A proposta deste trabalho foi o desenvolvimento de um protótipo composto por hardware e software de um sistema para o gerenciamento remoto de temperatura aplicado a aerogeradores de pequeno porte. O hardware microcontrolado (PIC16F877A) recebe e condiciona o sinal emitido por sensores de temperatura (termopares), executa um algoritmo e transmite a informação via rede sem fio (ZigBee) para um software instalado em um computador remoto. O software desenvolvido em linguagem de programação Delphi permite ao usuário monitorar online a temperatura e enviar sinais de comando para ligar e desligar cargas através do acionamento de relês presentes no cartão eletrônico (hardware). O sistema desenvolvido tem foco na aplicação de monitoramento de temperatura em pontos críticos dos aerogeradores de pequeno porte. O sistema permitirá inclusive que haja a intervenção do operador parando a máquina ou então acionando sistemas de refrigeração quando os limites de temperatura forem ultrapassados, visando prolongar a vida útil da máquina evitando falhas catastróficas e não catastróficas que possam inutilizar o equipamento e/ou oferecer algum tipo de risco ao meio em que se encontra. Com o objetivo de validar o desenvolvimento, o hardware implementado foi submetido a testes de validação de distância de comunicação apresentando resultado satisfatório, entretanto abaixo da especificação emitida pelo fabricante dos módulos ZigBee utilizados. O hardware e o software foram submetidos também à validação da precisão de medição da temperatura em uma máquina elétrica com características análogas aos pequenos aerogeradores onde apresentaram resultados aceitáveis para a aplicação proposta. / The proposal of this work was the development of a composed for the hardware and software of a system for the remote management of applied temperature the wind turbine of small transport. The microcontrolled hardware (PIC16F877A) receives and conditions the signal emitted for temperature sensors (thermocouples), executes an algorithm and transmits the information saw net without wire (ZigBee) for a software installed in a remote computer. The software developed in Delphi allows the user to monitor online the temperature and to send command signals to bind and disconnect loads through the drive of you reread gifts in the electronic card (the hardware). The developed system has focus in the application of monitoring of temperature in critical points of the wind turbine of small transport, also allowing that it has the intervention of the operator stopping the machine or then setting in motion refrigeration systems when the temperature limits will be exceeded, aiming at to draw out the useful life of the machine being prevented catastrophic failures and not catastrophic that can make unusable the equipment and/or offer some type of risk to the way where if it finds. With the objective to validate the development, the hardware implemented was submitted to validation tests of distance communication presenting satisfactory result, though below the specification issued by the manufacturer of ZigBee modules used. The hardware and software were also submitted to the validation of the accuracy of temperature measurement in an electric machine with features similar to small wind turbines which showed acceptable results for the proposed application.

Nos últimos anos tem sido observado um aumento na utilização de redes sem fio em ambientes industriais, em função de diversas vantagens relacionadas à redução de custos de cabeamento, mobilidade e facilidade de inserção, instalação e configuração de novos dispositivos. Entretanto, a aplicação de redes sem fio em sistemas de automação apresenta requisitos mais rígidos no que diz respeito à confiabilidade, segurança e garantias de entrega de mensagens. O protocolo WirelessHART é um padrão aberto de comunicação sem fio que busca atender a estes requisitos. Neste protocolo, um dispositivo conhecido como gerenciador de rede é responsável pela configuração, definição das rotas e alocação de recursos para a comunicação entre os dispositivos da rede. A definição de rotas consiste em um processo complexo, em função das características das redes sem fio, dos recursos restritos dos dispositivos e dos requisitos da aplicação. O ambiente desenvolvido nesta dissertação tem como objetivo permitir a avaliação das rotas determinadas por diferentes