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Tese Final 2.0 - Estudo Geral

1. Massa Aplicada gramas Valor ADC Valor ADC Offset Valor mV Intervalo de massa gramas Intervalo mV Sensibilidade mV g 0 130 0 0 00 21 8 38 67 1 77 21 8 133 3 38 67 91 1 141 80 1 56 112 9 144 14 180 47 42 3 116 02 2 74 155 2 153 23 296 48 90 4 167 58 1 85 245 6 166 36 464 06 54 9 103 13 1 88 300 5 174 44 567 19 78 4 154 69 1 97 378 9 186 56 721 88 378 9 Sensibilidade Media 2 02 0 13 wn o 2 E E D on O gt Massa aplicada em gramas Gr fico 2 Resultados da calibra o est tica do FSS Low Profile Force Sensors a operar a 5V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC A sensibilidade registada nesta calibra o foi de 0 126 mV g o que vai de encontro s especifica es do sensor FSS 0 12 mV g t picos podendo esse valor variar entre 0 1 e 0 14 e tamb m de encontro calibra o apresentada no subcap tulo O Sensor onde o valor calculado para esta propriedade foi de 0 124 mV g A varia o do sinal de tens o com a carga aplicada tamb m se apresenta com uma linearidade elevada o que vis vel pelo elevado factor de correla o linear 0 9979 A n o linearidade calculada de 0 95 FSS valor que tamb m est dentro dos valores descritos na data sheet do sensor como tendo uma n o linearidade de 1 5 FSS Prova se assim que o sistema de aquisi o desenvolvido n o interfere com relev ncia 78 nas principais propriedades do se
2. gd SEBEL ES Af eR IEEE p E i 2 AVAA Global Resources coco vax Start Page coco chip 4 gt x Workspace Explorer mx CPU Clock 3 MHz SysCik 8 all 7 oy o 7 60007 GOE q ig Workspace coco 1 project amp 32K_Select Intemal LEE fa EM coco CY8C27443 24PX PLL_Mode Disable ues Ros ti coco Chip Sleep_Timer 512_Hz Bco EE coco Pinout VC1 SysCk N 1 a poe pe p a coco VC2 VC1 N 1 E VC3 Source SysCk 1 VC3 Divider 1 SysCk Source intemal 24_MHz ESA ro SysCk 2 Disable No EE a Analog Power SC On Ref Low 5 Ref Mux Vdd 2 BandGap G ti AGndBypass Disable _ a Op Amp Bias Low kaji Ber A Buf Power Low hd par gt gt CPU Clock Selects the CPU clock speed from 93 75 KHz to 24 MHz Derived from the SysClk This setting affects the Power on q a ROOL RE TT Ro H User Modules E us d User Modules 0 ADCs 7 a a Amplifiers c Analog Comm ins ae B Counters i wey S DACs m o sa 4 za ny 5 Digital Comm J T rap J EaD Rites 6 0 Misc Digital H 0 MUXs li p li A 6 3 Protocols i E PSOC GENERIC Pinout buzina vax ay PWMs POO Port 0 0 StdCPU High Z Analog E E E i Random Seq Port Port 0 1 StdCPU High Z Analos ia a pr DP teca RF PORI Port_0_2 StdCPU High Z Analog GL Temperature E POR Port_0_3 StdCPU High Z Analog Gl Timers PO 4 Port_0_4 StdCPU High Z Analog y cy POR Port 0 5 StdCPU High Z Analog y Outp
3. set Esql Checked on end end function Esq2 Callback Esq2 eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo M dio Esquerdo Esq Med Tempo opendata FileName PathName if isempty Esq Med Tempo set Esq2 Checked on 93 end rune end tune end Ob function popup Obj end tign set end tion set end jecto de Esq3 Callback FileName PathName FilterIndex Esq Anl Tempo if isemp Esq4 Callback FileName PathName FilterIndex Esq Min Tempo if isemp Esq3 eventdata uigetfile csv Selecione os dados do dedo Anelar Esquerdo opendata FileName PathName ty Esq Anl Tempo Esq3 Checked on Esq4 eventdata Esq4 Checked uigetfile csv Selecione os dados do dedo M nimo Esquerdo opendata FileName PathName ty Esq Min Tempo on Estudo pop up Callback Est Callback Objpopup eventdata val get Objpop str get Objpopup up switch str val Strang q value Dta_Ind_Tempo removezeros actual selected data case Mao Dta Dedo Indicador axes graficol Avaliar Dta Ind Tempo actual selected data actual zerofr plot actual selected data case case case case case Mao Dta axes graficol Avaliar Dedo Medio D
4. 28 30 Vamos agora observar mais minuciosamente a estrutura do PSoC Como ja foi introduzido o PSoC consiste essencialmente num conjunto de sistemas anal gicos e digitais independentes com interconex es program veis sistemas estes que s o constitu dos respectivamente por blocos de circuitos anal gicos e por blocos de l gica digital de configura o program vel Os blocos anal gicos e digitais assim como as suas liga es s o acondicionados no mesmo chip juntamente com um microprocessador e os seus perif ricos microcontrolador M8C somando lhes ainda alguns recursos adicionais Forma se deste modo uma unidade de processamento de sinal de pequena dimens o e elevada versatilidade Este tipo de arquitectura permite ao utilizador final obter um sistema personalizado que v de encontro s suas necessidades Pon7 Pone Pons t Analog O diagrama de blocos da sees COLA A 8 Et GlobalDigitalinterconnect 1 lobalAnaloginterconnect fam lia dos microcontroladores PSoC CORE SupervisoryROM SROM FlashNonvolatileMemory PSoC retirado do Technical cPucore msc Sirana Controller Watchdog Reference Manual encontra se na 24 MHz Internal Main InternalLowSpeed PhaseLocke
5. amp popup ObjEst Callback parent panell style popupmenu string Mao Dta Dedo Indicador Mao Dta Dedo Medio Mao Dta Dedo Anelar Mao Dta Dedo Minimo Mao Esq Dedo Indicador Mao Esq Dedo Medio Mao Esq Dedo Anelar Mao Esq Dedo Minimo Mao Dta todos os Dedos Mao Esq todos os Dedos Duas maos todos os Dedos position 60 35 200 20 fFontsa ze 8 uimenu parent background label Carregar Dados separator on Dtal uimenu menu label Carregar dados do dedo Indicador Direito callback Dtal_Callback menu 91 Dta2 uimenu menu label Carregar dados do dedo M dio Direito separator off callback Dta2 Callback Dta3 uimenu menu label Carregar dados do dedo Anelar Direito separator off callback Dta3 Callback Dta4 uimenu menu label Carregar dados do dedo Minimo Direito separator off callback Dta4 Callback Esql uimenu menu label Carregar dados do dedo Indicador Esquerdo separator off callback Esql Callback sq2 uimenu menu label Carregar dados do dedo M dio Esquerdo separator off callback Esq2 Callback sq3 uimenu menu label Carregar dados do dedo Anelar Esquerdo separator off callback Esq3 Callback Esq4 uimenu menu label Carregar dados do dedo Minimo Esquerdo separator off callback
6. o tratamento e comunica o de dados Os perif ricos inclu dos como a mem ria Flash e RAM portas blocos configur veis anal gicos e digitais comunicam com o microprocessador inclu do como sistemas separados embora estando todos convenientemente acondicionados num s chip no PSoC O PSoC apresenta se como uma solu o de pequena dimens o que atrav s do sistema de blocos configur veis implantado e das interconex es entre estes blocos permite obter um sistema bastante vers til e miniaturizado que inclua por exemplo amplificadores portas s rie geradores PWM temporizadores ADC DAC entre outros Por estas propriedades o PSoC afirma se como uma base ideal para o desenvolvimento do sistema de aquisi o tratamento e comunica o de dados requerido para este projecto Este chip permite condicionar o sinal anal gico proveniente do sensor de for a transform lo num sinal digital e como iremos ver de seguida permite implementar o protocolo de comunica o Wireless CyFi Tudo num s chip formando um sistema pequeno leve e com baixo consumo O Sistema de Comunica o Wireless Escolhido 29 A Cypress desenvolveu uma solu o para criar redes Wireless designada por Cypress CyFi Low Power RF que pr tica e de simples implementa o em conjunto com o PSoC Esta solu o wireless actua na banda ISM de 24 GHz criando uma rede 30 sem fios com uma topologia em estrela combinando apenas o PSoC
7. Departamento de Fisica Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade de Coimbra Instrumentacao para Estudo da Pressao dos Dedos no Teclado do Computador e Relacao com Patologias Associadas ao Acto de Dactilografar Jodo Pedro Almeida Meneses Professores Orientadores Doutor Ant nio Miguel Lino Santos Morgado e Doutora Paula Cristina Vaz Bernardo Tavares Mestrado Integrado em Engenharia Biom dica Setembro de 2009 Apenas desistir que fay de n s fracos Eu pr prio Agradecimentos Aos meus orientadores Professor Miguel Morgado e Professora Paula Tavares cuja disponibilidade dedica o e apoio ao longo deste projecto foram fundamentais para a conclus o deste Ao GEI por acolher este projecto pela ced ncia do espa o e de diverso material indispens vel ao desenvolvimento deste projecto Ao Professor Jorge Landeck pela ideia de se utilizar o PSoC neste projecto Ao pessoal do Servi o de Apoio a Cliente da Cypress nomeadamente aos engenheiros de aplica o Snehal Acharekar e Abhijeet pelo esclarecimento de d vidas no desenvolvimento do projecto em PSoC A todos os amigos que fiz durante esta jornada de 5 anos com quem partilhei in meros momentos para os quais n o h palavras que expressem a enorme gratid o que lhes tenho Ao pessoal de Porto de M s em especial aos amigos que permanecem presentes na minha vida A toda a minha fam lia em especial aos meus pais cujo esfo
8. o da frequ ncia de oscila o de uma onda quadr tica A altera o de frequ ncia da onda reflecte por sua vez a varia o do valor da capacidade Este um m todo que utiliza um gerador de ondas quadr ticas e traduz se num modo eficaz de converter uma altera o do valor da capacidade num sinal Outro equipamento encontrado na literatura 18 utiliza uma luva mais espessa e strain gauges de resist ncia el ctrica enquanto elementos sensores de for a apresentando uma resolu o de 0 38N Um estudo brasileiro 19 tenta uma abordagem algo diferente para estudar a for a aplicada ao teclar utilizando uma c lula de carga na base de uma tecla vulgar e pedindo aos sujeitos para teclar uma sequ ncia alfanum rica que repetidamente recorra tecla sens vel for a Este estudo pode incorrer em alguns erros ao alterar a for a necess ria para activar a tecla sens vel Este facto faz com que o sujeito se veja obrigado a executar uma for a imposta pela constru o da pr pria tecla ao inv s do esfor o natural que se pretende estudar demonstrado por 20 que o design das teclas influencia a for a aplicada pelo sujeito ao teclar Motiva o e Objectivos de uma Nova Instrumenta o Pretende se com este trabalho desenvolver uma luva com sensores de press o que permita registar a for a aplicada no acto de dactilografar Esta instrumenta o deve superar as limita es associadas s instrumenta es dispon veis no mercad
