Dispositivo remoto para monitorização de VOCs

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Dispositivo remoto para monitorização de VOCs

Dissertação realizada no âmbito doMestrado 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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ConteúdosIntroduçãoObjectivosDescrição do sistemaSensores de VOCsProtocolos de comunicação sem fiosEspecificação da arquitecturaFirmware do coordenadorFirmware do dispositivo portátilSoftware para o computadorTestes e resultadosConclusões 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

funcionamento

AS-MLV AppliedSensor 40mW 2.7V -40º a 120ºCGSBT11 Ogam

Technology420mW <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

Baixo28 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 computadorJanela principal:


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Software para o computadorJanela 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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Sensor TGS2620:


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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 faseGráfico 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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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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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


≈2h.20min

Idle (em espera) ≈9h.22minFunção activa Duração da bateria


≈2d.16h


≈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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