algoritmos de roteamento, auxiliando no desenvolvimento, comparação, ajuste de parâmetros e na identificação de problemas. O ambiente também tem como objetivo permitir a monitoração de redes WirelessHART operacionais, através da captura do tráfego na camada física, obtendo informações sobre as condições reais de operação, onde anomalias e problemas na topologia e nas rotas utilizadas na rede podem ser identificados. A ferramenta proposta foi validada com alguns estudos de estudos de caso, que também são apresentados neste trabalho. Os estudos envolveram a análise e ajuste de parâmetros de um algoritmo de definição de rotas estado da arte modificado, e a obtenção de topologias e rotas utilizadas em uma rede WirelessHART operacional. / In the last years the use of wireless networks in industrial environments has been observed, due to several advantages related to the reduction of cabling costs, mobility and ease of integration, installation and configuration of new devices. However, the implementation of wireless networks in automation systems introduces stringent requirements regarding reliability, security and message delivery guarantees. The WirelessHART protocol is an open standard for wireless communication that aims to meet these requirements. In this protocol, a device known as network manager is responsible for the configuration, routes definition, and resource allocation for communication between network devices. The route definition consists of a complex process, due to the wireless networks characteristics, limited resources of devices and application requirements. The environment developed in this work has as objective to enable the evaluation of the routes determined by different routing algorithms, helping in the development, comparison, tuning of parameters and in the identification of possible design problems. The environment also has as objective to allow the monitoring of operational WirelessHART networks, by capturing packets at the physical layer, obtaining information of operating conditions, where anomalies and problems in network topology and routes can be identified. The developed tool has been experimentally validated via some case studies, which are also described in this work. The study cases involved the analysis and tuning of parameters of a state-of-art modified route definition algorithm, and the capture of the current topology and routes of an operational WirelessHART network.

Neste trabalho é apresentado o projeto de uma antena planar de formato de F-invertido (PIFA) com ranhura-T para aplicação nos sistemas de comunicações sem fio GSM/UMTS/WCDMA. As larguras de banda da antena são aumentadas em função do aproveitamento dos modos ressonantes implícitos no plano de terra. Uma análise paramétrica é feita visando a obtenção de desempenho equilibrado na antena. As diversas simulações do desempenho da antena são realizadas com o software SEMCAD, que utiliza o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). No trabalho é avaliada a diferença de desempenho da antena com e sem a presença do aparelho celular e também próximo à cabeça do usuário. Deste modo, é observada uma influência negativa sobre o desempenho da antena causada pela presença da cabeça do usuário. Adicionalmente, boa concordância é observada entre os dados do modelo simulado e os resultados medidos do protótipo. / This work presents the design and implementation of a planar inverted F-type antenna (PIFA) slot-T for wireless mobile communications GSM/UMTS/WCDMA. The excitation of the ground plane modes is used to increase the antenna bandwidth. A parametric analysis is done to obtain a balanced performance of the antenna. The several antenna performance simulations are performed with the SEMCAD software, which use the finite difference time domain (FDTD) method. In addition the differences in performance of the antenna are evaluated with and without the presence of the cell phone housing and the user's head, thus, negative influence on the antenna performance caused by the presence of the user's head is observed. Finally a prototype is implemented to get an idea of the real behavior of the proposed antenna. Good agreement is observed between data of the simulated model and measured results of the prototype.

Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa. / A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.

