USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA
TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO
Lucas Barzotto
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA
DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
William Klaus
2019
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR
ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE
LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO
DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
Alexandre Becker
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR
DE VAZÃO DO TIPO
ULTRASSÔNICO
Lucas Barzotto
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
• Placas: EVM430-FR6047 e TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores
ultrassônicos e aquisição dos ecos;
• Transdutores ultrassônicos HS0014-000 (1 MHz);
• Objetivo: comparação das vazões de referência da Portaria do Inmetro, obtidas
pelo método gravimétrico, com as do sensor ultrassônico, obtido por meio das
placas, o qual será analisado também a precisão de leitura da vazão de cada
equipamento.
1 MHz
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
TDC1000-TDC7200EVM (Texas Instruments)
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
• EVM430-FR6047 utiliza correlação para calcular o ToF;
• Melhor desempenho e maior robustez quando comparado com o método
anterior usando os TDCs (Texas Instruments, 2019).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
• Vazões:
• Q1 = 0,025 m3/h
• Q2 = 0,04 m3/h
• Q3 = 4 m3/h
• Q4 = 5 m3/h
• Coleta de até 15 L com
medição de massa de
água e tempo de
escoamento.
• Medição – placas Texas
Instruments.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
TDC1000-TDC720EVM
• Vazões entre:
0 e 1 m3/.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
TDC1000-TDC720EVM
• Vazões acima de 2
m3/h:
• não foi possível
realizar medições
confiáveis, devido a
uma alta oscilação
da leitura;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
EVM430-FR6047
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
EVM430-FR6047
• Transições no escoamento gerou
a formação de bolhas, levando a
medidas de vazão instantânea
errôneas, inclusive de valores
negativos e de amplitude
elevada.
• Contudo pode-se utilizar de
filtragem digital para mitigar tais
interferências.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
EVM430-FR6047
• Matlab – filtro mediano
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
EVM430-FR6047
• Matlab – filtro mediano
ULTRASSOM - T I M E L I N E
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
• Resultados:
• TDC1000-TDC7200EVM apresentou oscilações de alta amplitude nos dados
de medição, portanto foi desconsiderada para os ensaios.
• EVM430-FR6047 apresentou bons resultados, mas com erros percentuais
maiores que os definidos pela Portaria do INMETRO
• As medições via EVM430-FR6047 foi afetada por bolhas, mas podem ser
melhoradas com o uso de filtros digitais.
• A utilização de um filtro mediano reduziu o erro percentual da medição,
porém os erros mantiveram-se acima dos erros máximos permitidos pelo
INMETRO.
• Sugere-se alterações na captação da bomba para reduzir as oscilações
hidrodinâmicas nos experimentos.
2020
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR
INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
Alexandre Becker
ULTRASSOM - T I M E L I N E
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
• Continuação do trabalho utilizando a placa PGA460-Q1 Ultrasonic Signal
Conditioner EVM;
• Tentou-se aumentar a tensão de excitação para 150 VP.
• Resultado: PGA460-Q1 queimado;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
• Desenvolvimento de uma nova placa de excitação para os transdutores com o
chip PHA460-Q1;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
• Desenvolvimento de uma nova placa de excitação para os transdutores com o
chip PHA460-Q1;
• Microprocessador: ATmega2560;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
• Resultados:
• Os sinais elétricos de excitação observados no transdutor com osciloscópio não
era em forma de pulsos, impossibilitando a geração de ondas ultrassônicas;
• Acredita-se que esses problemas estejam relacionados a algum problema do
design do circuito elétrico ou componentes escolhidos adaptados, diferentes dos
usados na placa da Texas Instruments.
• Outra hipótese seria que o sistema esteja sofrendo interferência de possíveis
fontes de baixa frequência próximas ao local de teste ou provenientes das fontes
de alimentação, da mesma forma que ocorria com a placa da Texas
Instruments.
2020
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR
INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
Alexandre Becker
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE
EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO
FLUXO DE ÁGUA
Felipe Gerber
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE
UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE:
SMART FLOW ULTRA
Rafael Osipi
2021
Gustavo Ramo Tavares
Auxílio em todos os projetos
de Julho/2021 a Junho/2022.
