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  • INSTITUTO SUPERIOR TCNICO

    Universidade Tcnica de Lisboa

    Aquisio Local e Processamento Remoto dos Dados

    Colhidos por um Sensor de Teste No-Destrutivo

    Joo Miguel Sotomayor Calvrio

    Dissertao para a obteno do grau de mestre em

    Engenharia Electrotcnica e de Computadores

    Jri

    Presidente: Professor Marcelino Bicho dos Santos

    Orientadores: Professor Artur Lopes Ribeiro

    Professora Helena Geirinhas Ramos

    Vogal: Professor Carlos Beltran de Almeida

    Outubro de 2010

  • II

    (Pgina deixada em branco intencionalmente)

  • III

    Agradecimentos

    Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos meus professores orientadores, Professor Artur

    Lopes Ribeiro e Professora Helena Geirinhas Ramos, por me terem oferecido a oportunidade de

    realizar uma tese de dissertao numa rea do meu interesse e por me terem acompanhado ao longo

    do perodo em que estive a realiz-la.

    Gostaria por outro lado de agradecer a todos os meus familiares que me apoiaram durante o

    perodo em que realizei a dissertao, e em particular aos meus pais, irmos e namorada por me

    terem apoiado e ajudado em muitas ocasies ao longo da mesma.

    Gostaria tambm de agradecer a todos os meus amigos, os quais estiveram igualmente

    sempre presentes ao longo da realizao da dissertao.

    Por ltimo gostaria de agradecer a todos as pessoas que fazem parte do Departamento do

    Instituto das Telecomunicaes no qual eu realizei a tese, pelo apoio que me deram sempre que era

    necessrio.

  • IV

    Resumo

    Esta dissertao encontra-se dividida em trs partes. Na primeira foi utilizado um algoritmo de

    processamento de sinal chamado Sine-fitting. Este programa traduz-se numa aplicao do mtodo

    dos mnimos quadrados. Quando aplicamos este programa estamos a aplicar um mtodo de

    regresso na medida em que recolhemos amostras de forma a calcular a amplitude e a fase do sinal.

    Aqui todos os sinais foram gerados numa aplicao Matlab executada num computador pessoal. Na

    segunda parte, foi utilizado igualmente este algoritmo de Sine-fitting, mas neste caso os sinais foram

    gerados num gerador de funes, sendo transferidos para o computador por um sistema de aquisio

    de dados para posterior processamento. Estas duas partes foram importantes, na medida em que se

    ficou a conhecer a frequncia de amostragem necessria e a capacidade do canal de transmisso

    sem fios de modo que os dados transmitidos de um sensor para um computador, possa ser feito sem

    elevados tempos de espera entre transmisses sucessivas. Aps serem conhecidos estes valores foi

    iniciada a ltima parte da dissertao, que consiste em aplicar este algoritmo de Sine-fitting, mas

    agora utilizando um sistema sem fios, baseado num PIC 18F4550 inserido numa placa de teste.

    Nesta ltima parte, a digitalizao do sinal proveniente do gerador de funes vai ser realizada no

    PIC, sendo o resultado posteriormente enviado por um sistema sem fios para o computador, onde

    ser processado atravs do programa Sine-fitting. Para garantir comunicao sem fios, so utilizadas

    portas RS-232, bem como emissores-receptores a funcionar na gama de frequncia dos 400 Mhz.

    Palavras-chave: Microprocessador, Sine-fitting, Sistema de Aquisio, Transmisso sem fios

  • V

    Abstract

    This Master Thesis is divided in three parts. In the first part, an algorithm of signal processing

    named sine-fitting was developed. This algorithm reflects an application of the least square method.

    When this method is applied, we are performing a regression, in a way that samples are acquired in

    order to compute the amplitude and phase shift of a sinusoidal signal that is corrupted by noise. Here,

    all the signals were generated in Matlab, working in a laptop. In the second part, the sine-fitting

    algorithm was also utilized, but signals were generated in a function generator, to further be sent to a

    16 bit acquisition board, to be transformed in their digital representation. After the digitalization, signals

    are sent to the computer for sine-fitting processing. These two parts were important, to determine the

    necessary sampling rate and the full capacity needed in the transmission buffer, so that the data

    transmitted through a sensor to a laptop, can be done without delay between consecutive

    transmissions. The last part of this Master Thesis consists in an application of the sine-fitting algorithm

    using a wireless channel. In this third part, a PIC 18F4550 microcontroller inserted on a testing board

    was used. Here, the digitalization of the analog signal from the function generator will be done in the

    PIC, and the result should be sent through a wireless channel to the computer for further sine-fitting

    processing. To guarantee a good communication, a RS-232 interface is used, together with wireless

    transceivers working near 400 MHz.

    Key-words: Microprocessor, sine-fitting, acquisition system, wireless transmission

  • VI

    NDICE

    Pgina

    Agradecimentos ...................................................................................................................................... III

    Resumo .................................................................................................................................................. IV

    Abstract.................................................................................................................................................... V

    Lista de Tabelas ................................................................................................................................... VIII

    Lista de Figuras ...................................................................................................................................... IX

    1. Introduo ............................................................................................................................................ 1

    1.1. Enquadramento do trabalho ......................................................................................................... 1

    1.2. Estado da Arte .............................................................................................................................. 4

    1.2.1. Mtodo das correntes de Foucault ....................................................................................... 4

    1.2.2. Algoritmo de Sine-fitting ........................................................................................................ 6

    1.3. Objectivos ..................................................................................................................................... 8

    1.4. Estrutura da Tese ......................................................................................................................... 9

    2. Primeiros testes com os sinais gerados no computador ................................................................... 10

    2.1. Introduo ................................................................................................................................... 10

    2.2. Mtodo experimental .................................................................................................................. 11

    2.3. Anlise de resultados .................................................................................................................. 14

    2.4. Concluses ................................................................................................................................. 27

    3. Testes com um ADC ......................................................................................................................... 29

    3.1 Introduo terica ........................................................................................................................ 29

    3.2 Mtodo Experimental ................................................................................................................... 30

    3.3 Anlise dos resultados ................................................................................................................. 33

    3.4 Concluses .................................................................................................................................. 38

    4. Desenvolvimento de um sistema de aquisio autnomo numa placa de demonstrao com um

    PIC18F4550 .......................................................................................................................................... 40

    4.1 Introduo .................................................................................................................................... 40

    4.1.1 Funcionalidades da placa de demonstrao com micro controlador PIC 18F4550 ............ 41

    4.1.2 Emissor-receptor ER400TRS .............................................................................................. 42

  • VII

    4.1.3 Portas srie RS-232 e MAX232A ........................................................................................ 44

    4.2 Configurao do PIC 18F4550 atravs dos seus registos e do programa na plataforma Matlab.

    Demonstrao de um resultado prtico ............................................................................................. 45

    4.3 Concluses .................................................................................................................................. 57

    5. Concluses ..............................................................