Redes de sensores sem fio tem ganhado grande destaque em diferentes aplicações, tais como, domésticas, comercial e industrial, trazendo mais flexibilidade e mais conveniência em nossas vidas. Entretanto, seu desempenho é influenciado por diversos fatores como, por exemplo, características do ambiente de propagação das ondas de rádio e outras tecnologias de comunicação sem fio que podem coexistir em uma mesma área de cobertura. Os recursos utilizados nas comunicações sem fio são limitados e muitas vezes não exclusivos possibilitando interferências provenientes de diferentes tipos de fontes. O presente trabalho busca soluções para o uso mais eficiente dos recursos da rede de comunicação sem fio, são investigados e propostos métodos adaptativos para uma rede sem fio industrial, o protocolo WirelessHART, utilizando mecanismos dinâmicos de sensoriamento de espectro e seleção de canal entre os dispositivos da rede. É apresentado uma arquitetura de gerenciamento do espectro em conformidade com o protocolo, baseado em sensoriamento do espectro distribuído e no monitoramento do desempenho das comunicações. A arquitetura utilizada permite a classificação de um conjunto de canais específicos entre os pares de dispositivos durante a operação da rede de comunicação. O trabalho demonstra o desempenho dos mecanismos desenvolvidos para a detecção de interferências com redes do tipo IEEE 802.11. / Wireless sensor networks have been expanding rapidly in many applications for different areas such as residential, office and industrial. Wireless connections bring many advantages as installation feasibility, scalability, mobility and reduce infrastructure costs. However, wireless network performance is affected by many factors as, for example, environment characteristics and other wireless communication technologies at the same coverage area. The wireless communication resources are limited and many times shared, allowing interferences from different kind of electromagnetic sources. This work presents a solution for an efficient use of the wireless communication network resources, investigate and propose adaptive methods for an industrial wireless network, the WirelessHART protocol, using dynamic mechanisms of spectrum sensing and channel selection between the devices. A protocol spectrum management architecture based on distributed sensing and monitoring of communications performance is presented, in compliance with WirelessHART protocol, allowing the classification of a set of specific channels between peer devices during the communication network’s operation. Also, it is presented the channel selection performance for IEEE 802.11 interference.

Os sistemas de comunicação sem fio vem ganhando cada vez mais espaço no cenário das comunicações digitais. Em relação aos tradicionais sistemas cabeados, as tecnologias de comunicação sem fio evitam a necessidade de infraestruturas de alto custo, tornam a rede mais flexível, trazem facilidades de reconfiguração e a portabilidade para terminais móveis. Com o crescimento e aprimoramento nos usos das redes de automação novas soluções de comunicação estão surgindo entre elas sistemas de comunicação sem fio que possam ser confiáveis e para aplicações em ambientes mais críticos. Em paralelo o espectro de frequência tem sido cada vez mais ocupado devido à grande demanda, especialmente a faixa de espectro não licenciada. A faixa de frequência de 2.4 GHz (ISM), por exemplo, tem sido vastamente explorada e deve ser atualmente a mais utilizada no mundo, especialmente pela aplicação das grandes redes de comunicação como a world wide web. Este trabalho aborda um estudo sobre coexistência do primeiro protocolo certificado para comunicação sem fio aplicado à indústria, o WirelessHART. É apresentada uma visão geral do protocolo, os diferentes mecanismos de coexistência propostos no padrão e ainda um conjunto de ferramentas desenvolvidas para a análise de desempenho do protocolo WirelessHART. Os estudos de caso utilizam os padrões IEEE 802.11g, IEEE 802.15.1 e o próprio WirelessHART, sendo aplicados a análises experimentais estando presentes condições reais de propagação de sinais de rádio frequência, as quais são muitas vezes simplificadas nos tradicionais trabalhos em ambientes simulados. / Wireless communication systems are gaining more space in digital communications area. Compared to traditional wired systems, wireless communication technologies avoid the need for costly infrastructure, making the networks more flexible, improving portability and allowing an easier reconfiguration of mobile terminals. With the growth and improvement in the use of automation networks, new solutions are emerging in the communication systems, including reliable wireless communication for applications in critical environments. In parallel the frequency spectrum has become increasingly busy due to high demand, especially the unlicensed spectrum band. The frequency range of 2.4 GHz (ISM), for example, has been widely explored worldwide, especially by the application of large communication networks such as the world wide web. This work discusses a study on coexistence of the first certified industrial wireless communication protocol, the WirelessHART. It presents an overview of the protocol, the different coexistence mechanisms proposed in the standard and also a set of tools developed for the performance and coexistence analysis of WirelessHART. Case studies assessing the impact of IEEE 802.11g, IEEE 802.15.1 as well as of other WirelessHART networks experimentally are presented, on which real conditions of propagation of radio frequency signals, which are often simplified in traditional work in simulated environments, are evaluated. Obtained results indicated the adequacy of WirelessHart for industrial applications.

