INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC
CURSO DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
LETICIA APARECIDA COELHO
EXPERIÊNCIA DE MOBILIDADE ESTUDANTIL
VISIR+
SÃO JOSÉ, 2017
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Comparativo entre Simulações e Medidas em Laboratórios Remotos na Engenharia Elétrica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Circuitos Elétricos
Este documento discute o desenvolvimento de novos métodos de estudo e o apoio a métodos existentes através de laboratórios remotos. Ele aborda a eficiência do ensino e aprendizagem com base em experimentos realizados em laboratórios virtuais e reais. Resultados obtidos através do visir, um sistema de laboratório remoto desenvolvido no instituto politécnico do porto. O artigo compara as diferenças entre medidas obtidas em laboratórios virtuais e reais, enfatizando a importância de se entender as limitações de instrumentos de medida e circuito em condições reais. Além disso, o documento apresenta experimentos simples para demonstrar a importância de laboratórios remotos na melhoria da experiência de análise de comportamento de circuitos elétricos.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2022
1 / 58
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CURSO DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
LETICIA APARECIDA COELHO
EXPERIÊNCIA DE MOBILIDADE ESTUDANTIL
VISIR+
SÃO JOSÉ, 2017
LETICIA APARECIDA COELHO
EXPERIÊNCIA DE MOBILIDADE ESTUDANTIL
VISIR+
Relatório técnico apresentado como requisito para aprovação no Programa Propicie, Edital 01/2016. Prof. Arliones Hoeller SÃO JOSÉ, 2017
SUMÁRIO
- 1 INTRODUÇÃO.....................………………….....................................................
- DESENVOLVIMENTO.......................................................………..................... - 2.1 Descrição do Hardware................................................................……. - 2.1.1 Plataforma PXI................................……................................. - 2.1.2 Matriz de Comutação de Relés....................................…....... - 2.2 Component List....................................……………............................... - 2.2.1 Atualizando a component list........................................…....... - 2.3 Max lists.............................................……………………...................... - 2.3.1 Atualizando a Max list............................................................. - 2.4 Descrição do Software e Ciclo de Operação..........................……....… - 2.4.1 Instalação.............................…………..................................... - 2.4.2 LabVIEW...............................………….................................... - 2.4.3 NI Drivers de Dispositivo.........................................…............ - 2.4.4 Verificação dos módulos de instrumentos e da matriz........... - 2.4.5 Interface Web.......................................……........................... - 2.4.6 Experiment Client................................................................... - 2.4.7 Measurement Server.............................................................. - 2.4.8 Equipment Server...................................................................
- 3 OBJETIVO GERAL........…………….................................................................. - 3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................ - 3.2 METODOLOGIA.........................................................................……... - 3.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS................................................ - 3.4 RESULTADOS.....................................................................................
- 4 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES…........................................................
- APÊNDICE A – Correção de erros...............................................…….......
- APÊNDICE B – Versões instaladas............................................................
- APÊNDICE C – Diretórios e arquivos importantes..................................
- ANEXO A – Título do anexo.......................................................................
- ANEXO B – Título do anexo.......................................................................
- REFERÊNCIAS.............................................................................................
1 INTRODUÇÃO
O Departamento de Processamento de Sinal (ASB) do Instituto de Tecnologia de Bleking (BTH) na Suécia unido com a National Instruments nos Estados Unidos (USA) - como fornecedora de instrumentos - e a Axiom EduTECH na Suécia - como fornecedor de educação, software técnico e serviços de engenharia para o ruído e análise de vibração - lançaram o Projeto Sistema Virtual de Instrumentação em realidade (VISIR) no final de 2006. Este é um projeto de código aberto de um laboratório remoto, apoiado financeiramente pelo BTH e da Agência Sueca Governamental para Sistemas de Inovação (Vinnova). Em dezembro de 2010, o departamento de Engenharia Elétrica, Eletrônica e de Controle da Universidade Espanhola de Educação a Distância (UNED), com o propósito de melhorar as aulas práticas das grades de engenharia, instalou o VISIR (Virtual Instrument Systems in Reality) com a ajuda e orientação do fundador do projeto Ingvar Gustavsson, juntamente com os dois engenheiros, Johan Zackrisson e Kristian Nilsson, do Instituto de Tecnologia de Blekinge (BTH)[1]. Mais tarde o laboratório foi instalado também no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) com propósito de expandir a rede de laboratórios e buscando criar a comunidade VISIR. O VISIR é um laboratório remoto voltado a estudantes de graduação para estudos práticos de circuitos elétricos e eletrônicos. Permite ao estudante entender a ligação entre um circuito real e um remoto obtendo resultados em seu computador. A comunidade objetiva trabalhar no desenvolvimento e integração de outras tecnologias de aprendizagem e áreas de pesquisa pendentes em que as universidades estão atualmente realizando para melhorar e enriquecer a educação a distância. Um de seus objetivos principais é trazer resultados satisfatórios em relação à prática, bem como as áreas de pesquisa voltadas ao aprimoramento do nível de qualidade da educação a distância. Este relatório demonstra a descrição do trabalho efetuado durante mobilidade estudantil na cidade de Porto em Portugal no ISEP que teve como objetivo principal estudar e efetuar um manual de instalação do VISIR, baseado nas instalações de módulos antigos realizadas no ISEP e na UNED, escrever um artigo que demonstra
2.1.1 Plataforma PXI
A plataforma PXI é formada por módulos de instrumentos, uma placa de controle e um chassi onde tudo é montado. Todos os componentes da plataforma são fabricados pela National Instruments (NI)[3].
