Sensores: A nova vaga na aquisição de dados em Ambiente Cristina Gouveia

Sensores: A nova vaga na aquisição de dados em Ambiente

Cristina Gouveia

2 Aula sobre Sensores

Sensores

• O que é um sensor?– By definition, a sensor is a device that detects or measures a physical

quantity in the environment (Sinclair, 2001).• http://en.wikipedia.org/wiki/Sensor• http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer

• Involve conhecimentos numa variedade de àreas como: física, química, engenharia, biologia e bioquímica, materiais, eletrotecnia entre outras.

• Classificados pela variável detectada, a tecnologia utilizada, aplicação ou pelo princípio de conversão utilizado.


Sensores

• Diferentes tipos de outputs: visuais, eléctricos. Poucos tem outputs digitais: requerem conversor ADC

• Escolhidos de acordo com a propriedade a medir e com o tipo de output

http://www.hydrolab.com/


Sensores

SensorDados

PC

Data Logger

Microcontrolador

• Recolha e armazenamento de dados:– Medição pode ser contínua ou discreta– Controlo sobre o sistema pode ser insitu ou

remoto (e.g. via Internet)


Sensores

• Tratamento de dados:– Os sensores têm valores bastante oscilantes.

São necessárias técnicas de filtragem de valores e uso de estatística.

Implica a calibração do sensor o que significa establecer a relação entre o input e o output do sensores.

– Nem sempre medem directamente a variável em causa. Mas é possivel conhecer a relação entre o efeito medido e a variável que se pretende.


Sensores

• Sites a explorar– www.sensorsmag.com/ (artigos sobre as tecnologias dos

sensores e suas aplicações)– www.findasensor.com/ (Lista de sensores existentes

para cada tipo de variável ou aplicação)– www.sensorland.com/HowPage001.html (explica como

funcionam os principais tipos de sensores)– www.delphion.com (informação sobre patentes)


Sensores e SIMA

• Dois tipos de abordagem:– Aquisição de dados para monitorização

Ambiental– Sentidos das máquinas: Criar sistemas de

informação que reajam com o ambiente envolvente.

• Novas interfaces• Aplicações “Context aware”


• Sensores In-Situ e Remotos

• Variáveis que se pretende medir– Físicas (temperatura, humidade)– Químicas (pH, CO)– Biológicas (Bio-toxicidade, comportamentos de espécies)

Maior detalheValidar dados no campo

Sistemas Ambientais & Sensores

SensoresRemotos

Sensoresin-situ

Satelite Avião Baseados no solo PortáteisLocalização fixa


Sistemas Ambientais & In-situ Sensores

• Mais de 100 variáveis ambientais• Mais de 2300 produtores de sensores• Mas cuidado:

– Grande diversidade de situações: Ecossistemas marinhos, aquáticos, terrestres, urbanos

– Difícil acesso– Extremos térmicos, condições meteorológicas adversas– Possível destruição dos sensores devido a acções de

seres vivos– Necessidade de geo-referenciação


Critérios para escolher um sensor

• Resolução espacial (Geo-referenciação, alcance)

• Resolução temporal (Duração, periodicidade, tempo de resposta)

• Características das medições (precisão, gama de concentrações, destrutivo, manual/automático, natureza da amostra, limite de detecção)

• Facilidade de utilização (Complexidade da utilização, output, tamanho, portabilidade)

• Capacidade de se ligarem em rede (processamento local, eficiência energética)

• Acessibilidade (disponibilidade, custo)


Tecnologias de Sensores para ambiente

• Ópticos - Quantificam a concentração de substâncias medindo o nível de radiação electromagnética que é absorvida, emitida ou dispersada e.g. Compostos orgânicos voláteis

• Fibra-óptica - 1) Mudanças na luz que é emitida ou reflectida 2) incorporam um layer químico na ponta da fibra-optica. E.g. compostos químicos, temperatura, força,pressão.