Principalmente em projetos
de circuitos eletrônicos.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
• Placa STM32F103C6T6 - ARM Cortex M0 (32 bits);
• Clock de até 72 MHz;
• Limitações encontradas na conversão, como a presença
de poucos módulos contadores (4);
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
• Placa STM32F407ZGT6 - ARM Cortex M4 (32 bits);
• Clock de até 180 MHz;
• Maior quantidade de periféricos contadores (17);
• Maior utilização de interrupções e divisão das tarefas
realizadas pelo microcontrolador e pelos periféricos;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
• Necessidade de comunicação sem fio para envio de
dados:
• Placa STM Nucleo WB55RG - ARM Cortex M4 e M0 (32
bits);
• Módulo Bluetooth 5.2;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
STM Nucleo WB55RG -
Resultados
• Clock de 32 MHz;
• Sinal pulsado de 1 MHz
(duty cycle = 50%);
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
STM Nucleo WB55RG -
Resultados
• Sinal em amarelo refere-
se ao pulso enviado
pelo transdutor 1;
• Sinal em verde refere-se
ao pulso lido pelo
transdutor 2;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
STM Nucleo WB55RG -
Resultados
• Geração de dois trens
de pulsos excitatórios
pelo microcontrolador;
• Em vermelho, sinal de
excitação enviado para
transdutor 1;
• Em azul, sinal de
excitação enviado para
transdutor 1;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA
Resumindo:
• O microcontrolador foi capaz de excitar os transdutores, esperar o tempo de
transmissão e registrar o tempo de chegada após o conversor analógico digital
obter um valor acima do limiar definido.
2020
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR
INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
Alexandre Becker
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE
EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO
FLUXO DE ÁGUA
Felipe Gerber
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE
UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE:
SMART FLOW ULTRA
Rafael Osipi
2021
Gustavo Ramo Tavares
Auxílio em todos os projetos
de Julho/2021 a Junho/2022.
Principalmente em projetos
de circuitos eletrônicos.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
Dificuldade de programar o
microcontrolador STM32.
Problemas com a excitação e leitura
do transdutor.
Por que não utilizar circuitos dedicados
para essa finalidade e, em vez disso,
usar um microprocessador para ler os
valores em seus registradores e enviá-
los para um banco de dados por meio
de comunicação sem fio?
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
1. ESP32: Via comunicação SPI (8 MHz) sinaliza para o TDC1000 excitar um
transdutor;
2. TDC1000: Excita o primeiro transdutor ultrassônicos com frequência de 1 MHz;
3. TDC1000: O sinal ultrassônico recebido pelo segundo transdutor é amplificado e
digitalizado.
4. TDC7200: Mede o tempo de voo do sinal ultrassônico e o converte em uma
medida de tempo (escala de ps).
5. Processo inverso , i.e. o segundo transdutor é excitado e o primeiro recebe o
sinal ultrassônico.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
Pulsos gerados pelo ESP32 (amarelo) e recebidos
pelo segundo transdutor (verde).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
Pulsos gerados pelo ESP32 (verde) e
recebidos pelo segundo transdutor
(Amarelo). Os transdutores estavam
distanciados de 3 cm.
Pulsos gerados pelo ESP32 (verde) e
recebidos pelo segundo transdutor
(Amarelo). Os transdutores estavam
distanciados de 10 cm.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
Pulsos recebidos pelo
segundo transdutor
considerando a
superfície refletora de A)
aço inoxidável com 120
mVp, B) espelho com 80
mVp e C) plástico polido
(PLA) com 40 mVp.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
Resumindo:
• O Smartflow apresentou alguns erros principalmente para vazões abaixo de
10L/min, também encontrado em laboratório. Isso deve-se ao fato de baixas
vazões apresentarem um escoamento com presença de ar.
• Erros de leitura foram na média 10%
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA
DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
João Vítor Pinheiro
Guilherme Relque
Alexandre Becker
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• Ambientes com difícil acesso a fontes de energia.
• Alimentação via baterias;
• BMS ((Battery Management System);
• AP9101 é responsável por proteger as baterias de
sobrecargas, sobrecorrente, sobretensão e
operação anormal;
• XC6804 é um carregador para baterias de íon lítio
que garante carga linear e as protege contra sobre
temperatura.
• STM32WB35CEU7A;
• Inversor de tensão:
• DC 3,7 V para AC 22 V;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• Teste de carregamento da bateria partindo do
estado de 45% de carga (máximo de 4,2 V).