2.1.2 Matriz de Comutação de Relés
É uma pilha de placas de tamanho PCI/1043, produzida e comercializada pela empresa OpenLabs, atuando como um 'robô' que monta circuitos, ou seja, uma placa de comutação de relés. Foi projetado para experimentos com circuitos elétricos e eletrônicos em baixa frequência analógica e consiste em um conjunto de placas de instrumentos e de componentes. Cada placa de instrumento (Multímetro Digital, Osciloscópio, Fonte de Alimentação e Gerador de Função) corresponde ao seu dispositivo NI PXI no NI PXI-Chassis e é conectado usando cabo coaxial ou cabos de extensão, conforme a Figura 2. Figura 2. Matriz de comutação de relés [4] A matriz de comutação de relés pode suportar até 16 placas de componentes, de maneira que cada placa de componentes compreende 10 soquetes para
componentes de dois pólos (cada soquete é conectado a um relé double-pole single- throw DPST) e dois 20-pinos para circuitos integrados (CI) que forma o soquete para conexão de circuitos integrados. Então, a matriz de comutação de relés pode conter no máximo 16x10 relés[1]. Figura 3. Placa de componentes [4] A complexidade da matriz depende do número de nós que ela tem e.g. uma matriz com N nós podemos obter N.(N-1)/2 ramos. Entretanto, a matriz utilizada atualmente tem 10 nós (A-I, 0) é suficiente para práticas de cursos de graduação em engenharia. A Figura 4 mostra o número de ramos (10) que poderia ser obtido de um circuito de 5 nós. Figura 4. Um gráfico com 5 nós e 10 ramos [1]
Figura 6. Conexão interna da fonte de 6V usando relés de pólos simples[4] A Figura 8 mostra quão simples uma component list pode parecer. Figura 7. Component list[1]
2.2.1 Atualizando a component list
Ao instalar um novo VISIR ou ao inserir novos componentes para a experimentações a component list deve ser criada ou atualizada. Para associar uma nova component list deve-se criar o novo arquivo com nome “components.list” e substituí-lo no diretório “C:\visir\equipmentserver\trunk”
2.3 Max lists
Para a utilização do VISIR é necessário que os componentes estejam ligados a matriz de comutação, esta ligação é descrita por um padrão que demonstra cada nó da matriz. Assim sendo, para cada componente há uma Maxlist específica a qual descreve a sua ligação.[1] As max lists são listas que descrevem toda a segurança dos circuitos que podem ser criados prevenindo que circuitos perigosos sejam ativos. Cada max list indica o número das fontes e componentes, também descreve como eles podem ser conectados aos outros componentes e fontes listados e se apropriado os relés são comutados, o formato da max list é:
2.3.1 Atualizando a Max list
Para inserir um nova max list deve-se atualizar o arquivo “Nome_Nova_MaxList.max” conforme indicações do manual de instalação e inserir o arquivo no diretório “C:/visir/measureserver/conf/maxlist”.
componentes são distribuídos na placa de componentes conforme foram indicados na Component list e Max list. A matriz é conectada com uma alimentação externa (12 V) e controlada através do cabo USB. Os softwares instalados necessitam de configuração, após finaliza-se as manipulações de banco de dados e de acesso web ao experiment client para utilização do laboratório virtualmente.
2.4.2 LabVIEW
Os primeiros passos da instalação têm como objetivo a instalação dos drivers dos módulos e a verificação completa do funcionamento do hardware culminando na execução das configurações no equipment server que como apresentado é um dos pilares desta instalação. O software LabView é ferramenta principal para a verificação da correta configuração das placas do PXI, sendo possível utilizar suas ferramentas e autenticar o funcionamento dos componentes de hardware.
2.4.3 NI Drivers de Dispositivo
Todo os NI PXI-Instruments (Multímetro Digital, Osciloscópio, Fonte de Tensão CC e Gerador de Função) montados em um chassis PXI e descritos em um software equipment server devem ser definidos na plataforma LabVIEW. Para o funcionamento dos instrumentos é necessário instalar drivers específicos em versões corresponsdentes. Os drivers necessários para o funcionamento são PXI-1033 (Chassis PXI), PXI-4110 (DC Power), PXI- (gerador de função), PXI-5114 (Osciloscópio), PXI-4072 (Multimetro) e NI-DAQMx, NI 488.2, NI-VISA que estão relacionados a validação do hardware. [3]
2.4.4 Verificação dos módulos de instrumentos e da matriz
Com o LabVIEW e todos os drivers já instalados, se faz necessário o teste dos instrumentos e da matriz. As verificações da PXI no que diz respeito a instrumentos consistem nos testes padrão indicados no manual de instalação do VISIR. Já na matriz, deve se utilizar um arquivo teste no LabVIEW ao qual é possível controlar a matriz e verificar se todos os relés e instrumentos estão operando de acordo com o esperado.
