sensores: a nova vaga na aquisição de dados em ambiente cristina gouveia
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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.
3 Aula sobre Sensores
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/
4 Aula sobre Sensores
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)
5 Aula sobre Sensores
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.
6 Aula sobre Sensores
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)
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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”
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• 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
9 Aula sobre Sensores
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
10 Aula sobre Sensores
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)
11 Aula sobre Sensores
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
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Tecnologias de Sensores para ambiente
• 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
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Tecnologias de Sensores para ambiente
• Sensores de posicionamento– Outdoors (GPS)– Indoors (RFID, Infravermelhos)
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Tecnologias de Sensores para ambiente
• Links:– Tecnologias de sensores para monitorização
ecológica• http://www.lternet.edu/technology/sensors/
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Evolução Tecnológica dos Sensores
• Evoluções tecnológicas–MEMS (micro-electro-mechanical systems)–Nano-tecnologia
Dados
Informação
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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/
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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
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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)++
--
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Sistemas de Sensores em Monitorização Ambiental
Redes oficiaisP
reci
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Densidade de Sensores
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xx
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Redes de Sensores
x
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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
21 Aula sobre Sensores
Exemplos de Projectos
• Mapas de trovoadas (http://blitzortung.org/)– Cidadãos equipados com detector de trovoadas e
ligação å Internet para fazer o mapa de trovoadas na Europa.
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Exemplos de Projectos
• Sensores que medem emoçõeshttp://www.biomapping.net/- Galvanic Skin Response - Mede as mudanças
conductividade da pele causadas pela transpiração
- GPS- Google Earth
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Exemplos de Projectos
• 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
24 Aula sobre Sensores
Exemplos de Projectos
• Real Time Rome– http://senseable.mit.edu/REALTIMEROME/
index.html– Dados de telemóveis, autocarros e taxis para
obter informação sobre a dinâmica urbana.
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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
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Sentidos das máquinas
• Podem expandir as formas de interacção com as máquinas. As máquinas passam a ter sentidos.– Luz– Movimento– Força– Temperatura– Posição
• Váriáveis– Fisicas– Quimicas– Biométricas
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Sentidos das máquinas
• 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)
28 Aula sobre Sensores
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?