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• Regulador de tensão:
• Saída de 3,17 V;
• Conversor boost:
• PWM de 5 V para 13,7
V;
• Inversor de tensão:
• DC 3,7 V para AC 22 V;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• Simulação do
processamento
dos sinais
ultrassônicos
• Geração dos sinais
refletidos via
modelo
matemático com
adição de ruído;
• Filtro passa-banda
digital;
• Envoltória do sinal
ultrassônico para
cálculo do ToF;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• Filtro passa-banda
digital;
• Envoltória do sinal
ultrassônico para
cálculo do ToF;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
• A maioria das etapas do circuito foi validada na prática;
• Geração de tensão alternada capaz de excitar o transdutor ultrassônico;
• Regulador de tensão forneceu tensão adequada para o funcionamento do
microcontrolador;
• Conversor boost forneceu tensão de 13 V para a ativação dos MOSFET’s;
• STM32WB geou os sinais de controle do inversor de tensão e realizou a leitura
dos sinais analógicos recebidos.
• Ocorreu erros no sub-circuito de leitura do transdutor, e por conta disso, não foi
possível realizar a leitura de distância corretamente.
• Diodos que realizam a limitação do sinal de entrada foram posicionados de
maneira incorreta na placa;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE
IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO
SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES
Vinicius Fachini
2022
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA
DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
João Vítor Pinheiro
Guilherme Relque
Alexandre Becker
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
Devido algumas inconsistências
encontradas durante a revisão da
placa desenvolvida pelo Gustavo um
novo projeto foi desenvolvido.
Inconsistências: um diodo invertido; e
problemas na etapa de recepção e
leitura do sinal, atribuídos ao seu
sistema de filtragem.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
O circuito reformulado incorpora etapas de condicionamento, ampliação e filtragem
do sinal, por intermédio de amplificadores operacionais e filtros analógicos.
Manteve a utilização do micro controlador STM32.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
Simulação do circuito de
condicionamento e filtragem feita no
Ltspice.
Atenuou as frequências fora da banda
passante de modo eficaz cuja frequência
central é de 58,5kHz.
O circuito também potencializou o ganho
dos sinais nessa mesma frequência, o que
é fundamental para facilitar a detecção
dos pulsos ultrassônicos.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
• Problemas no sistema de
alimentação via baterias.
• O circuito não ligava e
portanto, não foi possível
realizar testes com essa
placa.
• Decidiu-se reduzir sua
complexidade para
investigação de outras
funcionalidades.
• Alimentação por fonte
externa.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
• PGA460TPWR:
• Detecção de proximidade por
meio de ultrassom;
• Possui um amplificador de baixo
ruído seguido de um amplificador
de ganho variável;
• ESP32 responsável pelas leituras dos
dados captados pelo PGA460;
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
• Implementação de algoritmo de correlação cruzada
em Python para cálculo do ToF (Time of Flight) do
pulso ultrassônico;
• Com a validação do algoritmo, este foi transposto
para a linguagem C, compatível com o ESP32;
• Implementação de código em C para transmitir os
dados registrados no ESP32 para uma planilha no
Google Sheets;
• Implementação de código em JavaScript no Google
Sheets para recepção e inserção dos dados na
planilha;
• Implementação de código em Python para coletar
os dados da planilha e criar imagem correspondente
ao perfil da sedimentação nos tanques de
decantação das ETAs e ETEs.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
ULTRASSOM - T I M E L I N E
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E
MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE
ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
• Problemas ao captar o sinal com o microcontrolador;
• Não foi possível a implementação do método Synthetic Aperture Focusing
Technique (SAFT):
2018
AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES
ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS
PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
Flávia Cousin
2019
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA
MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM
TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
Alexandre Becker
VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE
VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
Lucas Barzotto
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA
DE CIRCUITO IMPRESSO PARA
SMART WATER METERS
William Klaus
2020
DESENVOLVIMENTO MEDIDOR
INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO
Alexandre Becker
DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE
EMBARCADO PARA UM SENSOR
INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO
FLUXO DE ÁGUA
Felipe Gerber
ULTRASSOM - T I M E L I N E
PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE
UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE:
SMART FLOW ULTRA
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2021
Gustavo Ramo Tavares
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Principalmente em projetos
de circuitos eletrônicos.
IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE
IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT
APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO
DE ÁGUA E EFLUENTES.