9. 4 Foram testados dois Nodos ambos configurados como ForceFingerTips em funcionamento simult neo com apenas um Hub para verificar se a instrumenta o desenvolvida tem viabilidade para adquirir das duas m os com a velocidade de 30 amostras por segundo por m o Calibra o Est tica Na calibra o est tica com massas de refer ncia foram obtidos dez pontos temperatura ambiente numa gama de O at 571 gramas O sensor est alimentado inicialmente a 5V e encontra se montado na instrumenta o j descrita O valor da resposta do sensor obtido recorrendo monitoriza o com o software SCD registada como sendo a resposta do sensor o valor m dio da sa da do ADC registado na SCD logo ap s a aplica o da carga e ap s a remo o do offset presente Para a calibra o com o sensor FSS a operar a 5V obteve se os resultados descritos na Tabela 7 e no Gr fico 2 Algumas propriedades da instrumenta o que foram utilizadas para o c lculo dos valores presentes na calibra o encontram se na Tabela 6 Tabela 6 Propriedades da instrumenta o Amplifica o do input Diferencial 16 Meia escala do ADC volts 1 65 N mero de bits de escala do ADC 128 Patamar do ADC volts bit 0 01289 Patamar do ADC mV bit 12 89 77 Tabela 7 Resultados da calibra o est tica do FSS Low Profile Force Sensors a operar a 5V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC
10. Esq4 Callback panel2 uipanel parent background visible on BackgroundColor 0 1 0 bordertype beveledout fontsize 10 FontWeight bold ForegroundColor 0 O 0 title Sinal Inicial Seleccionado TitlePosition centertop position 0 05 0 40 1 4 1 3 graficol axes parent panel2 ActivePositionProperty position ecolor 0 1 0 7 panel3 uipanel parent background visible on BackgroundColor 0 1 0 bordertype beveledout fontsize 10 FontWeight bold ForegroundColor 0 0 0O title Estatistica TitlePosition centertop position 0 05 0 05 0 40 0 30 tabelal uitable parent panel3 BackgroundColor 0 1 0 ColumnName cnamesl rowname rowl position 20 135 465 57 tabela2 uitable parent panel3 BackgroundColor 0 1 0 ColumnName cnames2 rowname row2 position 20 75 465 57 tabela3 uitable parent panel3 BackgroundColor 0 1 0 ColumnName cnames3 rowname row3 position 20 15 465 57 panel4 uipanel parent background visible on BackgroundColor 0 1 0 bordertype beveledout fontsize 10 FontWeight bold ForegroundColor 0 0 0 title Visualiza o Grafica TitlePosition centertop position 0 33 0 395 0 65 0 50 grafico2 axes parent panel4 ActivePositionProperty position colar 0 1 0 7 grupobutton uibuttongroup parent background Bac
11. Esses elementos perif ricos podem ser mem rias vol teis e n o vol teis de leitura escrita ou de armazenamento permanente de dados mem rias EEPROM osciladores fontes de rel gio cristais de sincroniza o ou outros e interfaces de entrada e sa da de dados UART I2C Em alguns casos j se incluem nos perif ricos conversores anal gico digital ADC e ou conversores digital anal gico DAC Os microprocessadores trabalham a frequ ncias de poucos MHz ou inferiores possuem baixo consumo o que adicionado capacidade de entrar em modo de espera Sleep 29 torna os dispositivos ideais para operar em sistemas port teis remotos S o alimentados usualmente a 3 3V ou 5V e t m uma dimens o reduzida sendo utilizados em instrumenta es de pequena dimens o Existem v rios produtores de microcontroladores desde os mais simples aos mais complexos AMCC Atmel Cypress MicroSystems Freescale Semiconductor Fujitsu Holtek Intel Microchip Technology entre outros Uma nova tecnologia no universo dos sistemas embutidos foi criada em 2000 pela Cypress Semiconductor Corporation uma tecnologia que integra num s chip conceitos provenientes de outros dispositivos digitais como microcontroladores DSPs e FPGAs A essa tecnologia a Cypress deu o nome de PSoC Programmable System on Chip Como o pr prio nome indica trata se de um microcontrolador que cont m tudo o que preciso para construir um sistema completo de aquisi
12. Routine to calibrate the ILO that is used as reference for the sleep timer and so by CYFISNP this routine calibrates the ILO with the IMO does not return any value void Calibrate ILO void Get number of ILO ticks in 1 mS as measured by IMO assuming TLO wake ILO sleep Timer8 1 WritePeriod 255 maximun value allowed for the period M8C_DisableGInt Timer8 1 Start for timerCount 0 timerCount 10 timerCount Delay ims CYFISNP 1 Delay100us Function created to generate the delays based on the IMO 88 timerCount Timer8 1 bReadTimer reads the actual value in Count register timerCount 255 timerCount reads how many periods are present in lms timer it should read 32 periods since the clock source is 32kHz Timer8 1 Stop M8C_EnableGInt sleepTicksPerSec timerCount lt lt i sleepTicksPerSec timerCount gt gt Decrease by 25 to estimate ILO CYFISNP 1 TimeSet amp oneSecTimer sleepTicksPerSec void Check Data Rx void Function to check and process the data received does not return any value void Check Data Rx void L CYFISNP 1 RxDataPend TRUE pRxApiPkt CYFISNP 1 RxDataGet CYFISNP 1 RxDataRelease void GetForceReport void Routine to obtain the Force value and to send it to the Hub does not return any value jf in a transmission packet Size E
13. Sinal Inicial Seleccionado o gr fico da varia o da for a no tempo sem qualquer tipo de tratamento do sinal de for a incluindo os tempos mortos e o offset As colunas do painel de estat stica permitem obter uma an lise estat stica do conjunto de dados seleccionados A selec o dos dados realizada duplamente uma parte diz respeito ao objecto de estudo como j vimos anteriormente e a outra parte diz respeito s op es dispon veis para tratar os dados do objecto de estudo seleccionado remover tempo morto remover offset etc op es de selec o que 73 constam no painel Tratamento E sobre este segundo conjunto de dados escolhidos que incide a an lise estat stica Foi criada uma fun o designada por estatistica que utiliza as ferramentas estat sticas do MATLAB e aplica as ao sinal seleccionado O tratamento estat stico dispon vel consiste em medidas de tend ncia central m dia mediana moda etc medidas de dispers o MAD desvio padr o vari ncia etc e medidas de forma da distribui o percentis Os ltimos dois pain is da aplica o dizem respeito ao tratamento dos dados e a sua visualiza o gr fica Para tratamento dos dados est o dispon veis as seguintes op es 1 2 3 4 5 6 7 Remover os tempos mortos e o offset opera o designada por OT Determinar o valor rms roote mean square do sinal de for a a cada 15 amostras fun o R
14. destes oito sinais embora cada placa FTRF s suporte dois sensores FSS ou seja 2 sinais de for a a aplica o est preparada para receber e processar a totalidade dos sinais de for a previstos nos objectivos A aplica o permite ao utilizador carregar os dados de for a de acordo com o dedo da m o que os originou Isto permite separar a origem dos dados e realizar mais tarde estudos tendo como base apenas um dedo espec fico de uma m o espec fica ou estudar apenas todos os dedos de uma m o Ap s a selec o da origem dos dados pelo utilizador a aplica o executa uma fun o destinada a abrir e transformar os dados do ficheiro CSV num vector de dados capaz de ser manipulado pelo MATLAB fun o opendata Os dados que constam no vector criado sa da da fun o opendata s o os valores da sa da do ADC multiplicados pela taxa de convers o 0 09934 N bit obtida para o sensor FSS alimentado a 3 3V Ap s os dados estarem carregados no MATLABS a interface apresenta um sinal de confere junto do nome da origem dos dados carregados ver Figura 38 Carregar Dados v Carregar dados do dedo Indicador Direito Carregar dados do dedo M dio Direito Carregar dados do dedo Anelar Direito Carregar dados do dedo M nimo Direito Carregar dados do dedo Indicador Esquerdo Carregar dados do dedo M dio Esquerdo Carregar dados do dedo Anelar Esquerdo Carregar dados do dedo M nimo Esquerdo Figura 38 Janela para escolh
15. o dos 4 dedos if isempty dedol isempty dedo2 isempty dedo3 isempty dedo4 h msgbox Estes dados n o constam total ou parcialmente na base de dados verifique se carregou todos os dados Falta de dados warn uiwait h end end function Avaliar8 dedol dedo2 dedo3 dedo4 dedo5 dedo6 dedo7 dedo8 Avaliar a existencia ded dados dos 8 dedos if isempty dedol isempty dedo2 isempty dedo3 isempty dedo4 isempty dedo5 isempty dedo6 isempty dedo7 Lsempty dedo8 h msgbox Estes dados n o constam total ou parcialmente na base de dados verifique se carregou todos os dados Falta de dados warn uiwait h end end function MCT stat MD stat Percentis estatistica current data Fun o que executa o tratamento estat stico dos dados provenientes do sensor de for a MCT stat geomean current data harmmean current data mean current data median current data mode current data trimmean current data 30 MD stat igr current data mad current data range current data std current data var current data Percentis prctile current data 2 5 25 50 75 97 5 ale end function maximosl5sp MAX15sp Finger data final maximos da for a aplicada analisa 15 samples 500ms e junta o max a uma lista de maximos maximosl5sp for n 1 length Finger data final 15 1 segmentos id 1 97 for ss n 15 n 15 15 if ss
