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Dispositivo remoto para monitorização de VOCs
Dissertação realizada no âmbito do
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Luís Manuel Pereira Cardoso
Orientador: Prof. Hélio Mendes de Sousa Mendonça
19 de Julho de 2010 |
21 de Fevereiro de 2011 |
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Conteúdos
Introdução
Objectivos
Descrição do sistema
Sensores de VOCs
Protocolos de comunicação sem fios
Especificação da arquitectura
Firmware do coordenador
Firmware do dispositivo portátil
Software para o computador
Testes e resultados
Conclusões
Trabalho futuro
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Introdução
Necessidade de prevenir e reduzir os efeitos directos e indirectos das emissões de compostos orgânicos voláteis (VOCs) para o ambiente;
VOCs são um grupo de substâncias químicas que inclui várias classes de compostos, apresentam efeitos nocivos tanto para a atmosfera como para a saúde humana.
Necessidade de monitorização de emissões de VOCs para a atmosfera, particularmente em espaços fechados;
Sistemas de monitorização disponíveis no mercado nem sempre cumprem as especificações dos fabricantes e possuem limitações.
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Objectivos
Monitorização da emissão de VOCs;
Controlo remoto do sistema através de comunicação sem fios;
Armazenamento de dados em memória local;
Visualização em tempo real das leituras efectuadas;
Sistema portátil.
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Descrição do sistema
Esquema do sistema:
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Sensores de VOCs
Diferentes tecnologias e princípios de detecção:
Metal Oxide Semiconductor (MOS); Sensores de efeito de campo (FE); Quartz Microbalance (QMB); Photoionization Detector (PID).
Sensor Fabricante Potência
Consumid
a
Tensão de
Alimentaç
ão
Temperatura
de
funcionament
o
AS-MLV AppliedSensor 40mW 2.7V -40º a 120ºC
GSBT11 Ogam
Technology
420mW <12V -10º a 60ºC
P/N 707 Synkera
Technologies,
Inc
400mW 5V -
TGS2602 Figaro USA, Inc 210mW 5V 20ºC
TGS2620 Figaro USA, Inc 210mW 5V 20ºC
Mercado de Sensores:
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Protocolos de comunicação sem fios
Frequência Encriptação Consumo Débito Alcance
ZigBee 868/915MHz, 2.4GHz
Sim Baixo 250 Kbit/s 10 a 75m
Z-Wave 900MHz Não Muito Baixo
40 Kbit/s 30m
MIWI 2.4GHz Sim Baixo 250 Kbit/s -
Dash7 433MHz Sim Muito Baixo
28 Kbit/s 1000m
Bluetooth 2.0
2.4GHz Sim Baixo 3 Mbit/s 1 a 100m
ZigBee: Baixo consumo;
Baixo débito de transmissão de dados;
Bom alcance.
Módulos disponíveis na Faculdade de Engenharia.
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Especificação da arquitectura
Arquitectura global do sistema:
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Especificação da arquitectura
Coordenador
Dispositivo portátil e PCB de acoplamento dos sensores
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Firmware do Coordenador
Funcionamento do Coordenador:
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Firmware do dispositivo portátilFuncionamento do dispositivo portátil:
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Software para o computador
Janela principal:
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Software para o computador
Janela de opções e configurações:
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Testes e resultados
Duas fases de testes: Primeira fase realizada num ambiente não
controlado; Segunda fase realizada em laboratório, localizado no
INEGI Porto, recorrendo a câmaras especiais.
Câmara de testes
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Testes e resultados – 1ª fase
Sensor TGS2602:
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Testes e resultados – 1ª fase
Sensor TGS2620:
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Testes e resultados – 2ª fase
Testes realizados com o sistema desenvolvido e com um sistema da Gray Wolf disponível no mercado; Realizado teste de laboratório denominado por TENAX.
Gray Wolf TG-502
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Testes e resultados – 2ª fase
Gráfico gerado durante o primeiro dia de testes com o sensor TGS2602:
Eixo dos X: Tempo em milissegundos; Eixo dos Y: Valor retornado pelo ADC.
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Testes e resultados – 2ª fase
Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4
Concentração Teórica
Total(ppm)
0 16.17 23.01 17.49
Gray Wolf TG-502 (ppm)
0 14.73 29.40 62.06
Tenax(ppm)
0 15.15 10.80 6.30
TGS2602 nº1
≈540 1650 3570 3880
TGS2602 nº2
≈540 3105 5286 4874
TGS2620 nº1
≈540 883 895 2442
TGS2620 nº2
≈540 646 682 1207
Tabela dos resultados obtidos durante os quatro dias de testes:
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Testes e resultados – 2ª fase
Evolução dos sensores ao longo dos quatro dias:
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Testes de consumo
Função activa Consumo (mA)Leituras com TGS2602
74
Leituras com TGS2620
64
Idle (em espera) 16Função activa Duração da
bateriaLeituras com TGS2602
≈2h
Leituras com TGS2620
≈2h.20min
Idle (em espera) ≈9h.22minFunção activa Duração da
bateriaLeituras com TGS2602
≈2d.16h
Leituras com TGS2620
≈3d.3h
Idle (em espera) ≈12d.12h
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Testes de alcance
Distância em metros
Nº de erros c/antena
Nº de erros s/antena
5 0 010 0 015 0 020 0 025 149 343
Distância em metros
Nº de erros c/antena
Nº de erros s/antena
21 0 022 0 023 0 024 0 105
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Interferências com redes IEEE802.11
Teste nº
Nº de erros
1 2142 2053 2244 213
Média 214
Resultados do teste de interferências com redes IEEE802.11
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Conclusão
Sistema desenvolvido operacional;
Controlo remoto e configuração remota através do software desenvolvido para PC;
Visualização e traçado de gráficos em tempo real;
Software para PC com suporte para diferentes SO;
Sistemas idênticos à venda no mercado possuem limitações, apresentando erros grosseiros durante os testes;
Resultados obtidos por sistemas deste tipo possuem pouca precisão.
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Trabalho futuro
Automatizar a escolha da resistência de saída RL recorrendo a um potenciómetro digital;
Integrar um ecrã LCD para a visualização dos resultados no dispositivo portátil;
Adicionar um RTC (Real Time Clock) ao sistema por forma a organizar os resultados por datas;
Acrescentar uma EEPROM I2C como uma expansão de memória;
Aumentar a autonomia do sistema recorrendo a outro tipo de baterias.
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Obrigado pela atenção!
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