Vinicius Fachini
ULTRASSOM - T I M E L I N E
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA
DE MONITORAMENTO E CONTROLE
DAS REDES DE DRENAGEM USANDO
IOT PARA USO EM SMART CITIES
Rubia Nacano
2022 2023
DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA
DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA
ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
João Vítor Pinheiro
Guilherme Relque
Alexandre Becker
2024

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Ultrasound Timeline developed by students

  • 1. PROJETOS COM ULTRASSOM T I M E L I N E MATEUS AUGUSTO SCHNEIDER CASTILHOS
  • 2. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin ULTRASSOM - T I M E L I N E
  • 3. ULTRASSOM - T I M E L I N E AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA • Estudo comparando três medidores de vazão: mecânico (B); ultrassônico (ToF); e de efeito Hall. • Sistema hidráulico fechado e controlado com hidrômetros dispostos em série na horizontal; • Ultrassônico: • Texas Instruments EVM MPS430-FR6047
  • 4. ULTRASSOM - T I M E L I N E AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
  • 5. ULTRASSOM - T I M E L I N E AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA 20 cm 20 cm
  • 6. ULTRASSOM - T I M E L I N E AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA
  • 7. ULTRASSOM - T I M E L I N E AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA -100 -80 -60 -40 -20 0 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Erro (%) Vazão de referência (l/min) Curva de erro dos medidores Hidrômetro Sensor Hall Sensor Ultrassônico
  • 8. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS William Klaus
  • 9. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS • Objetivo: desenvolver uma placa de circuito impresso para um smart water meter usando o microcontrolador da Texas Instruments MSP430 e os módulos S2C da DIGI para transmissão dos dados usando Zigbee. • Basear-se na EVM430-FR6047 para elaboração de um circuito para medição de fluxo com comunicação sem fio S2C (Zigbee);
  • 10. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS
  • 11. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS • Dificuldades: • Carência de conhecimento técnico e experiência (eletrônica avançada; projeto de circuitos impressos; programação de microcontroladores); • Resultados: • Projeto de uma placa similar a EVM430-FR6047 com alguns componentes trocados por similares do tipo DIP; • Aparentemente, o módulo de comunicação sem fio (Zigbee) não foi integrado ao projeto do circuito. • Não houve manufatura da placa projetada;
  • 12. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Lucas Barzotto ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS William Klaus
  • 13. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO • Utilização da placa TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores ultrassônicos e aquisição dos ecos; • Integração com módulo de comunicação sem fio (Zigbee) para transmissão dos dados para um servidor; • Estudar a viabilidade da utilização de um sensor ultrassônico como medidor de vazão residencial; • Estudar a qualidade da transmissão via protocolo ZigBee para verificar a interferência desta rede com a rede de outros dispositivos operando na frequência 2,4GHz, como WiFi, Bluetooth e micro-ondas em uma residência,
  • 14. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO • Obtendo o ator de calibração para o sensor ultrassônico. 1 MHz
  • 15. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Metodologia para validação do sensor ultrassônico • Medição da vazão do sistema: • Cálculo da massa específica da água para a temperatura medida; • Medição do tempo para encher um dado volume de água (não informado); • Primeiro experimento: utilizado uma caixa d’água para fornecer o fluxo volumétrico • Segundo experimento: utilizado uma bomba hidráulica • Isso foi feito visando observar a influência da vibração da bomba no sensor ultrassônico, que também possui princípios de vibração para funcionamento.
  • 16. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variações do ΔTOF de 0,5ns em média;
  • 17. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variações do ΔTOF de 3ns em média;
  • 18. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variações do ΔTOF de 0,5ns (caixa d’água) 3ns (bomba) em média;
  • 19. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variação de fluxo volumétrico médio: 1,2431 × 10−6 m3/s
  • 20. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variação de fluxo volumétrico médio: 7,45849 × 10−6 m3/s
  • 21. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Variação de fluxo volumétrico médio: 7,45849 × 10−6 m3/s
  • 22. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados - validação do sensor ultrassônico Erros de medição de no máximo 2,51% para o caso sem vibração e no máximo 11,02% para o caso com vibração. Erros de medição são maiores para baixas vazões: 5,43% para o caso sem vibração e no máximo 33,27% para o caso com vibração.
  • 23. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Metodologia para protocolo Zigbee • Range Test com todos equipamentos de interferência desligados; Range Test foi realizado com apenas os roteadores WiFi ligados, depois com • Range Test com dispositivos Bluetooth ligados • Range Test com apenas o micro-ondas ligado; • Range Test com todos os dispositivos ligados simultaneamente • .Duas baterias de testes: 1) com canal que possuía maior interferência para cada caso; e 2) canal de menor interferência para cada caso.
  • 24. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee
  • 25. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee Diversos picos nas frequências de 2428MHz e 2426MHz (canal 6 do Wi-Fi). Canal com baixa interferência é o canal 13 (2415MHz). Canal com alta interferência é o canal 15 (2425MHz).