16. s espa os para endere amento a ROM a RAM e os registos A ROM cont m a SROM e a mem ria Flash Esta ltima encontra se organizada em blocos de 64 bytes podendo alcan ar um total de 64 Kbytes de mem ria A ROM pode ser acedida a partir dos seus pr prios endere os ou atrav s do data bus O espa o de endere amento dos registos que s o utilizados para configurar os blocos program veis do PSoC encontra se dentro da mem ria RAM e consiste em dois bancos de 256 bytes cada A SROM por sua vez cont m todo o c digo necess rio para o iniciar PSoC configurar os circuitos e executar as opera es sobre a mem ria Flash As fun es disponibilizadas pela SROM s o chamadas pelo c digo armazenado na mem ria Flash ou pelo c digo criado pelos utilizadores programadores finais do dispositivo A SRAM acess vel atrav s do bus de endere os de 8 bits pelo que o M8C apenas pode aceder apenas a 256 bytes de SRAM Portanto para aumentar a SRAM dispon vel e preservar a linguagem assembly do M8C a mem ria SRAM foi paginada em p ginas de 256 bytes PSoC CORE SupervisoryROM FlashNonvolatile Figura 9 Esquem tico do n cleo do PSoC SROM Sleepand CPU Core M8C Watchdog Imagem retirada do Technical Reference Manual 30 MultipleClockSources 35 O Controlador de interrup es utilizado para alterar de modo f cil a execu o de um programa para um novo endere o As interrup es
17. span R PEN 210 rams Null Shit 25 C to 2 C 77 F to 356 205 my 25 C to 40 C 77 F do 104 205 my Saneitivity Shift 25 C to 50 C 77 F b 122 55 FS SERIES CIRCUIT 25 C to 0 C 77 F to 2 5 5 1 Circled numbers refer to Pasistanos 4 0K 5 0K 60K Ohms sensor terminals pins Output Resistanca 40K 50K 60K Ohms Pin 1 Supply Vs Overbios 4500 grams E Output kd n 3 Ground ol se direct contact terminais and a z E KV Pind O Voto Non compensatad force sensors excited by constant current 1 5 mA instead of 2 ren reece voltage exhibit partial temperature compensation of Span Maximum sup BFSL Best Fx Straight Line curent y voltage is not to exceed ENVIRONMENTAL SPECIFICATIONS de a ao supply Operati ra 40 C to 85 C 40 F b 185 Stor re 40 to 100 AF to 212 1 6 mA Power is applied across Pin 1 and Pin 3 Shok Quealificationtested b 150g SSS 3 The sensor output should _Vbration Qualification tested b Ob 2 kHz 20qsin be measured as a MCTFO 20 millon at 25 C FFFPF O differential voltage across Soklerabil 5 sec at 315 C 58 bad Pin 2 and Pin 4 Vo V2 Output ratiometri Within supply range Va The output is Note All force related specifications are established using dead weight or complant ratiometric to the supply force voltage Shifts in supply voltage will cause shifts in SENSOR PINOUT output Nether Pin 2 nor Pin 4 should be tied to
18. 001 13625 Rev C Young K Measurement and Compensation of the PSoC Internal Low Speed Oscillator AN14278 Document No 001 14278 Rev Horton 2006 Beginning C From Novice to Professional Fourth Edition 106 47 Kalechman M 2009 Practical MATLAB basics for engineers ISBN 978 1 4200 4774 5 48 Sadanandan A Copyright c 2008 csvimport function 49 Dalley l b 2007 rsplit function 107
19. DSK Dvorak Simplified Keyboard Estes dados apontam para uma velocidade de 12 5 teclas por segundo pelo que seguindo o teorema de Nyquist a frequ ncia de amostragem deve ser no m nimo o dobro desta registada ou seja no m nimo 25 S s amostras por segundo O ADC inclu do no sistema deve ter o melhor desempenho poss vel com a maior resolu o poss vel isto para permitir uma boa resolu o final no valor de for a adquirido Relembro que o sensor escolhido tem quando alimentado a 5V uma sensibilidade t pica de 0 12 mV g Portanto para se tirar proveito da totalidade da 27 gama de entrada do ADC poder ser necess rio amplificar previamente o sinal pelo que deve ser tido em conta o ganho nos sistemas de aquisi o para uma escolha adequada do ADC A instrumenta o a desenvolver deve ser capaz de monitorizar em tempo real a for a exercida pelo sujeito mas tamb m guardar esses dados para posterior an lise Os ensaios t picos para os quais esta instrumenta o est a ser projectada consistem em estudos cl nicos de 150 minutos de utiliza o definidos por 3 partes de 50 minutos onde o sujeito ir transcrever um texto predefinido com intervalos de 10 minutos entre as 3 partes A autonomia da instrumenta o nesse espa o de tempo deve ser um factor tomado em considera o SADs Estudados e a Solu o Encontrada 21 22 23 24 25 26 Realizou se uma pesquisa de mercado na tentativa de encontrar um Siste
20. Journal of Electromyography and Kinesiology 14 pp 25 31 S IJmker M A 2006 Should office workers spend fewer hours at their computer A systematic review of the literature Occup Environ Med 64 pp 211 222 Jason A Bower G J 2006 MRI evaluation of carpal tunnel dimensions in healthy wrists Implications for carpal tunnel syndrome Clinical Biomechanics 21 pp 816 825 Gerr F M M 2002 A prospective study of computer users Study design and incidence of musculoskeletal symptoms and disorders American Journal of Industrial Medicine 41 pp 221 235 Ali AYDENIZ S G 2008 Upper Extremity Musculoskeletal Disorders among Computer Users Turk J Med Sci 2008 pp 235 238 Peter J Keir R P 1999 Changes in geometry of the Finger Flexor tendons in the carpal tunnel with wrist posture and tendon load an MRI study on normal wrists Clinical Biomechanics 14 pp 635 645 David Rempel P J 1997 Effects of Static Fingertip Loading on Carpal Tunnel Pressure Journal of Orthopaedic Research 15 pp 422 426 David M Rempel P J Setembro de 2008 Effect of Wrist Posture on Carpal Tunnel Pressure while Typing J Orthop Res pp 1269 1273 103 13 14 15 16 17 18 19 20 Rempel D K P WRIST POSTURE INFLUENCES CARPAL TUNNEL PRESSURE DURING KEYBOARD USE PREMUS 2007 Rempel et al 1994 VDT related musculoskeletal symptoms Interactions between
21. MISO Row O Input O MOSI Row O Output 1 SClk Row O Output 3 IRQ Por Port 2 IRQ Pin Pot 26 nSS_Port Port_2 nSS_Pin Pot 27 First Channel 10 2 412 GHz Last Channel 58 2 460 GHz Figura 30 Par metros do CyFi SNP na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer O temporizador de 8 bits O m dulo para implementar um temporizador timer de 8 bits utiliza um bloco digital b sico e 70 bytes de Flash utilizado no projecto para a calibra o do ILO e desse modo calibrar a fonte de rel gio que regula a comunica o CyFi SNP o ILO sem este processo de calibra o possui uma precis o que pode variar de 50 a 100 no pior caso 45 Informa es sobre o funcionamento deste m dulo assim como as API e os registos associados encontram se na data sheet 44 O m todo aplicado para calibrar e compensar o ILO foi baseado na nota de aplica o NA14278 da Cypress 45 e no exemplo de projecto RF Expansion Card Ultra Low Power Temperature Sensor dispon vel com o kit CY3271 Este m todo de calibra o do ILO consiste em contar o n mero de impulsos gerados pelo sleep timer durante um per odo de tempo definido por um rel gio que tenha como base o IMO Este m todo permite comparar o n mero de impulsos que o sleep timer gerou durante esse per odo com o valor de impulsos 63 que deveria ter gerado procedendo se de seguida de modo a corrigir essa varia o As propriedades definidas no temporizador selecciona
22. Manual TRM Document No 001 14463 Rev A Jeffrey Stewart Cypress March 17 2004 In System Serial Programming ISSP Protocol Cypress Programmer Guide 3 06 Spec 001 51796 Rev A Cypress IDE Guide Document amp 001 42655 Rev Cypress PSoC FirstTouch Starter Kit with CyFi Low Power RF Spec 001 48286 Rev x Cypress Sense and Dashboard Control Guide Spec 001 47654 Rev Cypress MicroSystems 2002 2004 CY8C27443 Data Sheet Document No 38 12012 Rev l Cypress Semiconductor Corporation 2005 2008 ImageCraft C Compiler Guide Document 001 44476 Rev Cypress Semiconductor Corporation 2001 2008 4 to 1 Analog Multiplexer Data Sheet Copyright Ess D V April 14 2006 AN2367 Analog Differential Amplifier Document No 001 25559 Rev Cypress Semiconductor Corporation B Revised October 7 2008 Programmable Gain Amplifier Data Sheet Document Number 001 13575 Rev Seguine D AN2239 ADC Selection 2005 Revision A Cypress Semiconductor Corporation Cypress Semiconductor Corporation B Revised October 7 2008 Incremental ADC Data Sheet Document Number 001 13251 Rev Cypress Semiconductor Corporation Revised October 8 2008 CyFi Star Network Protocol Stack Data Sheet Document Number 001 44749 Rev Cypress Semiconductor Corporation Revised October 7 2008 8 Bit Timer Data Sheet Document Number
23. PSoC inclui a tecnologia wireless CyFi e tem baixos custos associados indo de encontro aos objectivos da instrumenta o a desenvolver Este kit CY3271 ver Figura 19 inclui ainda exemplos de projectos desenvolvidos para PSoC destacando se o exemplo RF Expansion Card Ultra Low Power Temperature Sensor que serviu como base de aprendizagem para o desenvolvimento deste projecto Uma das desvantagens deste kit consiste no facto dos dispositivos PSoC nele inclu dos estarem j embutidos numa placa PCB que visa a execu o de demonstra es espec ficas Isto significa que a maioria das portas dos PSoC dispon veis encontram se ligadas a dispositivos como t rmistores LEDs bot es sensores de luminosidade entre outros deixando poucas GPIOs livres para utilizar apenas cinco GPIO livres Mesmo assim apresenta se como sendo um kit capaz de suportar o desenvolvimento desta instrumenta o Figura 19 As cinco placas dispon veis no kit first touch CY3271 34 O kit CY3271 possui cinco placas Para o desenvolvimento deste projecto foram utilizadas apenas tr s dessas placas a saber A placa FTPC Figura 20a atrav s da qual se programam todos os PSoC do kit o que significa que pode actuar como ICE Possui tamb m uma interface I2C para USB para realizar a liga o ao PC atrav s de uma porta 48 USB Cont m dois PSoC um ao qual n o poss vel aceder que estabelece a comunica o com o PC e actua como