Figura 9. Uma visão geral sobre o funcionamento do VISIR Funcionalidade do software e do código fonte são executadas de acordo com o início do mecanismo do processo com o login do cliente até o recebimento dos resultados na tela do cliente.[1]
2.4.5 Interface Web
Esta é a página Web do VISIR através da qual usuários podem acessar a experiência de cliente, escrita em HTML5 com PHP e MySQL instalado em um webserver atribuído ao VISIR. Trabalha com todos os clientes logados e com os procedimentos de autenticação do protocolo HTTP. Quando um cliente inicia a utilização, é gerada uma sessão experimental de cookie com as características do cliente (estudante, professor, prioridade, endereço IP, etc.) e armazena no banco de dados para ser reconhecido pelo measurement server e ter o propósito de autenticação, como apresentado na Figura 10.
Figura 11. Cliente seleciona os módulos disponíveis[4] Depois de escolhido os módulos de sua preferência, o cliente começa a ligação do circuito com o mouse utilizando os componentes disponíveis desta seção, e ainda pode ajustar seus instrumentos como se estivesse dentro de um laboratório real. [1] Figura 12. Bancada virtual do VISIR [4]
Quando o cliente clica no botão de componentes como é apresentado na Figura 13, um menu com todos os componentes disponíveis é apresentado. Este menu deve ser configurado e modificado através do arquivo “library.xml” que está localizado junto ao arquivo “breadboard.swf”, no pacote experiment client com código fonte da página web. Figura 13. Menu com a lista de componentes [4] Quando o cliente prepara seu circuito e clica no botão (Realizar Medição) , o computador cliente (experimento do cliente) começa a chamada ao “measurement server ” através do protocolo de experimento. O protocolo de experimento transmite todos os ajustes e configurações dos instrumentos e o circuito projetado através de uma mensagem XML. Web services enviam mensagens baseadas em XML que são transmitidas por protocolos de internet como o SOAP para ser enviado ao “measurement server”. O protocolo baseado em XML descreve quais configurações e funções cada tipo de instrumento pode realizar, independente da indústria que fabricou o hardware, isso porque, é possível selecionar um instrumento para o painel do cliente independente do fabricante, o que permite criar outros módulos que ainda não estão na atual versão e disponibilizar aos usuários.[1]
Figura 15. Equipment server executando O equipment server recebe um protocolo de experiências sequenciais validado a partir do servidor de medições em sessões separadas de TCP sobre TCP/IP, sendo executado através dos instrumentos conectados. Após isso, os resultados retornam para a tela do cliente na mesma sequência. Assim, pode-se verificar o processo como um todo, o que é apresentado na Figura 16. Figura 16. Visão geral do processo de operação do VISIR
3 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral da mobilidade estudantil relacionou-se ao intercâmbio técnico e cultural com o propósito de reconhecer diferentes processos e procedimentos em pról de novas habilidades de comunicação e compreensão de diferentes realidades e culturas que farão total diferença na formação pessoal e técnica. O intercâmbio cultural teve como proposta entrar em contato com pessoas de todo o mundo, trocar experiências e praticar línguas como inglês, espanhol, italiano e francês. Técnicamente estudar o VISIR, documentar e divulgar informações claras sobre o projeto para a expansão da comunidade internacional que possui o propósito principal de melhorar as aulas práticas das grades de engenharia, instalando novos laboratórios remotos em todo o mundo.
3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
O objetivo com o intercâmbio técnico foi estudar os softwares relacionados ao VISIR e documentar sua instalação com o propósito principal de expandir a comunidade internacional, realizando experimentos para demonstrar a eficiência e importância do laboratorio no aprendizado de circuitos elétricos e eletrônicos. Para efetuar a melhoria nos processos de instalação de novos laboratórios desenvolveu-se um manual de instalação e testes com o laboratório e com um simulador para o propósito de escrever artigos técnicos e expandir a documentação sobre o projeto.
3.2 METODOLOGIA
A metodologia consistiu em realizar ordenadamente as ações junto a universidade, pesquisa e leitura de materiais relacionados ao projeto, instalação do VISIR, desenvolvimento do manual de instalação e desenvolvimento de artigos científicos. A tecnica adotada na pesquisa consistiu na utilização da metodologia de engenharia reversa para reconhecimento de arquivos e diretórios utilizados para efetuar a instalação do VISIR+. Durante a execução do projeto surgiu a necessidade de estudos específicos