  • 26. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee Canal com baixa interferência é o canal 24 (2470MHz). Canal com alta interferência é o canal 20 (2450MHz).
  • 27. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee Canal com baixa interferência é o canal 11 (2405MHz). Canal com alta interferência é o canal 21 (2455MHz).
  • 28. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee Canal com baixa interferência é o canal 26 (2480MHz). Canal com alta interferência é o canal 22 (2460MHz).
  • 29. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Resultados – Interferência protocolo Zigbee Canal com baixa interferência é o canal 26 (2480MHz). Canal com alta interferência é o canal 22 (2460MHz).
  • 30. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Alimentação por pilhas TDC1000-TDC7200EVM: Vin = 4,5V iinst = 35mA Pinst = 0,1575W. Xbee,: Vin = 3,3V iinst = 40mA Pinst = 0,132W.
  • 31. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO • Relação entre ToF e vazão é proporcional, apresentando baixos erros; • Porém notou-se necessário tomar cuidado com vibrações no sistema, que podem proporcionar maiores erros de medição; • Erros de medição de no máximo 2,51% para o caso sem vibração e no máximo 11,02% para o caso com vibração. • Xbee: • Observou-se que interferências devido ao WiFi ou fornos micro-ondas não apresentaram perdas de dados para certa distância; • Bluetooth mostrou grande impacto na comunicação ZigBee, além de ser possível observar a inefetividade da atribuição de canais para este caso; • Alto consume energético (função sleep);
  • 32. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Lucas Barzotto ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS William Klaus 2019 DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE Alexandre Becker
  • 33. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Utilização da placa TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores ultrassônicos e aquisição dos ecos; • Integração com módulo de comunicação sem fio (Zigbee) para transmissão dos dados para um servidor; • Múltiplos sensores ultrassônicos e lógica fuzzy para mitigar a interferência de bolhas de ar ou sólidos em suspensão;
  • 34. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE 1 MHz
  • 35. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
  • 36. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Distância máxima obtida de 15 cm (ecos muito atenuados para gerar pulso de parada);
  • 37. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
  • 38. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Resultados: • Sistema não é adequado para a medição de nível em fluido como material em suspensão em superfícies irregulares ou em profundidades acima de 15cm. • Supõem-se que isso ocorre por conta da alta frequência do transdutor (1MHz). • Transdutor piezoelétrico de maior potência.
  • 39. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Placa PGA460-Q1 Ultrasonic Signal Conditioner EVM: • BOOSTXL-PGA460 gera sinais ultrassônicos. • Pulso de 30VPP. • Transdutor muRata MA58MF14-7N de 58.5-KHz.
  • 40. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE
  • 41. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Transdutor piezoelétrico de maior potência TD40200D • Para grandes profundidade de rios e lagos • 40KHz ± 1 KHz e 200 KHz ± 3 KHz. • Até 500 V • Usado: 150 V
  • 42. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Não foi possível obter dados confiáveis de profundidade • Recomendado :150V. Atingido: 100V
  • 43. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE • Dificuldades: • Carência de conhecimento técnico e experiência (eletrônica avançada; projeto de circuitos impressos; programação de microcontroladores); • Resultados: • Baixa profundidade alcançada com TDC1000-TDC7200EVM; • BOOSTXL-PGA460 e muRata MA58MF14-7N (58.5 kHz) obteve-se a distância desejada, contudo foi feita medição no ar; • BOOSTXL-PGA460 e TD40200D tensão abaixo da de operação com e muitas interferências; • Hipótese: conforme a Texas Instruments pontuou, tal comportamento pode-se dever a interferência de possíveis fontes de baixa frequência próximas ao local de teste ou provenientes das fontes de alimentação; • Aparentemente, o módulo de comunicação sem fio (Zigbee) não foi integrado ao projeto do circuito.
  • 44. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin DESENVOLVIMENTO DE UM MEDIDOR ULTRASSÔNICO DE CONSUMO DE ÁGUA USANDO O PADRÃO ZIGBEE PARA TRANSMISSÃO DOS DADOS DE CONSUMO Lucas Barzotto ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS William Klaus 2019 DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE Alexandre Becker VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO Lucas Barzotto
  • 45. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO • Placas: EVM430-FR6047 e TDC1000-TDC7200EVM para excitação dos sensores ultrassônicos e aquisição dos ecos; • Transdutores ultrassônicos HS0014-000 (1 MHz); • Objetivo: comparação das vazões de referência da Portaria do Inmetro, obtidas pelo método gravimétrico, com as do sensor ultrassônico, obtido por meio das placas, o qual será analisado também a precisão de leitura da vazão de cada equipamento. 1 MHz
  • 46. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO TDC1000-TDC7200EVM (Texas Instruments)
  • 47. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO
  • 48. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO • EVM430-FR6047 utiliza correlação para calcular o ToF; • Melhor desempenho e maior robustez quando comparado com o método anterior usando os TDCs (Texas Instruments, 2019).