24. SS e txPktSz 5 O a a cer ES function an if CYFISNP 1 eProtState CYFISNP 1 DATA MODE Analog Multiplexing to Finger 1 AMUX4 1 InputSelect AMUX4 1 PORTO 5 AMUX4 2 InputSelect AMUX4 2 PORTO 4 ADCINC 1 GetSamples while ADCINC 1 fIsDataAvailable 0 waiting while the sample is being processed ADCForcel ADCINC 1 wClearFlagGetData cleans the data ready flag and gets the ADC result Analog Multiplexing to Finger 2 AMUX4 1 InputSelect AMUX4 1 PORTO 3 AMUX4 2 InputSelect AMUX4 2 PORTO 2 ADCINC 1 GetSamples _ while ADCINC 1 fIsDataAvailable 0 ADCForce2 ADCINC 1 wClearFlagGetData 89 else Code to calculate the Force in Newtons NewtonForcel ADCForcel NewtonForce2 ADCForce2 Load tx buffer payload bytes with forc transmitted txApiPkt length txPktSz Specify Tx length txApiPkt type pktType Payload int loadValuel amp NewtonForcel int loadValue2 amp NewtonForce2 txApiPkt payload txApiPkt payload 0 loadValue2 0 loadValuel 0 CYFISNP 1 TxDataPut amp txApiPkt CYFISNP 1 Jog valu to b 90 Anexo II O c digo da Aplica o Gr fica ForceGlv function ForceGlv ForceGlv uma interface que pretende adquirir oito sinais de for a em formato csv e trat los de modo a estabelecer rela es e oferecer tratamento estat stico destes oito
25. ToN ON ground or voltage supply PIN 2 r a E g A PINS w ot O vg f iO Q Hy j PIN4 vs e wo PIN Sd 2 Honeywell Sensing and Control 101 Force Sensors FSS Low Profile Force Sensors FS Series MOUNTING DIMENSIONS for reference only mnvin 381 4X 0 76 015 0 03 cae 4x 2546 0 10 da 6 10 0 24 9 14 0 36 ml Dall 0 22 a SI oO o 0 16 Eca 0 02 E 3 25 HOTT us ER 0 10 0 18 0 03 DESCRIPTION Listi Packing FSS1500NST Tube F551500NSB Bubble Pack FS51500NSR Tape and Red Honeywell Sensing and Control 3 102 Bibliografia e Webgrafia Capitulo 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Reuters 23 Junho de 2008 Computers In Use Pass 1 Billion Mark Gartner Says InformationWeek Miniwatts Marketing Group s d www internetworldstats com Obtido em 10 de Junho de 2009 Media release 6 de Dezembro de 2007 World Leading Research into Computer Released at International Conference Christchurch New Zealand Marcus M Gerr F Monteilh C Ortiz D Gentry E Cohen S Edwards A Ensor C Kleinbaum D 2002 A prospective study of computer users Il Postural Risk Factors for Musculoskeletal Symptoms and Disorders American Journal of Industrial Medicine 41 pp 236 249 Gerr F M M 2004 Epidemiology of musculoskeletal disorders among computer users lesson learned from the role of posture and keyboard use
26. d Figura 2 No diagrama da esquerda encontra se uma strain gauge do tipo resist ncia el ctrica em forma de chapa No diagrama da direita encontram se strain gauges do mesmo tipo dispostas de forma a poder obter informa es angulares a b c d Estes arranjos de strain gauges designam se rosettes Imagens retiradas de 1 A sensibilidade das strain gauges do tipo resist ncia el ctrica dada pelo Gauge Factor GF um valor adimensional que expressa a raz o entre a varia o relativa da propriedade mensur vel resist ncia el ctrica com a varia o relativa da dimens o do sensor strain Quanto maior for o GF maior a sensibilidade do sensor A express o do GF encontra se em baixo 17 AR AR RE a nO e L O valor t pico GF para uma strain gauge do tipo resist ncia el ctrica aproximadamente 2 Factores como a temperatura o material adesivo utilizado e as propriedades do material condutor podem afectar a resist ncia medida pelo que podem ser necess rias compensa es Como o valor de varia o das resist ncias muito pequeno normalmente recorre se coloca o deste tipo de sensor numa configura o em ponte de Wheatstone Os transdutores de for a que utilizam strain gauges do tipo resist ncias el ctricas encontram se normalmente ligados a uma unidade estrutural Ver Figura 3 Este tipo de transdutores de for a exibe uma sensibilidade linear elevada na gama el stica boa exactid o e
27. do Nodo O firmware do Nodo foi criado utilizando o compilador de linguagem C ImageCraft 37 presente como ferramenta dentro do PSoC Designer O firmware do Nodo do projecto foi desenvolvido em linguagem de programa o C e ap s ser criado e se ter verificado e corrigido os erros de programa o a ferramenta de debugger tamb m est presente no PSoC Designer foi transformado num ficheiro hexadecimal com o nome do projecto Esse ficheiro que ir como j referi anteriormente programar o PSoC da placa FTRF 65 Para a constru o do firmware foram utilizadas as APIs que constam das data sheets dos m dulos utilizados O diagrama de blocos apresentado ver figura 34 tem a finalidade de ajudar a perceber as fun es e a estrutura do firmware criadas para o Nodo do projecto A totalidade do c digo desenvolvido encontra se dispon vel no Anexo l Para o desenvolvimento do Nodo foram criadas 5 fun es no firmware deste projecto duas destinadas a verificar se utilizador premia os bot es SW1 e SW2 Switch 1 e 2 designadas respectivamente de Check bind SW1 e Check bind SW2 uma destinada a calibrar o ILO com o IMO para permitir maior precis o no ILO e na comunica o wireless CyFi Calibrate ILO uma para processar os dados recebidos pelo Nodo fun o Check Data Rx e finalmente uma fun o para obter o valor de for a dos diferentes sensores e carregar essa informa o no pacote de dados a enviar fun o
28. eccevestecccivescsewevesstccivsshaaeeesbucccavascdcenveactecivestecceusuacenvestacuevssctucdvestaaeeeeeeccnresd 84 Trabalho RULURO nrasane r AALA REN I EEA dE BI CU da NEATA 85 VaN O E A T A T 86 Anexo O c digo do firmware ForceFingerTips cccccccccccccssssccecssssececsssseceesssseeeesssaeeeesseaas 86 Anexo IIl O c digo da Aplica o Grafica FOrCOGIV cccccccccccesssscecsssececessaesecseaeeeceeaeeeeseaaees 91 Anexo III O c digo das Fun es criadas para a Aplica o Gr fica ForceGIv 97 Anexo IV A Data Sheet do Sensor FSS cccssccessesseceeseneececsesaececseaaececseaaeceseeaaeeeeseaaeeeeeeaas 100 Bibliografia e WeDGrAfid cccssssscccsssssccccssssccccasssccccasssccccassscccsasssccccasssceccasssccccassscecoaess 103 Indice de Figuras Figura 1 Esquema b sico de um sistema de medi o de for as FO a for a aplicada Retirada de 1 p g 15 Figura 2 No diagrama da esquerda encontra se uma strain gauge do tipo resist ncia el ctrica em forma de chapa No diagrama da direita encontram se strain gauges do mesmo tipo dispostas de forma a poder obter informa es angulares a b c d estes arranjos de strain gauges designam se rosettes Imagens retiradas de 1 p g 17 Figura 3 Strain gauges ligadas a uma unidade estrutural FO a for a aplicada Na figura a as strain gauges v o sofrer uma tens o enquanto na figura b v o sofrer uma compress o Imagem ret
29. monitoriza o na SCD com dois Nodos ligados ao Hub Aqui o Hub encontra se a operar a 3 MHz 83 Conclus es Finais A instrumenta o desenvolvida prova servir como base para se obter uma solu o personalizada capaz de superar os constrangimentos t cnicos e motores associados s solu es comuns existentes no mercado para este tipo de aplica o Atrav s da implementa o do sistema de acondicionamento e aquisi o dos sinais de for a no PSoC reduziu se o n mero de componentes na PCB reduzindo se tamb m a dimens o e o peso desta solu o A implementa o do protocolo de comunica o sem fios CyFi SNP permite substituir os v rios cabos que em solu es anteriores ligariam directamente os sensores a um m dulo de aquisi o pesado junto de um PC e que retiravam mobilidade ao sujeito em estudo Nesta solu o apenas necess rio ligar um Hub de pequenas dimens es numa porta USB do PC O Hub obter os dados enviados pelos Nodos terminais de aquisi o em cada uma das m os do sujeito em estudo atrav s da rede sem fios A aplica o criada em MATLAB trata os dados adquiridos que podem ser monitorizados e armazenados em tempo real no PC atrav s do software SCD Os objectivos propostos inicialmente para este projecto apesar de n o terem culminado na constru o do prot tipo de uma luva que adquira o valor de for a ao teclar foram cumpridos por meio do desenvolvimento da base tecnol gica com a qual s
30. na Figura 13 System Bus PSoC CORE Analog PSoC Block Array Columnd Column Column2 Note thattne CY6C21x34 23 has Emited 2 column functionailty Figura 13 Diagrama do sistema anal gico Retirada do Technical Reference Manual 30 Cada bloco anal gico tem varias entradas potenciais pelo que os sinais anal gicos podem ser provenientes de fontes externas dos blocos anal gicos cont guos a esse ou ainda das v rias refer ncias de tens o internas Embora sendo vari vel entre as v rias familias de dispositivos PSoC as portas que se encontram preparadas para receber sinais anal gicos s o normalmente as de ordem mais baixa porta 0 1 2 Todos os blocos da mesma coluna anal gica s o temporizados a partir do mesmo rel gio e cada coluna tamb m partilha um nico bus de dados de sa da Existem tr s tipos de sa das para cada bloco anal gico sendo que os blocos CT possuem ainda mais duas sa das O primeiro tipo atrav s do bus anal gico de sa da 41 ABUS Existe apenas uma sa da deste tipo por coluna e apenas um bloco pode utiliz la num determinado tempo tamb m a nica sa da que pode ser directamente roteada para um pino O segundo tipo de sa da dos blocos anal gicos o bus do comparador Consiste num recurso digital e do mesmo modo que a ABUS tamb m s existe um bus deste tipo por coluna conduzindo num dado momento apenas a sa da de um bloco anal gico Este bus do comparador permit