O crescimento na utilização de redes de sensores sem fio possibilitou desenvolver melhorias para atender as necessidades da indústria de comunicação de dispositivos em função de diversas vantagens relacionadas a baixo custo, baixo consumo de energia, mobilidade, instalação e configuração de novos dispositivos, além disso, criar funcionalidades adicionais, como por exemplo, localização de engenheiros de campo e ativos em ambientes industriais. O protocolo WirelessHART é um padrão aberto de comunicação sem fio que busca atender a estes requisitos. Neste trabalho é apresentado o estudo e desenvolvimento de uma aplicação de localização de um objeto alvo através da rede WirelessHART. São analisados diferentes métodos para estimar a distância entre o objeto alvo e os outros elementos fixos da rede de sensores sem fio, algoritmos para computar dados e determinar a localização em um plano de coordenadas. O funcionamento do sistema proposto e o método de localização utilizado foram avaliados por meio de simulações e de testes práticos. Para as condições utilizadas de instalação dos dispositivos, foi possível obter um alcance na comunicação via rádio de mais de 100 m, o que permitiu determinar uma área de monitoração do sistema de cerca de 100 m x 100 m. Os resultados obtidos do erro de localização atingiram entre um 72% e 80% de estimativas de localização menores que a 5 metros. O trabalho abordou a criação e avaliação de critérios de escolha para obter conjuntos de três transmissores com probabilidade de erros menores do que 5 metros. A avaliação dos critérios é feita através da construção de uma tabela de probabilidade conjunta obtida a partir da aplicação da regra de Bayes em dados experimentais com erro de posicionamento conhecido. / The growth in the use of wireless sensor networks has made possible the development of improvements that meet the needs of the communication industry, including several devices with to low cost, low power consumption, mobility and ease of integration, installation and configuration advantages. Not only that but they also create additional functionalities, such as showing the location of field engineers who are assets in industrial environments. The WirelessHART protocol is an open standard for wireless communication that seeks to meet these qualities. This study presents a development of an application for the localization of a mobile device via the WirelessHART network. Different methods are analyzed to estimate the distance between the mobile node and the other fixed elements of the wireless sensor network, such as deployment topologies and algorithms, which are used to compute the data and determine the location in a coordinate plane. The operation of the proposed system and the location method were evaluated by means of simulations and practical tests. Due to the conditions used for the installation of the devices, it was possible to obtain a range of radio transmission over 100 m, which allowed to determine an area of monitoring system of about 100 m x 100 m. The results obtained from the error location reached between a 72% and 80% of the estimated localization that was less than 5 meters. The study addressed the establishment and evaluation of selection criteria for sets of three transmitters with probability of less than 5 meters errors. The evaluation criteria is done by constructing a joint probability table obtained from the application of Bayes rule in experimental data with known positioning error.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-21T15:06:13Z No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-18T16:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-18T16:06:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_DiogoSandersStaruingChaves.pdf: 1166698 bytes, checksum: 65390bf55c59c293c1920377bef34e0a (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo de sistemas de rádiosognitivos operando por meio de sensoriamento de espetro emanais em desvaneimento κ-μ e η-μ. Nesteontexto, aborda-se um esquema baseado em detecção de energia, em que é possível obter formulações e analisar as caraterísticas de operação do reeptor (ROC, do inglês reeiver operationharateristis). Nasurvas geradasé possível visualizar a probabilidade de não detecção (Pm, do inglês missing detetion probability)pela probabilidade de falso-alarme (Pf , do inglês false-alarm probability). Diversos cenários são analisados, nos quais os parâmetros de desvanecimento de cada função de distribuição são variados para representar desde um cenário de desvanecimento suave até um cenário de desvanecimento severo. Juntamente com as ROC sob desvanecimentos modelados pelas distribuições κ-μ e η-μ,são geradas ROCs para ambientes em desvanecimento Rayleigh, para efeito de comparação. Em