  • 49. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO • Vazões: • Q1 = 0,025 m3/h • Q2 = 0,04 m3/h • Q3 = 4 m3/h • Q4 = 5 m3/h • Coleta de até 15 L com medição de massa de água e tempo de escoamento. • Medição – placas Texas Instruments.
  • 50. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO TDC1000-TDC720EVM • Vazões entre: 0 e 1 m3/.
  • 51. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO TDC1000-TDC720EVM • Vazões acima de 2 m3/h: • não foi possível realizar medições confiáveis, devido a uma alta oscilação da leitura;
  • 52. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO EVM430-FR6047
  • 53. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO EVM430-FR6047 • Transições no escoamento gerou a formação de bolhas, levando a medidas de vazão instantânea errôneas, inclusive de valores negativos e de amplitude elevada. • Contudo pode-se utilizar de filtragem digital para mitigar tais interferências.
  • 54. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO EVM430-FR6047 • Matlab – filtro mediano
  • 55. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO EVM430-FR6047 • Matlab – filtro mediano
  • 56. ULTRASSOM - T I M E L I N E VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO • Resultados: • TDC1000-TDC7200EVM apresentou oscilações de alta amplitude nos dados de medição, portanto foi desconsiderada para os ensaios. • EVM430-FR6047 apresentou bons resultados, mas com erros percentuais maiores que os definidos pela Portaria do INMETRO • As medições via EVM430-FR6047 foi afetada por bolhas, mas podem ser melhoradas com o uso de filtros digitais. • A utilização de um filtro mediano reduziu o erro percentual da medição, porém os erros mantiveram-se acima dos erros máximos permitidos pelo INMETRO. • Sugere-se alterações na captação da bomba para reduzir as oscilações hidrodinâmicas nos experimentos.
  • 57. 2020 DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO Alexandre Becker ULTRASSOM - T I M E L I N E
  • 58. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO • Continuação do trabalho utilizando a placa PGA460-Q1 Ultrasonic Signal Conditioner EVM; • Tentou-se aumentar a tensão de excitação para 150 VP. • Resultado: PGA460-Q1 queimado;
  • 59. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO • Desenvolvimento de uma nova placa de excitação para os transdutores com o chip PHA460-Q1;
  • 60. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO • Desenvolvimento de uma nova placa de excitação para os transdutores com o chip PHA460-Q1; • Microprocessador: ATmega2560;
  • 61. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO • Resultados: • Os sinais elétricos de excitação observados no transdutor com osciloscópio não era em forma de pulsos, impossibilitando a geração de ondas ultrassônicas; • Acredita-se que esses problemas estejam relacionados a algum problema do design do circuito elétrico ou componentes escolhidos adaptados, diferentes dos usados na placa da Texas Instruments. • Outra hipótese seria que o sistema esteja sofrendo interferência de possíveis fontes de baixa frequência próximas ao local de teste ou provenientes das fontes de alimentação, da mesma forma que ocorria com a placa da Texas Instruments.
  • 62. 2020 DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO Alexandre Becker DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA Felipe Gerber ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Rafael Osipi 2021 Gustavo Ramo Tavares Auxílio em todos os projetos de Julho/2021 a Junho/2022. Principalmente em projetos de circuitos eletrônicos.
  • 63. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA • Placa STM32F103C6T6 - ARM Cortex M0 (32 bits); • Clock de até 72 MHz; • Limitações encontradas na conversão, como a presença de poucos módulos contadores (4);
  • 64. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA • Placa STM32F407ZGT6 - ARM Cortex M4 (32 bits); • Clock de até 180 MHz; • Maior quantidade de periféricos contadores (17); • Maior utilização de interrupções e divisão das tarefas realizadas pelo microcontrolador e pelos periféricos;
  • 65. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA • Necessidade de comunicação sem fio para envio de dados: • Placa STM Nucleo WB55RG - ARM Cortex M4 e M0 (32 bits); • Módulo Bluetooth 5.2;
  • 66. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA STM Nucleo WB55RG - Resultados • Clock de 32 MHz; • Sinal pulsado de 1 MHz (duty cycle = 50%);
  • 67. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA STM Nucleo WB55RG - Resultados • Sinal em amarelo refere- se ao pulso enviado pelo transdutor 1; • Sinal em verde refere-se ao pulso lido pelo transdutor 2;
  • 68. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA STM Nucleo WB55RG - Resultados • Geração de dois trens de pulsos excitatórios pelo microcontrolador; • Em vermelho, sinal de excitação enviado para transdutor 1; • Em azul, sinal de excitação enviado para transdutor 1;
  • 69. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA Resumindo: • O microcontrolador foi capaz de excitar os transdutores, esperar o tempo de transmissão e registrar o tempo de chegada após o conversor analógico digital obter um valor acima do limiar definido.