31. onde corre um protocolo de comunica o leve e um transceiver CyFi que aplica a tecnologia de modula o Direct Sequence Spread Spectrum DSSS para obter imunidade as interfer ncias maior alcance e uma co localiza o melhorada constituindo assim uma solu o simples vi vel e energeticamente eficiente O protocolo de comunica o CyFi permite formar uma rede em estrela com um m ximo de 250 nodos por hub Ocupa pouco espa o de mem ria factor vis vel quando comparado com outros protocolos de comunica o wireless ver figura 5a O espa o ocupado varia consoante a implementa o final um hub ocupa 8Kbytes enquanto um nodo ocupa entre 4 5Kbytes e 7 5Kbytes Suporta comunica o ass ncrona e bidireccional assim como dispositivos de alta lat ncia alimentados a bateria e de baixa lat ncia As redes que utilizam esta tecnologia quando detectam interfer ncias variam constantemente o canal de comunica es onde operam a taxa de dados na comunica o e a pot ncia emitida at encontrarem um canal est vel sem interfer ncias para continuar a comunica o Esta capacidade est exemplificada na Figura 5b onde a fonte de interfer ncias outra rede neste caso uma rede Wi Fi Como as comunica es da tecnologia CyFi apenas ocupam 1MHz de largura de banda existem 5 vezes mais canais para escolher que nas tecnologias usuais que se regem pelos padr es IEEE 802 15 4 ver Figura 5c 31 64 KB 32 KB 16 K
32. os par metros seleccionados para cada sensor do s Nodo s deste projecto encontra se na Figura 36 Configure Sensor Configuring Sensor On Node Mao Direita Sensor Name Dedo Indicador Sensor Physical Unit Newtonl Sensor Data Format Define how the binary data in the sensor s bit range is to be interpreted Format Unsigned Integer Sensor Display Options Graph sensor data versus time Sensor Bit Range Define the bit range in the Node s incoming data packets that contain this sensor s data Starting Bit 0K ah BO Scaling Multiplication Factor if the sensor s data is multiplied by a scaling factor before transmission specify that multiplication factor here Factor No Scaling x 1 hd Dont display Textually display the last value reported by the sensor Calibrate Sensor Ay _ __Cancel_ Figura 36 Janela para configurar os Dados provenientes de cada sensor do Nodo Retirado da SCD Monitorizar o valor de For a na SCD Os pacotes de dados provenientes dos Nodos cont m o valor da sa da do ADC para cada sensor ligado A SCD permite atrav s da calibra o de cada sensor transformar o valor de sa da do ADC no valor de interesse que pretendemos visualizar Os par metros para esta curva de calibra o foram obtidos atrav s do c lculo de um 69 parametro que permite transformar a saida do ADC em Newton Para tal foram utilizados o valor da sensibilidade do sen
33. 1 end end somatorio 0 for inc 1 length segmentos somatorio somatoriotsegmentos 1 inc 2 98 end valorms15sp n sqrt somatorio length segmentos end end function Finger data nonsupressed opendata filename currentpath Fun o que abre e prepara os ficheiros com extens o csv para o tratamento Utiliza o valor de convers o 0 09934 v lido para o FSS a 3 3V de alimenta o H waitbar 0 A processar os dados selecionados Por favor AJP de de aO aguarde name Estado try completepath strcat currentpath filename Finger data csvimport completepath Finger data nonsupressed z length Finger data 8 for x 1 z y rsplit char Finger data 8 x Finger data nonsupressed x 1 0 09934 str2num char y 2 waitbar x 2z end garten delete H end delete H end 99 Force Sensors FSS Low Profile Force Sensors FEATURES True Surface Mount Technology Maximum peak reflow temperature of 250 C 500 F Compact commercial grade package Robust perfomance characteristics Adaptable package design Precision force sensing Reliability rated at 20 million MCTF at 25 C Electrically ratiometric output Extremely low deflection 30 microns typ Full Scale High ESD resistance 8 kV Available signal conditioning Optional terminal configurations TYPICAL APPLICATIONS Medical infusion pumps Ambulatory noninvasive
34. 36 O hardware do Nodo consiste como j referi em duas placas do kit CY3271 a placa FTRF e a placa AAA a que se juntam o s sensore s de for a FSS ver figura 23 Para o desenvolvimento da instrumenta o o sensor de for a foi alimentado por uma fonte de tens o externa uma vez que a placa FTRF n o permite alimentar o sensor com a tens o recomendada de 5V a placa apresenta apenas uma sa da 3 3V DC a um m ximo de 100 mA no conector de expans o de 16 pinos tens o com que queremos testar o sensor uma vez que foi com estas condi es que realiz mos as calibra es anteriores Tamb m foi cedida s placas e ao sensor de for a a mesma terra de refer ncia da fonte de tens o externa para evitar os erros associados a ground loops Em resumo a placa FTRF possui um PSoC CY8C27443 24PVXI que controla o transceiver r dio CYRF7936 tamb m inclu do e com liga o a uma antena tamb m inclu da na placa dois bot es dois LEDs a alimenta o e o conector de 16 pinos Esta placa liga placa FTPC para que este PSoC possa ser reprogramado Como tamb m j foi dito no cap tulo dedicado ao PSoC esta placa apenas possui cinco GPIO livres Todos os outros GPIO encontram se ligados aos dispositivos de hardware j referidos ou destinam se programa o ISSP ao controlo da alimenta o ou liga o I2C para comunicar com a placa FTMF que n o utilizada neste projecto O PSoC CY8C27443 24PVXI possui o
35. B ZIGBEE Z WAVE CyFi STAR 46 KB 26 KB 26 KB 8 KB o 2 396 2 400 2 404 2 408 2 412 2 416 2 420 2 424 2 428 2 432 ma FREQUENCY GHz FFD RFD Node Hub Node a b ZIGBEE YES IEEE 802 15 4 OTHER PROPRIETARY SUB 1 GHz 2 4GHz INTERFERENCE IMMUNITY DSSS LOW HIGH T FREQUENCY AGILITY c Figura 5 a Espa o de mem ria ocupado por diferentes tecnologias wireless b Resposta do CyFi s interfer ncias do meio c Comparativo entre tecnologias da imunidade s interfer ncias e agilidade na altera o do canal de comunica o Direitos das imagens detidos por O 2008 Cypress Semiconductor Corporation Como j foi referido o transceiver CyFi opera na banda ISM dos 2 4GHz e utiliza modula o DSSS Este tipo de modula o permite evitar a corrup o dos dados durante a transfer ncia e realizada naturalmente antes da transfer ncia dos dados A desmodula o realizada por outro transceiver na extremidade receptora recuperando se assim os dados originais ver Figura 6 Este dispositivo opera com uma alimenta o de 1 8V a 3 3V e capaz de atingir taxas de comunica o de 250kbps 125Kbps com modula o DSSS 32 Por fim a liga o em rede destes dispositivos CyFi permite minimizar os per odos de consumo de picos de corrente e maximizar os per odos de sleep Por vezes isso significa transmitir dados o mais r pido poss vel e outras vezes accionar
36. C os tipo C e os tipo D As diferen as 43 est o relacionadas com as liga es internas do ramo do C Cap e na posi o de alguns elementos internos permitindo no caso do tipo D maior flexibilidade na comuta o do B Cap Esquem ticos dos blocos SC do tipo C e D encontram se na Figura 15 e 16 respectivamente 6 AutoZero BQTAP a CCap O 1 4 AutoZero as 30 31C Alnputs ses um eee RefHi RefLo out l n toZero ASign AnalogBus W B G H Modulation ST ABUS Inputs Mod Bit Control BCap 0 1 30 31C CBUS B inputs 2 o Ae 9 0 Driver d BMuxSC Figura 15 Esquem tico do bloco anal gico SC do tipo C Retirada do Technical Reference Manual 30 6 AutoZero CCap 16 32C 0 1 30 31C gt AutoZero FSW1 BQTAP ACap 0 1 30 31C 4 AutoZero i TAutoZero Our AnalogBus b B BCap ei ABUS 01 30 31C Comparator B Inputs IBSW 4 1IBSW AutoZero a Ie Power 6 BSW 6 BSW AutoZero 2 gt Driver Figura 16 Esquematico do bloco anal gico SC do tipo C Retirada do Technical Reference Manual 30 BMuxSD 44 As diferentes configura es de blocos anal gicos poss veis associadas as v rias possibilidades de interliga o entre os tr s tipos de blocos anal gicos CT e SC do tipo Ce D permitem obter uma grande variedade de fun es de processamento de sinal como v rios tipos de ADC filtros PGAs ent
37. CT stat MD stat Percentis estatistica actual zerofree set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case medtime axes grafico2 medtempo mean separa removeoffset actual selected data 1 mean separa remove offset actual selected data 2 mean separa removeoffset actual selec ted data 3 mean separa removeoffset actual selected data 4 mean separa removeoffset actual selected data 5 mean separa removeoffset actual selected data 6 mean separa removeoffset actual selected da ta 7 mean separa removeoffset actual selected data 8 mean separa removeoffset actual selected data 9 mean separa removeoffset actua l selected data 10 plot medtempo ylabel M dia dos Per odos Newtons xlabel Espa os de tempo MCT stat MD stat Percentis estatistica medtempo set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis end end end 96 Anexo Ill O c digo das Fun es criadas para a Aplica o Gr fica ForceGlv function Avaliar parametro Avalia se um ficheiro foi carregado ou n o if isempty parametro h msgbox Estes dados n o constam total ou parcialmente na base de dados verifique se carregou todos os dados Falta de dados warn uiwait h end end function Avaliar4 dedol dedo2 dedo3 dedo4 Avaliar a existencia de informa
38. Comunica o Wireless Propriedades do Sistema de Aquisi o de Dados 16 17 18 19 20 Procuramos um sistema de aquisi o de dados SAD que cumpra os crit rios de portabilidade formulados para este projecto Deve portanto ser um sistema leve port til alimentado por bateria s e que cause o m nimo de obstru o ao operador Um sistema que permita a recolha de sinais dos sensores de for a o acondicionamento desses sinais anal gicos diferenciais a sua digitaliza o e envio posterior por transmiss o wireless para um computador pessoal PC onde ser o armazenados analisados e apresentados O sistema deve ent o possuir por cada sensor de for a dois canais para entradas anal gicas do tipo diferenciais capazes de suportar uma gama de entrada de O a 180 mV A taxa de amostragem t pica deste tipo de sinais de for a baixa estando relacionada com a velocidade m xima de um sujeito a dactilografar Para se obter um sinal representativo a taxa de amostragem deve seguir o teorema de Nyquist que de forma resumida estabelece o valor da frequ ncia de amostragem de um sinal como sendo o dobro da frequ ncia m xima registada nesse mesmo sinal Isto claro para que o sinal seja perfeitamente reconstru do A velocidade m xima a dactilografar est registada no THE GUINNESS BOOK OF WORLD RECORDS e foi atribu da pelo feito de teclar 37 500 vezes em 50 minutos atingindo uma velocidade m xima de 212 palavras por minuto num teclado
