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Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Intelingentes - Grupo de Robótica, Automação e Visão Computacional - ENE/FT/UnB
Atividades de Pesquisa2009
Grupo de Robótica, Automação e Visão computacional
Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Inteligentes
Prof. Adolfo Bauchspiess
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Conteúdo
GRAV – ENE – Unb LEARn – Experimentação Remota Plena Transmissoras – Inspeção VANT de Linhas de Transmissão SAPIEn/LABInov – Ambientes Inteligentes Wireless
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GRAV/ENE/FT
Áreas organizadas em grupos de pesquisa: GRAV – Grupo de Robótica, Automação e Visão Computacional
• LAVSI – Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Inteligentes• LARA – Laboratório de Robótica e Automação
LCVC – Laboratório de Visão e Controle por Computador
GRAV: Prof. Dr. Adolfo Bauchspiess Prof. Dr. Geovany de Araújo Borges Prof. Dr. João Yoshiyuki Ishihara Prof. Dr. Marco A. F. Egito Coelho
ENE: 43+ professores em 5 áreas: Controle e Automação, Telecom, Eletrônica, Potência e Redes
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PROJETO 1
SISTEMA COMPUTACIONAL PARA AUTOMAÇÃO REMOTA
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LEARn Laboratório de Ensino e Automação Remota
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PROJETO 2
PROJETO CARCARAH
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Inspeção de Linhas de Transmissão
Sistema computacional autônomo de inspeção visual em linhas de transmissão de energia elétrica Detecção de falhas nas garras dos espaçadores das linhas
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Inspeção de Linhas de Transmissão
Inspeção tradicional em linhas de transmissão Inspeção aérea utilizando um helicóptero Equipe em terra
Processo dispendioso e de alto custo
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Inspeção de Linhas de Transmissão
Adaptação de Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANTs) Projeto de pesquisa UNB/ANEEL – Plena Transmissoras
Desenvolvimento de um UAV para auxílio à inspeção de linhas
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Classificação de Falhas - RNA
Treinamento: 70 imagens Teste: 25 imagens Validação: 25 imagens
Rede treinada com 10 harmônicos Erro na classificação de 2 imagens
Rede treinada com 12 harmônicos Erro na classificação de 1 imagem
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PROJETO 3
REDE DE AUTOMAÇÃO PREDIAL DISTRIBUÍDA PARA
RACIONALIZAÇÃO DE ENERGIA SEGUNDO O PARADIGMA “AMBIENT INTELLIGENCE”
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Automação Predial Inteligente
Projeto PROBAL – CAPES (“Networked Control with Distributed Processing for Building Automation in an Ambient Intelligence Framework” )
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Automação Predial Inteligente
Ambient Intelligence“Rede de sensores e atuadores que provê diversos
serviços de forma praticamente invisível aos usuários”
Foco centrado no usuário;Rede de sensores e atuadores;Exemplos de Serviços: - Conforto Térmico; - Economia de energia; - Segurança; - Assisted Living.
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Automação Predial Inteligente
Projeto PROBAL-CAPES: Controle inteligente aparelhos ar condicionado
Manutenção conforto térmico; Consumo energia.
Rede Wireless ZigBee Retrofitting; Flexibilidade de implementação de sensores e atuadores; Fornecer serviços aos usuários.
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Conforto Térmico
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Conforto Térmico PMV (Predicted Mean Vote) X PPD (Percentage of Persons Dissatisfied)
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Automação Predial Inteligente
ZigBee Desenvolvido por um consórcio de empresas (ZigBee Alliance) em conjunto com o IEEE, gerando o protocolo IEEE 802.15.4; Projetado especialmente para ser utilizado em aplicações de sensoriamento, controle e acionamento de dispositivos; Baixa taxa de transmissão; Baixo Alcance de Rede; Baixo Consumo; Baixo Custo; Freqüência de Operação: 2.4GHz (ISM)Protocolos Concorrentes: Wi-Fi, Bluetooth.
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Automação Predial Inteligente
Módulos Utilizados: X-Bee
Empresa DigiAlcance: entre 30 e 100 m
ZigBitEmpresa MeshBeanAlcance: entre 100 e 300 mMicrocontrolador ATmega 1281VTransceiver RF AT86RF230
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PROJETO 3.1
Projeto de instrumentação e controle de um sistema de ar
condicionado híbrido
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Ar Condicionado Híbrido
Ambiente de Implementação:
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Ar Condicionado Híbrido
Princípio Funcionamento Ventilador aspira ar externo Painel evaporativo celulose Água reposta por uma boiá mantendo nível reservatório constante Produz ar limpo, mais úmido e de qualidade
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Ar Condicionado Híbrido
Maior eficiência ambientes secos Objetivo
Umedecer ambiente Resfriar ambiente Não necessita utilizar compressor em determinadas horas do dia Redução consumo energia
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Ar Condicionado Híbrido
Sensores Anemômetro Piranômetro Temperatura e Umidade Temperatura média radiante
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Ar Condicionado Híbrido
Módulo Coordenador ZigBit
Módulo Interno ZigBit Sensor Temperatura e Umidade Sensor Radiação Térmica
Módulo Externo ZigBit Sensor Temperatura e Umidade Piranômetro
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Ar Condicionado Híbrido
Módulo Móvel ZigBit Sensor Temperatura e Umidade Anemômtro
Módulo Atuador ZigBit Atuador Bomba Atuador Ventilador Atuador Compressor
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Ar Condicionado Híbrido Software Supervisório
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Ar Condicionado Híbrido Software Supervisório
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PROJETO 3.2
AUTOMAÇÃO PREDIAL WIRELESS EM AMBIENTE COM CARGAS
TÉRMICAS COMPARTILHADAS
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Ar Condicionado Convencional
Ambiente de testes
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Ar Condicionado Convencional