  • 70. 2020 DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO Alexandre Becker DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA Felipe Gerber ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Rafael Osipi 2021 Gustavo Ramo Tavares Auxílio em todos os projetos de Julho/2021 a Junho/2022. Principalmente em projetos de circuitos eletrônicos.
  • 71. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 72. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Dificuldade de programar o microcontrolador STM32. Problemas com a excitação e leitura do transdutor. Por que não utilizar circuitos dedicados para essa finalidade e, em vez disso, usar um microprocessador para ler os valores em seus registradores e enviá- los para um banco de dados por meio de comunicação sem fio?
  • 73. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 74. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 75. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA 1. ESP32: Via comunicação SPI (8 MHz) sinaliza para o TDC1000 excitar um transdutor; 2. TDC1000: Excita o primeiro transdutor ultrassônicos com frequência de 1 MHz; 3. TDC1000: O sinal ultrassônico recebido pelo segundo transdutor é amplificado e digitalizado. 4. TDC7200: Mede o tempo de voo do sinal ultrassônico e o converte em uma medida de tempo (escala de ps). 5. Processo inverso , i.e. o segundo transdutor é excitado e o primeiro recebe o sinal ultrassônico.
  • 76. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Pulsos gerados pelo ESP32 (amarelo) e recebidos pelo segundo transdutor (verde).
  • 77. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Pulsos gerados pelo ESP32 (verde) e recebidos pelo segundo transdutor (Amarelo). Os transdutores estavam distanciados de 3 cm. Pulsos gerados pelo ESP32 (verde) e recebidos pelo segundo transdutor (Amarelo). Os transdutores estavam distanciados de 10 cm.
  • 78. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Pulsos recebidos pelo segundo transdutor considerando a superfície refletora de A) aço inoxidável com 120 mVp, B) espelho com 80 mVp e C) plástico polido (PLA) com 40 mVp.
  • 79. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 80. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 81. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA
  • 82. ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Resumindo: • O Smartflow apresentou alguns erros principalmente para vazões abaixo de 10L/min, também encontrado em laboratório. Isso deve-se ao fato de baixas vazões apresentarem um escoamento com presença de ar. • Erros de leitura foram na média 10%
  • 83. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES João Vítor Pinheiro Guilherme Relque Alexandre Becker
  • 84. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES
  • 85. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • Ambientes com difícil acesso a fontes de energia. • Alimentação via baterias; • BMS ((Battery Management System); • AP9101 é responsável por proteger as baterias de sobrecargas, sobrecorrente, sobretensão e operação anormal; • XC6804 é um carregador para baterias de íon lítio que garante carga linear e as protege contra sobre temperatura. • STM32WB35CEU7A; • Inversor de tensão: • DC 3,7 V para AC 22 V;
  • 86. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • Teste de carregamento da bateria partindo do estado de 45% de carga (máximo de 4,2 V).
  • 87. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • Regulador de tensão: • Saída de 3,17 V; • Conversor boost: • PWM de 5 V para 13,7 V; • Inversor de tensão: • DC 3,7 V para AC 22 V;
  • 88. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • Simulação do processamento dos sinais ultrassônicos • Geração dos sinais refletidos via modelo matemático com adição de ruído; • Filtro passa-banda digital; • Envoltória do sinal ultrassônico para cálculo do ToF;
  • 89. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • Filtro passa-banda digital; • Envoltória do sinal ultrassônico para cálculo do ToF;
  • 90. ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES • A maioria das etapas do circuito foi validada na prática; • Geração de tensão alternada capaz de excitar o transdutor ultrassônico; • Regulador de tensão forneceu tensão adequada para o funcionamento do microcontrolador; • Conversor boost forneceu tensão de 13 V para a ativação dos MOSFET’s; • STM32WB geou os sinais de controle do inversor de tensão e realizou a leitura dos sinais analógicos recebidos. • Ocorreu erros no sub-circuito de leitura do transdutor, e por conta disso, não foi possível realizar a leitura de distância corretamente. • Diodos que realizam a limitação do sinal de entrada foram posicionados de maneira incorreta na placa;
  • 91. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES Vinicius Fachini 2022 DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES João Vítor Pinheiro Guilherme Relque Alexandre Becker
  • 92. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
  • 93. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. Devido algumas inconsistências encontradas durante a revisão da placa desenvolvida pelo Gustavo um novo projeto foi desenvolvido. Inconsistências: um diodo invertido; e problemas na etapa de recepção e leitura do sinal, atribuídos ao seu sistema de filtragem.