39. GetForceReport A fun o delay importada no in cio do c digo foi retirada do site da Cypress onde se encontra dispon vel para download Esta fun o utilizada para produzir um atraso nas fun es Check bind SW1 e Check bind SW2 permitindo verificar se o bot o foi realmente premido Gerar e programar o Nodo No final do desenvolvimento do firmware do Nodo gerou se a aplica o no PSoC Designer criando se o ficheiro hexadecimal ForceFingerTips hex com o qual se programou o Node atrav s do software PSoC Programmer 3 05 e da placa FTPC 66 Importam se ficheiros de interesse definem se as opera es com os LEDs declaram se os prot tipos das fun es e definem se as vari veis locais Inicia se a rotina do Main ligam se os blocos anal gicos chama se o protocolo de comunica o CyFi e implenta se um rel gio para estabelecer um evento periodico que a calibra o Inicia se o Polling loop atrav s de um ciclo infinito si Inicia a liga o wireless O Hub O bot o SW1 foi premido m estabelece e partilha os par metros de rede N o Corre o protocolo CyFi O protocolo est no modo Sim Obt m a leitura do s valor es de de envio de dados For a Carrega essa informa o no pacote de dados a enviar e envia o N o Liga o modo de envio de dados do protocolo Cyfi Processa os dados recebidos O rel gio para o evento periodico expirou Calibra
40. MS15sp sob este sinal j foi realizada tamb m a OT Realizar a OT e obter o valor m ximo do sinal de for a de 15 em 15 amostras fun o MAX15sp Apresentar o gr fico de quartis respeitante aos dados seleccionados mais OT Realizar o histograma dos dados seleccionados mais OT Apresentar o gr fico de probabilidade acumulada assumindo a distribui o dos dados como sendo normal mais OT An lise das m dias ao longo do tempo onde para tal divide se o tempo de aquisi o em dez parcelas e apresenta se sob a forma de gr fico a m dia de cada uma dessas frac es temporais estudo realizado sobre o sinal inicial apenas removido o offset com a fun o removeoffset O aspecto completo da ForceGlv encontra se na figura 40 O c digo para criar esta interface encontra se nos Anexos Il e Ill 74 Bi Interface da instrumenta Carregar Dados Mao Dta Dedo Indicador M dia Geom trica M dia Harm nica M dia Aritm tica Valor Newtons Interquartile range Mad Range Standard Valor Newtons Ma NINES 4 mr 25 25 50 Percentis Newtons 0019505048544 lt m Figura 40 A Aplica o Gr fica ForceGlv em MATLAB 75 Capitulo 4 Testes Discuss o de Resultados e Conclus es Finais Testes Realizados Por fim foram realizados alguns testes sobre a instrumenta o desenvolvida Para efectuar estes testes foi ligado o sensor de for a FSS da Honeywell placa FTRF devidamen
41. Up 3 Strong Resistive 1 0 O OpenDrain DrivesHigh 4 HighZ Strong Slow 1 0 1 SlowStrongDrive 5 Strong Slow Strong Slow 1 1 O HighlmpedanceAnalog 6 HighZ HighZ 1 1 1 OpenDrain DrivesLow 7 Strong Slow HighZ e 4 T T E LE SE 5 A T ao Input Path DMO P Tag a Ri Global gt D4 bg DA t InputBus 4 A DataBus E E v E 12Cinput 4 5 6 7 INBUF pm A 4 4 DM2 0 110b I T D Ra _Gintatch oq ma pq To Readmux EN Interrupt Logic AL Dem po y E y CAN Output Path ps BYP TF Write PRIXDR Vad th 24 Global OutputBus gt J H E 5 6K EE Drive Slew 2COutput am Logic control L PIN 2CEnable DMI E HL sms Vv C v AOUT Figura 10 Diagrama de blocos de cada GPIO esquem tico dos drive modes Imagem retirada do Technical Reference Manual 30 38 O Sistema Digital 28 30 O sistema digital composto pelos blocos digitais program veis e pelas interconex es entre estes blocos e com o M8C O diagrama que mostra a arquitectura do sistema digital est representado na figura 11 DigitalClocks To SystemBus FromCore DIGITAL SYSTEM a va ent ce am Gyse o Figura 11 Diagrama do Sistema Digital Imagem retirada do Technical Reference Manual 30 As interconex es digitais presentes no sistema digital do PSoC podem ser de tr s tipos as Global Digital Interconnect GDI as Array Digital Interconnect ADI e as Row Digital Interconnect RDI As GDI consist
42. a da origem dos dados a carregar no MATLAB Encontram se carregados os dados do dedo indicador direito 72 Ap s carregar todos os dados que se pretendem analisar o utilizador deve seleccionar o objecto de estudo sob o qual v o incidir a an lise e o tratamento posterior Esta selec o realizada numa janela pop up ver Figura 39 Para cada caso seleccionado aplicam se as fun es Avaliar e removezeros No final da selec o do objecto de estudo a fun o Avaliar verifica se os dados foram efectivamente carregados e no caso de n o terem sido carregados apresenta uma mensagem de erro Caso os dados tenham sido correctamente carregados a fun o removezeros constr i um vector com os dados de for a sem os tempos mortos tempos onde n o foi registada qualquer for a e sem o offset o valor do offset calculado pela m dia das primeiras 60 amostras adquiridas no in cio da utiliza o da instrumenta o a parte sens vel dos sensores n o deve tocar em nada durante esses dois segundos iniciais Mao Dta Dedo Indicador Zi Mao Dta Dedo Indicador Mao Dta Dedo Medio Mao Dta Dedo Anelar Mao Dta Dedo Minimo Mao Esq Dedo Indicador Mao Esq Dedo Medio Mao Esq Dedo Anelar Mao Esq Dedo Minimo Mao Dta todos os Dedos Mao Esq todos os Dedos Duas maos todos os Dedos Figura 39 Janela pop up para selec o do objecto de estudo Ao seleccionar o objecto de estudo apresentado ao utilizador na janela
43. a este projecto contendo um PSoC e um CyFi SNP ou como j vimos um PRoC desde que estejam dispon veis todos os recursos internos do chip o que n o acontece nas placas FTRF A solu o final ao possuir todos os recursos do PSoC poder para al m de generalizar a solu o para 4 sensores optimizar o ganho no sinal diferencial para a gama de for as de interesse e aumentar a resolu o do ADC por manipula o externa dos valores das tens es de refer ncia deste diminuindo assim o erro associado a cada medi o nesta instrumenta o Para se obter uma solu o final mais robusta deve criar se tamb m uma solu o de Hub particularizada que n o necessite do software SCD e que portanto permita a aquisi o e monitoriza o directamente por uma aplica o MATLAB No que ao PSoC diz respeito existem solu es que incluem j como recurso a liga o a uma porta USB e as quais facilmente se adapta o protocolo CyFi atrav s de um radio transceiver Fica tamb m o desafio de criar na ponta do dedo um engenho plataforma de pequenas dimens es que permita ajustar o posicionamento do sensor para cada sujeito para que a for a seja aplicada o menor n mero de vezes poss vel fora do eixo principal de medi o do sensor optimizando assim a aquisi o do valor de for a por parte do sensor FSS 85 Anexos Anexo O c digo do firmware ForceFingerTips include lt m8c h gt part specific constants and macro
44. acas proporcional ao valor da capacidade Logo alterando a dist ncia entre as duas placas aquando da deforma o o valor da capacidade do condensador tamb m vai variar permitindo medir a deforma o exercida Tamb m existem v rios tipos de 16 strain gauges que utilizam a indutancia como o caso do LVDT linear variable differencial transformer Este dispositivo consiste num nucleo de ferro esf rico em contacto com o que se pretende medir rodeado por uma bobina primaria e duas bobinas secundarias id nticas O deslocamento do nucleo faz variar a tensdo nas bobines o que permite calcular o deslocamento e a deforma o sofrida d2 Resist ncia As strain gauges do tipo resist ncias el ctricas s o fabricadas a partir de materiais condutores metais que alteram a sua resist ncia quando s o deformados Est o dispon veis sob as mais diversas formas desde simples fios a filmes finos sendo mais popular a forma em chapa Neste ltimo tipo o fio disposto em grelha maximizando a resist ncia el ctrica e minimizando o comprimento e a espessura do sensor Para se obter informa o acerca de for as com diferentes orienta es angulares utilizam se v rias resist ncias deste tipo orientadas em ngulos diferentes Ver Figura 2 w 4 GY Conductive Material in Grid Format N EHH Sa m Hd E a b Backing Carrier Material Solder Tabs c
45. ain gauges pticas incluindo as baseadas em princ pios de difrac o e as strain gauges interferom ricas As mais simples funcionam com princ pios semelhantes s do tipo mec nico substituindo aqui as alavancas mec nicas por raios de luz Permite obter valores com uma resolu o de 0 1 pe c Strain Gauges Ac sticas As strain gauges ac sticas utilizam na realidade duas strain gauges semelhantes uma que entra em contacto com a for a a medir gauge de teste e cujo valor da frequ ncia de vibra o alterado pela for a aplicada E outra strain gauge que se encontra ligada a um micr metro gauge de refer ncia e cuja frequ ncia alterada propositadamente atrav s da manipula o do micr metro at se igualar a frequ ncia da gauge de teste obtendo se a partir do valor da varia o do micr metro o valor for a aplicada Esta t cnica ac stica pode obter valores de 1 ue de resolu o 3 d Strain Gauges El ctricas Existem v rios tipos de transdutores de for a como j referi anteriormente sendo mais utilizados os do tipo el ctrico Este tipo de strain gauges explora propriedades como a capacidade a indut ncia a resist ncia e as propriedades dos semicondutores para obter uma resposta deforma o d1 Capacidade e Indut ncia A strain gauge que utiliza a capacidade como forma de medir a deforma o aplicada f lo atrav s de um condensador de placas paralelas onde a dist ncia entre as duas pl