seguida, é discutido o sensoriamento espetral cooperativo, em que é investigado o desempenho dos sistemas rádioognitivo quando se utiliza um número n de usuários colaboradores. Novamente,para estes esquemas colaborativos, são analisa dos cenários sob desvanecimentos típicos e severos.Características de operação do receptor são apresentadas para diferentes quantidades de usuários colaborativos. Visando demonstrar os ganhos obtidos em um cenário cooperativo, para um número pequeno de colaboradores até um número grande, novas formulações e análises das características de operação do receptor são geradas sendo possível visualizar a probabilidade de não detecção em relação à razão sinal-ruído média para cada grupo de n colaboradores. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Theurrent work presents a detailed study on spectrum sensing system under κ-μ and η-μ fadinghannels. For the spectrum sensing, the approah taken was the use of energy detetion, wherewe were able to generateomplementary reeiver operatingharateristis (ROC)urves, whihplot the missing detetion probability (Pm) versus the false-alarm probability (Pf ). Several sena-rios were detailed, where the fading parameters of eah distribution were diversied to representa typial fading senario until a severe fading. Along with the ROCurves of the κ-μ and η-μdistributions, curves were generated for theases of Rayleigh fadinghannel foromparison. Next,the disussion onooperative spetrum sensing was also analyzed, investigation on the behaviorofomplementary reeiver operatingharateristisurves when a number of nooperative usersis used. Again for theooperative spetrum sensing, senarios under a typial and severe fadingonditions werereated. Complementary ROCurves are presented for diferent numbers ofoo-perative users. In order to demonstrate the gain in aollaborative senario, from a small number of users to a large number of users, ROCurves were generated where itan be seen the missing probability versus the average signal-to-noise ratio for eah group of n collaboractive users.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008. / Submitted by Fernanda Weschenfelder (nandaweschenfelder@gmail.com) on 2009-09-28T19:41:21Z No. of bitstreams: 1 2008_ViniciusOCGuimaraes.pdf: 9090282 bytes, checksum: ed1d7e4281eef6c3bfe3d41b9b804527 (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2011-02-01T12:03:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_ViniciusOCGuimaraes.pdf: 9090282 bytes, checksum: ed1d7e4281eef6c3bfe3d41b9b804527 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-01T12:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_ViniciusOCGuimaraes.pdf: 9090282 bytes, checksum: ed1d7e4281eef6c3bfe3d41b9b804527 (MD5) Previous issue date: 2008-03 / Desde o surgimento das comunicações móveis, as operadoras e fornecedores buscam incessantemente nova s tecnologias e serviços para se adaptarem às necessidades mercadológicas. Este trabalho apresenta a evolução da telefonia móvel até os dias atuais, destacando os desafios técnicos e comerciais enfrentados pelas operadoras em overlay de suas redes. O objetivo principal é mostrar e destacar um caso ímpar no cenário nacional de gerenciamento de espectro para a introdução das tecnologias AMPS, TDMA, CDMA, EVDO e GSM em uma mesma faixa, na banda A. Como uma operadora administrou recursos para a viabilidade do provimento destes serviços aos usuários em uma banda disponível de 12,5 MHz. Para isso foram necessários estudos teóricos e práticos quanto a bandas de guarda, isolação de antenas e compartilhamento de infra-estrutura. Serão apresentadas as principais tecnologias existentes e suas características, ressaltando a consolidação do mercado brasileiro de telecomunicações em restritas grandes operadoras e o foco em tecnologias comuns a todas. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Since the emergence of mobile communications, operators and suppliers constantly seek new technologies and services to fit the needs marketing. This paper presents the development of mobile telephony up to today, highlighting the challenges faced by technical and commercial operators. The main goal is to show and highlight the management of spectrum for the introduction of technologies AMPS, TDMA, CDMA, EVDO and GSM in the same band, band A. As the operator administered resources for the feasibility of providing these services to users in a 12.5 MHz band available for her. For that were necessary theoretical and practical about guardbands, isolation of antennas and sharing of infrastructure. They will be presented the main existing technologies and their characteristics, highlighting the consolidation of the Brazilian market for telecommunications carriers and large restricted to the focus on technology common to all.