Anemômetro ultrassônico unidimensional baseado em correlação cruzada
This work describes the development of one axis wind speed measurement equipment applying error theory techniques, as the cross correlation, and ultrasound sensors. It can be used in tubes, where fluid speed knowledge is needed, climate stations, airports, in the moment of applying pesticides and in...
| Autor principal: | Silva, Tiago Polizer da |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2017
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1929 |
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riut-1-19292017-01-06T05:01:29Z Anemômetro ultrassônico unidimensional baseado em correlação cruzada Unidimensional ultrasonic anemometer based in cross correlation Silva, Tiago Polizer da Castaldo, Fernando Cardoso http://lattes.cnpq.br/0087025993114267 Castaldo, Fernando Cardoso França, José Alexandre de Maia, Joaquim Miguel Ventos - Velocidade - Medição Teoria dos erros Ultrassom Detectores Processamento de sinais Arranjos de lógica programável em campo Métodos de simulação Engenharia elétrica Winds - Speed - Measurement Error analysis (Mathematics) Ultrasonics Detectors Signal processing Field programmable gate arrays Simulation methods Electric engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA This work describes the development of one axis wind speed measurement equipment applying error theory techniques, as the cross correlation, and ultrasound sensors. It can be used in tubes, where fluid speed knowledge is needed, climate stations, airports, in the moment of applying pesticides and in wind farms, where wind speed knowledge is necessary. The built prototype is a connected set of a de0-nano development board, a signal acquisition printed circuit board and two pairs of ultrasound sensors. The PCB also has circuits for ultrasound sensors exciting and PC communications to store the sampled signals. The error theory was discussed and the prototype's results were developed using probabilistic methods needed to verify the uncertainty. Inside de0-nano board FPGA chip, a system based in NIOS processor was developed and built through QSYS tool. There are some blocks described in VHDL for PCB interfacing. A small wind tunnel was built and a hand anemometer was acquired to validate the proposed system. Simulations were done in Microsoft Excel 2007 to compare the cross correlation given by the prototype and the theory. It is common DSPs and microprocessors inside this type of equipments to measure wind speed, but a system developed with a FPGA increases the processing speed due to parallelism. Blocks described in VHDL can be easily replicated inside the FPGA and there is a large collection of libraries, extensive literature and code examples for NIOS. Thereby there are small system/prototype developing times and there is an easy development of a System on Chip (SOC) of FPGA based systems, reducing the costs for a future commercial product. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um medidor de velocidade de vento aplicando técnicas da teoria de erros, como a correlação cruzada, bem como sensores de ultrassom. Ele pode ser utilizado em encanamentos, onde se busca obter a velocidade de fluídos, em estações climáticas, em aeroportos, no momento de se aplicar pesticidas assim como em fazendas eólicas, onde o conhecimento da velocidade do vento é necessário, dentre outras aplicações. O sistema desenvolvido é composto pela placa de desenvolvimento de0-nano, uma placa de circuito impresso (PCB) para aquisição de sinais e dois pares de sensores de ultrassom. A PCB também possui circuitos para excitação dos sensores de ultrassom bem como comunicação com o PC para armazenamento dos sinais amostrados. A teoria de erros foi discutida e os resultados do protótipo foram analisados utilizando métodos probabilísticos necessários para verificar a incerteza. Dentro da FPGA da placa de0-nano foi desenvolvido um sistema baseado no processador NIOS, o qual foi construído através da ferramenta QSYS. Além disso, blocos em VHDL foram desenvolvidos para interfaceamento do sistema com o PC. Um pequeno túnel de vento foi construído e um anemômetro de mão foi adquirido para validar o protótipo. Simulações foram realizadas no Microsoft Excel 2007 para comparar a correlação cruzada dada pelo protótipo e a teoria. É comum que DSPs e Microprocessadores estejam dentro de medidores de velocidade do vento, no entanto um sistema desenvolvido com FPGA aumenta a velocidade de processamento devido ao paralelismo. Blocos descritos em VHDL podem ser facilmente replicados dentro da FPGA e existe uma grande coleção de bibliotecas, literatura extensiva e exemplos de código para o NIOS. Com isso há um menor tempo de desenvolvimento de um protótipo/sistema e há facilidade de desenvolver um System on Chip (SoC) de sistemas baseados em FPGA, reduzindo os custos de um futuro produto comercial. 2017-01-05T14:48:36Z 2017-01-05T14:48:36Z 2016-05-05 masterThesis SILVA, Tiago Polizer da. Anemômetro ultrassônico unidimensional baseado em correlação cruzada. 2016. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1929 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Ventos - Velocidade - Medição Teoria dos erros Ultrassom Detectores Processamento de sinais Arranjos de lógica programável em campo Métodos de simulação Engenharia elétrica Winds - Speed - Measurement Error analysis (Mathematics) Ultrasonics Detectors Signal processing Field programmable gate arrays Simulation methods Electric engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Silva, Tiago Polizer da Anemômetro ultrassônico unidimensional baseado em correlação cruzada |
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This work describes the development of one axis wind speed measurement equipment applying error theory techniques, as the cross correlation, and ultrasound sensors. It can be used in tubes, where fluid speed knowledge is needed, climate stations, airports, in the moment of applying pesticides and in wind farms, where wind speed knowledge is necessary. The built prototype is a connected set of a de0-nano development board, a signal acquisition printed circuit board and two pairs of ultrasound sensors. The PCB also has circuits for ultrasound sensors exciting and PC communications to store the sampled signals. The error theory was discussed and the prototype's results were developed using probabilistic methods needed to verify the uncertainty. Inside de0-nano board FPGA chip, a system based in NIOS processor was developed and built through QSYS tool. There are some blocks described in VHDL for PCB interfacing. A small wind tunnel was built and a hand anemometer was acquired to validate the proposed system. Simulations were done in Microsoft Excel 2007 to compare the cross correlation given by the prototype and the theory. It is common DSPs and microprocessors inside this type of equipments to measure wind speed, but a system developed with a FPGA increases the processing speed due to parallelism. Blocks described in VHDL can be easily replicated inside the FPGA and there is a large collection of libraries, extensive literature and code examples for NIOS. Thereby there are small system/prototype developing times and there is an easy development of a System on Chip (SOC) of FPGA based systems, reducing the costs for a future commercial product. |
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2017 |
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SILVA, Tiago Polizer da. Anemômetro ultrassônico unidimensional baseado em correlação cruzada. 2016. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. |
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