46. ainel de butoes function butoes source eventdata switch get eventdata NewValue Tag Get Tag of selected object case zero axes grafico2 plot actual zerofree ylabel Newtons MCT stat MD stat Percentis estatistica actual zerofree set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case rms 95 rms RMS15sp actual zerofree axes grafico2 plot rms ylabel Valor RMS Newtons MCT stat MD stat Percentis estatistica rms set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case max max MAX15sp actual zerofree axes grafico2 plot max ylabel Valor Maximo Newtons MCT stat MD stat Percentis estatistica max set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case quart axes grafico2 boxplot actual zerofree ylabel Newtons MCT stat MD stat Percentis estatistica actual zerofree set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case hist axes grafico2 hist actual zerofree 120 ylabel Frequ ncia Absoluta xlabel Newtons MCT stat MD stat Percentis estatistica actual zerofree set tabelal data MCT stat set tabela2 data MD stat set tabela3 data Percentis case PA axes grafico2 cdfplot actual zerofree ylabel Probabilidade M
47. asta indicar o ficheiro template correcto imediatamente ap s estabelecer a liga o com o Nodo De outro modo para adicionar manualmente mais do que um sensor necess rio indicar na janela de configura o do sensor o bit no pacote de dados onde come a o Byte respeitante a esse novo sensor o bit de come o para o segundo sensor neste projecto o oitavo bit Para ligar mais do que um Nodo ao Hub necess rio voltar a executar todo este processo outra vez para o novo Nodo Exportar os dados obtidos pela SCD A SCD inclui uma ferramenta que permite exportar os dados adquiridos Basta para tal seleccionar o sensor desejado e executar a op o export A SCD exporta a aquisi o respeitante a esse sensor at ao instante presente num ficheiro de formato CSV Ficheiro de Valores Separados por V rgulas Para analisar e processar os dados exportados pela SCD foi desenvolvida neste projecto uma aplica o gr fica em Matlab 71 A Aplica o de An lise e Processamento de Dados Descri o da Aplica o Gr fica 47 A aplica o gr fica foi criada com o prop sito de analisar e processar os dados provenientes da SCD correspondentes aos valores de for a registados pelos sensores FSS Esta aplica o designada ForceGlv foi desenvolvida em MATLAB R2008b Trata se de uma aplica o que adquire oito sinais de for a em formato CSV e processa os de modo a estabelecer rela es e assegurar o tratamento estat stico
48. bertando a para as tarefas de comunica o est adaptado multiplexa o no caso do Delta Sigma as duas primeiras respostas ap s multiplexa o n o possuem significado possui baixos erros de n o linearidade diferencial e integral e apresenta baixo ru do de quantiza o Portanto o ADC incremental o ADC escolhido para este projecto Neste projecto o ADC implementado no PSoC o ADCINC com um modulador de 22 ordem Este ADC utiliza 2 blocos anal gicos SC um bloco digital b sico e o decimador O esquem tico deste ADC encontra se na Figura 28 A constru o deste ADC necessita que dois blocos SC sejam configurados como um integrador De acordo com a polaridade sa da do integrador o sinal de refer ncia adicionado ou subtra do a entrada do integrador fazendo com que sucessivamente a sa da do integrador se aproxime do valor de AGND O ADCINC necessita de 2 ciclos de integra o para obter um resultado com n bits de resolu o Para o funcionamento deste ADC necess rio um modulador PWM para contar o n mero de ciclos de integra o e um decimador configurado no modo incremental para acumular o n mero de ciclos em que a sa da do comparador positiva 42 61 SC PSoC Block Analog Column Clock SC PSoC Block er aml gt Figura 28 Esquematico do ADCINC com um modulador de 22 ordem Retirada da Data Sheet 42 As entradas diferenciais do ADC devem ser ligadas aos PGAs confi
49. d 32 KHz Crystal Oscillator IMO Oscillator ILO Loop PLL Oscillator ECO MultipleClockSources Figura 8 DIGITAL SYSTEM ANALOG SYSTEM Digital PSoC Block Array Analog PSoc Lam Analog BlockArray Ref D8800 08807 DcB02 oo803 Analog cesso cessa loca Boose cT T at input Muxing D8820 DES21 D0822 3 sc Figura 8 Diagrama de blocos sobre a A pA 28831 00832 arquitectura geral da fam lia de 4 Digital Rows microcontroladores PSoC Imagem retirada do Technical Reference Manual 30 Multiply PORandLVD Internal Accumulate Decimators Mode Voltage MACs System Resets Pump Reference Digital Clocks IOAnalog Multiplexer SYSTEM RESOURCES 34 O Nucleo do PSoC 27 29 O nucleo do PSoC ver Figura 9 cont m O nucleo da CPU M8C Equipado com um microcontrolador M8C que pode operar com velocidades desde 93 7 kHz at 48 MHz capaz de executar 4 MIPS o nucleo da CPU do PSoC consiste num microprocessador de 8 bits com arquitectura f sica Harvard e arquitectura l gica CISC O microprocessador do M8C possui cinco registos internos a saber o Acumulador Accumulator A o Index X o Contador de Programa Program Counter PC o Ponteiro de Stack Stack Pointer SP e o Registo de Sinaliza o Flags F Os registos t m todos 8 bits com excep o do registo PC que possui 16 bits O M8C cont m ainda tr
50. da calibra o est tica do sensor FSS Tabela 5 Estudo da repetitividade do sensor FSS Repetitividade a 300 2 g mV Ensaio 1 216 8 Ensaio 2 213 3 Ensaio 3 212 Ensaio 4 213 6 Ensaio 5 213 3 Ensaio 6 214 2 Ensaio 7 211 4 Ensaio 8 212 4 Ensaio 9 213 6 Desvio Padr o mV 1 551612065 Repetitividade grama 6 928223 25 A n o linearidade foi calculada com base nos dados apresentados na Tabela 4 atrav s da obten o de uma recta BFSL por aplica o do m todo dos m nimos quadrados e calculando o desvio m ximo entre o valor de tens o previsto pela recta e o valor de tens o observado A n o linearidade apresenta um valor de 0 4785 FSS valor dentro do estimado na Data Sheet de 1 5 FSS A repetitividade foi calculada com base na defini o do British Standard Institution 15 que estabelece que em 95 dos casos medi es repetidas desta mensuranda realizadas num conjunto de condi es que inclui o mesmo procedimento de medi o o mesmo operador o mesmo sistema de medi o as mesmas condi es operativas e a mesma localiza o n o diferir o mais do que 6 93 grama Valor este que se apresenta dentro dos limites esperados de 10 grama que constam da folha de especifica es do sensor A sensibilidade provou tamb m estar de acordo com as especifica es com um valor igual a 0 12 mV g 26 Selec o do Sistema de Aquisi o de Dados e do Sistema de
51. de do sensor ter baixado baixou tamb m a tens o do sinal comum nas entradas Assim o sinal de sa da do sensor alimentado a 3 3V permite na configura o criada utilizar a totalidade da meia escala dispon vel no ADC e utilizar um ganho de 16 vezes sob o sinal diferencial Podemos ent o registar at 12 72N com um ganho de 16 vezes um valor de for a que excede ligeiramente os 10N pedidos para este projecto A resposta do sensor perante a carga aplicada mant m se linear factor mais uma vez provado pelo elevado valor do factor de correla o linear 0 996 e tamb m 80 pela n o linearidade de 1 79 que se mostra um pouco superior obtida quando o sensor alimentado a 5V O erro associado a cada medi o 1 LSB ou seja 0 099 Newton 10 13 grama um valor tamb m mais alto do que quando o sensor alimentado a 5V Estes resultados s o justificados pelo facto de as tens es de refer ncia do ADC permanecerem as mesmas o que faz com que a resolu o do ADC de 8 bits permane a igual Ao diminuir a sensibilidade do sensor FSS o mesmo patamar de 12 89 mV bit do ADC vai necessitar de uma resposta mais alta por parte do sensor para ser alcan ado fazendo com que a resolu o final do dispositivo seja agora de 10 13 grama Tempo de Aquisi o de 50 minutos cont nuos Para este teste da instrumenta o desenvolvida a aquisi o foi monitorizada na SCD e ap s 50 minutos de aquisi o e monitoriza o o sistema f
52. dispositivo PSoC alvo o projecto criado num ficheiro hexadecimal O software que permite programar o PSoC com recurso ao ICE designa se por PSoC Programmer e encontra se dispon vel no site da Cypress juntamente com o manual do utilizador 32 A Cypress criou uma IDE integrated development environment que permite ao utilizador programador configurar o seu dispositivo PSoC de uma forma pr tica e simples poupando tempo e trabalho Esta ferramenta chama se PSoC Designer e junta ao IDE uma interface de programa o visual onde todos os projectos com PSoC s o criados editados constru dos e testados Esta ferramenta suporta dois tipos de n veis de desenvolvimento do projecto dos quais se deve optar por apenas um O chamado de n vel do chip permite actuar ao n vel mais baixo do PSoC permitindo aceder e especificar todas as caracter sticas do dispositivo desde o roteamento e a gest o do uso de recursos at ao desenvolvimento do firmware O outro n vel chama se n vel de sistema e s permite actuar a um nivel alto no PSoC onde o utilizador apenas pode definir a arquitectura alta do dispositivo a fim de cumprir os objectivos desejados Enquanto o utilizador adiciona blocos e fun es predefinidas ao seu projecto o PSoC Designer escreve o firmware automaticamente Naturalmente ao criar um projecto ao n vel do sistema perde se a capacidade de alterar algumas propriedades o controlo sobre o projecto diminui e alguns recur