• Electroquímicos - Informação em tempo real sobre a composição química de um determinado meio. E.g. oxigénio, CO, Cloro PH



• Biológicos - incluem um elemento de reconhecimento biológico (enzima) associado a um transformador e.g. Pesticidas, CBO

• Colorimétricos - Um material reactivo produz cor, cuja intensidade é proporcional à quantidade da substância a medir. Pode ser medido visualmente ou atvs de espectrofotometria. E.g. hidrocarbonetos, pH

• Piezoeléctricos - Sensores que adsorvem o elemento quimico numa superficie provocando uma alteração de massa que pode ser medida. E.g. força, aceleração temperatura



• Sensores de posicionamento– Outdoors (GPS)– Indoors (RFID, Infravermelhos)



• Links:– Tecnologias de sensores para monitorização

ecológica• http://www.lternet.edu/technology/sensors/


Evolução Tecnológica dos Sensores

• Evoluções tecnológicas–MEMS (micro-electro-mechanical systems)–Nano-tecnologia

Dados

Informação


Evolução Tecnológica dos Sensores

• Redes de sensores– Processamento e fonte de energia local– Comunicação wireless (Rádio, infra-vermelhos)– Elevada eficiência energética

• Áreas de Aplicação:– Exploração Espacial– Segurança (Homeland Security)– Ambiente

• Exemplos de projectos– Smart Dust

• http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust/

– Sensors Web • http://sensorwebs.jpl.nasa.gov/


Smart Sensor Web

Sap Flow Sensor Array

MinirhizotronArray

Multiparameter Soil Probes

‘Smart Dust’ tagged Insects Automated E-tongue

Sensor Clustered MEMS Insects

RF Telemetry Macro-organisms

Micro-weather Stations

E-nose

Retirado de http://www.lternet.edu/technology/sensors/index.html


Sistemas de Sensores em Monitorização Ambiental

Modelo PassadoModelo Passado = Sensores + registo manual de dados

Modelo PresenteModelo Presente = Sensores + data logger + modem

Modelo FuturoModelo Futuro = Redes de Sensores inteligentes (sensores+memória

local +processamento local + comunicação wireless)++

--

Nú

me

ro d

e s

en

so

res


Sistemas de Sensores em Monitorização Ambiental

Redes oficiaisP

reci

são

Densidade de Sensores

x

xx

xx

x

xx

x

x

xx

x

x

x

x

Redes de Sensores

x

x


Exemplos de Projectos

• Monitorização do Oceano Atlânticohttp://carocoops.org/carocoops_website/index.php– Monitorização de variaveis meteorológicas e

hidrológicas no mar– Interface dos sensores via GE– Informação em tempo real



• Mapas de trovoadas (http://blitzortung.org/)– Cidadãos equipados com detector de trovoadas e

ligação å Internet para fazer o mapa de trovoadas na Europa.



• Sensores que medem emoçõeshttp://www.biomapping.net/- Galvanic Skin Response - Mede as mudanças

conductividade da pele causadas pela transpiração

- GPS- Google Earth



• Sensor Web for Ecological Explorations in Terrestrial Systems (SWEETS) http://sev.lternet.edu/research/SWEETS/SWEETS%20Webpage.html– Testa a utilização de uma tecnologia de smart

sensors– Investiga fenómenos ambientais a uma escala

muito detalhada



• Real Time Rome– http://senseable.mit.edu/REALTIMEROME/

index.html– Dados de telemóveis, autocarros e taxis para

obter informação sobre a dinâmica urbana.


Sentidos das máquinas

• Sensores permitem expandir o alcance do sentidos humanos fornecendo dados quantitativos

• Sensores que emulam o sentidos:– Baseados em imagem (máquinas fotográficas, vídeo)– Microfones– Narizes e línguas electrónicas

e-tonguehttp://www.alpha-mos.com/proframe.htm http://www.estcal.com/Products.html

e-no

se



• Podem expandir as formas de interacção com as máquinas. As máquinas passam a ter sentidos.– Luz– Movimento– Força– Temperatura– Posição

• Váriáveis– Fisicas– Quimicas– Biométricas



• Interfaces baseadas em voz, imagem, tacto– Participação pública no Barreiro– Google Earth por voz e tacto

• http://www.edwardtse.com/• Interfaces tangiveis

– Tangitable– Senseable City (http://senseable.mit.edu/)

• Sandscape• Iluminating Clay

– Livro mágico• Outras

– Cheiros(Smell that holiday before you buy it)


Desenvolvimentos Futuros

• Desenvolvimentos tecnológicos nos sensores:– Maior eficiência energética– Sensores para variáveis biológicas– Mais adaptados às diversas condições ambientais

• Desenvolvimento de uma infra-estrutura de informação

• O futuro vai ter redes de sensores mas tem algumas questões:– Como tirar partido da quantidade de informação

recolhida?– Como disponibilizar a informação recolhida para os

diferentes tipos de utilizadores?– Como proteger a privacidade dos cidadãos?

Documents

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