  • 94. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. O circuito reformulado incorpora etapas de condicionamento, ampliação e filtragem do sinal, por intermédio de amplificadores operacionais e filtros analógicos. Manteve a utilização do micro controlador STM32.
  • 95. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. Simulação do circuito de condicionamento e filtragem feita no Ltspice. Atenuou as frequências fora da banda passante de modo eficaz cuja frequência central é de 58,5kHz. O circuito também potencializou o ganho dos sinais nessa mesma frequência, o que é fundamental para facilitar a detecção dos pulsos ultrassônicos.
  • 96. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
  • 97. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. • Problemas no sistema de alimentação via baterias. • O circuito não ligava e portanto, não foi possível realizar testes com essa placa. • Decidiu-se reduzir sua complexidade para investigação de outras funcionalidades. • Alimentação por fonte externa.
  • 98. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. • PGA460TPWR: • Detecção de proximidade por meio de ultrassom; • Possui um amplificador de baixo ruído seguido de um amplificador de ganho variável; • ESP32 responsável pelas leituras dos dados captados pelo PGA460;
  • 99. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. • Implementação de algoritmo de correlação cruzada em Python para cálculo do ToF (Time of Flight) do pulso ultrassônico; • Com a validação do algoritmo, este foi transposto para a linguagem C, compatível com o ESP32; • Implementação de código em C para transmitir os dados registrados no ESP32 para uma planilha no Google Sheets; • Implementação de código em JavaScript no Google Sheets para recepção e inserção dos dados na planilha; • Implementação de código em Python para coletar os dados da planilha e criar imagem correspondente ao perfil da sedimentação nos tanques de decantação das ETAs e ETEs.
  • 100. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
  • 101. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES.
  • 102. ULTRASSOM - T I M E L I N E IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. • Problemas ao captar o sinal com o microcontrolador; • Não foi possível a implementação do método Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT):
  • 103. 2018 AVALIAÇÃO DA PRECISÃO DOS SENSORES ULTRASSÔNICOS E DE EFEITO HALL UTILIZADOS PARA MEDIR VAZÃO DE ÁGUA Flávia Cousin 2019 DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ULTRASSÔNICO PARA MEDIÇÃO DO NÍVEL DE LODO EM ETAs E ETEs COM TRANSMISSÃO DOS DADOS EM REDE SEM FIO ZIGBEE Alexandre Becker VALIDAÇÃO DE UM MEDIDOR DE VAZÃO DO TIPO ULTRASSÔNICO Lucas Barzotto ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UMA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO PARA SMART WATER METERS William Klaus
  • 104. 2020 DESENVOLVIMENTO MEDIDOR INTELIGENTE DE NÍVEL DE LODO Alexandre Becker DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE EMBARCADO PARA UM SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA Felipe Gerber ULTRASSOM - T I M E L I N E PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM HIDRÔMETRO INTELIGENTE: SMART FLOW ULTRA Rafael Osipi 2021 Gustavo Ramo Tavares Auxílio em todos os projetos de Julho/2021 a Junho/2022. Principalmente em projetos de circuitos eletrônicos.
  • 105. IMPLEMENTAÇÃO E DE UM SISTEMA DE RECONSTRUÇÃO DE IMAGEM DE ULTRASSOM E MELHORAMENTO VIA ALGORITMO SAFT APLICADO A AO MONITORAMENTO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES. Vinicius Fachini ULTRASSOM - T I M E L I N E DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE MONITORAMENTO E CONTROLE DAS REDES DE DRENAGEM USANDO IOT PARA USO EM SMART CITIES Rubia Nacano 2022 2023 DESENVOLVIMENTO DE UM SONAR PARA DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA E PRESENÇA DE PEIXES João Vítor Pinheiro Guilherme Relque Alexandre Becker 2024