Ar condicionado Split com capacidade 22.000 BTU/h Unidade interna (evaporadora) Unidade externa (condensadora) Sensor temperatura na unidade interna
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Ar Condicionado Convencional
Hardware: Modo de controle XBee ATmega8 Recebe informação processada do supervisório Controla o modo de acionamento através de I/O para ligar/desligar a unidade externa do ar condicionado
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Ar Condicionado Convencional
Hardware: Circuito acionamento MOC3081 TIC246D
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Ar Condicionado Convencional
Hardware: Nó sensor Sensor temperatura LM35 Conversor A/D XBee
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Ar Condicionado Convencional
Medidor Engeria ZMD128 – Landis & Gyr
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Ar Condicionado Convencional
Rede Implementada
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Ar Condicionado Convencional
Experimento 1: Liga-desliga externo (sensor centralizado) Consumo 20,77 KWh Leitura espúrias
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Ar Condicionado Convencional
Experimento 2: Controle ar condicionado (sensor centralizado) Consumo 31,41 KWh
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Ar Condicionado Convencional
Experimento 3: Liga-desliga externo (sensor retorno) Consumo 26,21 KWh
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Ar Condicionado Convencional
Experimento 4: Controle ar condicionado (sensor retorno) Consumo 32,58 KWh
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Ar Condicionado Convencional
Tabela Comparativa
Experimento Tipo de controle Posição dos nós sensores Consumo
1 Liga-desliga Centralizado 20,77 kWh
2 Próprio dos aparelhos Centralizado 31,41 kWh
3 Liga-desliga Retorno 26,21 kWh
4 Próprio dos aparelhos Retorno 32,58 kWh
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PROJETO 3.3
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM AMBIENTES PREDIAIS
UTILIZANDO REDE SEM FIO ZIGBEE E CONTROLE FUZZY
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REDE IMPLEMENTADA Nós endereço fixo Coordenador Sensor Atuador
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CONTROLADOR FUZZY Controlador Fuzzy (Mandani)
Variáveis entrada Erro Setpoint
Variável saída PWM
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SIMULINK - MATLAB Modelo Controle Simulink
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RESULTADOS Testes realizados entre 08:00 e 17:00 Nós sensores posicionados no centro de cada setor Registro consumo energia dos aparelhos Dois testes
Temperatura referência fixa Temperatura referência variável ao longo do experimento
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RESULTADOS Experimento 1: Controle On-Off – Temperatura referência fixa
Consumo energia: 17,52 KWh Temperatura externa variou entre 25,1 e 33,7 °C
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RESULTADOS Experimento 2: Controle Fuzzy – Temperatura referência fixa
Consumo energia: 13,83 KWh Temperatura externa variou entre 25,6 e 36,8 °C
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RESULTADOS Experimento 3: Controle On-Off – Temperatura referência variável
Consumo energia: 17,78 KWh Temperatura externa variou entre 23,8 e 34,9 °C
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RESULTADOS Experimento 4: Controle Fuzzy – Temperatura referência variável
Consumo energia: 14,63 KWh Temperatura externa variou entre 23,9 e 36,5°C
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Ar Condicionado Convencional
Tabela Comparativa
Experimento Tipo de controle Temperatura Referência Consumo
1 Liga-desliga Fixa 17,52 kWh
2 Controle Fuzzy Fixa 13,83 kWh
3 Liga-desliga Variável 17,78 kWh
4 Controle Fuzzy Variável 14,63 kWh
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PROJETO 3.4
Sistema de localização indoor em Wireless Sensor Networks
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Sistemas de localização
Motivação
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Sistemas de localização
AoA – Angle of Arrival;– Ângulo do alvo com relação a um referencial;– Antenas com padrão de radiação anisotrópico conhecido.
ToA – Time of Arrival;– Tempo de um sinal transmitido do alvo até uma base;– Velocidade de propagação do sinal previamente conhecida;– Usualmente, utilizado com sinais de ultrasom.
RSSI– Received Signal Strength Indication– Atenuação da potência do sinal transmitido;– Um dos métodos mais suscetíveis a perturbações;– Não costuma necessitar de dispositivos adicionais.
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Sistemas de localização
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Sistemas de localização Triangulação Hiperbólica:
Distribuição da energia das ondas eletromagnéticas e sua relação com a distância:
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Sistemas de localização Triangulação Hiperbólica baseada em RSSI:
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Sistemas de localização Triangulação Hiperbólica baseada em RSSI:
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Sistemas de localização Triangulação Hiperbólica baseada em RSSI:
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Sistemas de localização Mapeamento utilizando RNA:
Nível do Sinal - mód. 1Nível do Sinal - mód. 2
Nível do Sinal - mód. N
Posição do módulo no eixo X
Nível do Sinal - mód. 1Nível do Sinal - mód. 2
Nível do Sinal - mód. N
1ª Rede Neural
Posição do módulo no eixo Y
...
...2ª Rede Neural
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Análise Experimental Estágio Offline:
Triangulação Hiperbólica:
Cálculo da constante K.
Mapeamento do ambiente:
110 Posições distintas;
Várias leituras RSSI em cada posição.
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Sistemas de localização Posição Real x Posição Estimada:
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Dis
crep
ânci
a (m
)
Pontos de Medição
Mapeamento de Ambiente com RNAs
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Dis
crep
ânci
a (m
)
Pontos de Medição
Triangulação Hiperbólica
Pontos de Menor Erro Centro da Área de Provável Localização
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AGRADECIMENTOS
http://grav.unb.br/
OBRIGADO A TODOS PELA ATENÇÃO!!!