53. do algum cross talk entre os dois canais testados cuja origem n o foi confirmada Operar com dois Nodos em simult neo Foram configuradas duas placas FTRF com o firmware ForceFingerTips e foram ambas ligadas ao mesmo Hub configurado com a solu o da Cypress RF HUB Como era previsto o Hub permite ligar os dois Nodos necess rios para esta aplica o No entanto foi not ria uma diminui o na taxa de amostragem de cada sinal de for a quando comparada com a taxa de amostragem quando est apenas um Node ligado ao Hub Com dois Nodos o Hub consegue obter apenas 15 amostras por segundo ver Figura 41 por Nodo enquanto com um Nodo consegue obter 30 amostras por segundo Ora para colmatar esta quebra necess rio aumentar a velocidade a que o Hub processa os dados para o dobro Verificou se que ao aumentar a velocidade para o dobro ou seja 6 MHz o Hub passa a adquirir 60 pacotes de dados por segundo no lugar dos anteriores 30 pacotes de dados permitindo assim que cada Nodo mantenha a sua taxa de amostragem de 30 amostras por segundo 82 Cypress Sense and Control Dashboard File View Tools Help vB am a ME js EM E A cs x Manage Add Node Information Configure Calibrate Chart Zoom Arrange Export Console Help Sensors Dedo Indicador on M o direita Dedo indicador on Mao esquerda 142 140 re o 138 O 126 a lt q 1 134 125 132 2 DB DA AS POD Sf oS Se F FF FH EPE f Figura 41 A
54. do para este projecto est o apresentadas na Figura 31 Properties Timer 1 x Name Timer8 1 User Module Timer8 Version 26 Clock CPU 32 KHz Capture Low TeminalCountOut None CompareOut None Period 255 CompareValue 0 Compare Type Less Than Or Equal Interrupt Type Terminal Count Clock Sync Sync to SysClk TC_PulseWidth Full Clock InvertCapture Normal Figura 31 As propriedades do temporizador na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer Os recursos globais do PSoC As especifica es dos par metros dos recursos globais do PSoC para este projecto encontram se na Figura 32 A descri o de cada par metro est presente na refer ncia 33 Global Resources forcefingertips IX CPU_Clock 12_MHz SysClk 2 32K_Select Intemal PLL Mode Disable _ Timer 64_Hz VC1 SysClk N 6 VC2 VC1 N 1 VC3 Source SysClk 1 VC3 Divider 6 SysClk Source Intemal 24 MHz SysCik 2 Disable No Analog Power SC On Ref High Ref Mux Vdd 2 Vdd 2 AGndBypass Disable Op Amp Bias Low A Buff Power Low SwitchModePump OFF Trip Voltage LVD Sh 3 02V 3 09V LVD Throttle Back Disable Supply Voltage 3 3V Watchdog Enable Disable Figura 32 Propriedades dos recursos globais do PSoC na instrumenta o final Retirada do PSoC Designer 64 No final da configura o de todos os par metros e do posicionamento dos blocos e das liga es estar devidamente estabelecido o projecto ao n vel do hardware enc
55. dor com quatro entradas e uma sa da O multiplexador tem como fun o comutar o sinal vindo dos GPIOs de entrada permitindo ter em funcionamento mais de um sensor em simult neo com apenas um ADC e um amplificador diferencial Se esta comuta o entre os sinais vindos dos diferentes sensores for suficientemente r pida podemos possuir os quatro sensores em funcionamento com este dispositivo sem perda de informa o relevante Ap s a passagem pelos multiplexadores o sinal ir para um sistema de blocos anal gicos do PSoC programados como amplificador diferencial para obter a diferen a de potencial entre V e V Essa diferen a amplificada neste sistema de modo a utilizar a gama de entrada dispon vel no ADC O ADC utilizado um ADC incremental que para ser implementado utiliza dois blocos anal gicos e um bloco digital do PSoC A comunica o do valor de sa da do ADC realizada pelo sistema de comunica o CyFi SNP que para ser implementado no Nodo requer a programa o de um bloco digital este bloco que comunica com o CyFi transceiver e atrav s desse com a antena O temporizador utilizado ocupa tamb m um bloco digital e usado para a calibra o do ILO Fora do PSoC mas necessitando do controlo deste encontram se os bot es e os LEDs que tamb m ser o usados neste projecto Criar o Projecto no N vel Chip do PSoC Designer 33 36 Para acelerar o processo de desenvolvimento de solu es a Cypress d
56. e SNS oa eee 68 Ihiciaria Liga o HUD NOdO issues exceeds eetacs Cerne sans an e wedntadaccsvesdeadavaddaveetostantaaudeedevedeeaiadaaeens 68 Configurar os Dados do NOdO issues restos E E E E AA e nas ANDA ga deco doses dna dada 69 Monitorizar o valor de For a na SCD cccssccccccesessssseceseeeceeeesneeeeeceeseeenaeeeeecesseseaaseeeeeeseeeeaaeeeeeeses 69 Exportar os dados obtidos pela SCD cccccccccccessssssseeeeeceeeseesneeeeeceesesensaeeeeeeeseeeaueeeeeeeseeeesasseeeeeses 71 A Aplica o de An lise e Processamento de Dad0S ccccccccsssseceesssceceesssseceessseececsssseceesseaess 72 Descri o da Aplica o Grafica isee r e aar a asi aa d o ds ESA LER Cedros a aa AUS aces ud did 72 Cap tulo 4 Testes Discuss o de Resultados e Conclus es Finais ccccececeerereeecerereneeos 76 Testes Realizados is cueca etanoa do vegan Dedu o Fuga o Riva dl pega el da gaia Dk pa Cad a cd cused cat ea Cada 76 Calibra o Est tica n sessao estara elven cca csv eens desta CANTA DEEP EAD a NT 0 E SRTA GE a AU Ed no 77 Tempo de Aquisi o de 50 minutos CONTINUOS cccccccesssssseeeeeeesssssceeeeeeesseenaeeeeeeessessaseeeeeeseenes 81 Multiplexadem ssa ccciesbectesstesaslasteccerceceiesisnendcueccdbustanwedtexceavebussaeiaderoaedgenk EEE a tehgusvexesenteedsueese 82 Operar com dois Nodos em simult neo ccccccccccsssesssseeeeeecessssnseeeeeececseeeaseeeeeeseessaseeeeeeseeeneaaeess 82 Conclus es FiNAIS v
57. e aae e rere E aa RSE 45 Como Desenvolver o Projecto e Programar o PSOC c ccccssccessssccesssseceessseeccesseeceesseccessseeeeesseeees 45 A Plataforma de Desenvolvimento da INStrUM NtaGdO ccccccccccccsssssssceceeceesssseeeeeecessssneeeeeeeeseeeees 47 O F EIEE EAE EIA A ET E E A E SA E A ETT 50 Ohardwaredo HuD ias serseri aa Aea late Ran aa aa E a aaae EEEN 50 ODRA Nolae KOR HUD EEE EE E E E E AET AET 50 O Software Cypress Sense and Control Dashboard SCD ccccccccccssssccessseeceessseeeessseecessseeceesseeees 51 6 HI NT o o o P EE VEES E AE AAE SEE AEA ELE EA E AELE E 53 4 Oiharaware do NOdO sarena TETE SE Sea LES US Ors EO IES Mie DA 53 O Sistema a Configurarino PSOC sas dim irro Desse eia Era a a da Bes ev Aiea Bh oa 54 Criar o Projecto no N vel Chip do PSoC Designer csscccccccessssssseeeeecesesesseeeeececsesssaseeeeeeseeeeetsaeees 55 A Selec o e Configura o dos User Modules ccccccccccccsssssseeecessssssnsceeccesesessnseeeeeecesessnseeeeeeeeseeeaas 57 Osir cursos globais do PSO herrin e era n e aai E a A dan Vases Sea dan aaa Tas acao aa 64 O firmware do NOJO ss ei oes eS Siesta ech sda oT deo ea Siete Sao Lk CoD a oia ae eaa a aaan 65 Gerar e programaro Nodo asteri ccveteneanvences E aE EEE E a soe doi adiada 66 Cap tulo 3 Desenvolvimento do Software cccccersrssssssssccccccocsssssssscscescccacsssssscscessccacaasssess 68 ASCD ahi ae dia bed teed ag Cosa Ta na ea a e
58. e comparar as sa das seleccionadas entre duas colunas adjacentes O terceiro tipo de sa da anal gica poss vel consiste nos v rios multiplexadores do sistema anal gico NMux PMux RBotMux AMux BMux e CMux que aceitam a sa da dos v rios blocos anal gicos OUT como entradas permitindo ligar os blocos anal gicos entre si Os blocos CT possuem adicionalmente as sa das locais GOUT e LOUT As propriedades dos blocos anal gicos assim como das suas entradas e sa das s o configur veis e manipul veis atrav s dos registos associados Como o PSoC alimentado apenas com uma tens o positiva ele n o disp e de qualquer fonte de tens o negativa A tens o de refer ncia do PSoC para as fun es anal gicas designa se por AGND analog ground e constru da para ter um valor a rondar a metade do valor da alimenta o do PSoC embora em alguns dispositivos estejam dispon veis outras op es para tens o de refer ncia Tamb m criada uma tens o de refer ncia alta RefHi e uma baixa RefLo com vista a definir a gama de entrada de alguns blocos anal gicos Todas estas tens es de refer ncia s o roteadas at todos os blocos anal gicos dispon veis Os blocos anal gicos CT s o constru dos com entradas e sa das rail to rail de baixo offset e com um amplificador operacional de baixo ru do Possuem v rios multiplexadores configur veis que atrav s dos bits dos registos espec ficos de cada bloco permitem obter top
59. e normalmente de 1 a 2 amostras por segundo Existem no entanto alguns dispositivos que adquirem a 100 S s e at 500 S s uma melhoria que vem associada a um custo bastante elevado Tamb m a mem ria destes dispositivos ronda usualmente as 130 000 amostras o que a uma taxa de 25 S s a taxa de amostragem prevista d para um pouco menos que 1 5 horas de funcionamento cont nuo Outra quest o que limita a utiliza o dos Loggers que normalmente n o existe uma preocupa o com as dimens es do aparelho s o grandes sendo que os modelos com maiores Logging rates taxas de amostragem at apresentam ecr s para mostrar os recursos desses Loggers O custo normal associado a estes dispositivos tamb m alto Ap s alguma pesquisa concluiu se que a solu o final passa pela cria o de um Sistema de Aquisi o de Dados espec fico para este projecto uma vez que n o foi encontrada no mercado uma solu o satisfat ria capaz de assegurar todas as funcionalidades desejadas com a dimens o adequada Esta solu o pr pria passa pela poss vel cria o de uma PCB printed circuit board com os dispositivos electr nicos que permitam condicionar digitalizar e enviar para o PC os dados provenientes do sensor Introdu o ao conceito de Microcontrolador e a escolha do PSoC 27 28 Um microcontrolador ou MCU consiste num circuito integrado que cont m um microprocessador e todos os perif ricos necess rios para o seu funcionamento
60. e poder obter a solu o final A solu o criada peca apenas por possuir recursos limitados o que resulta em grande parte por consistir numa adapta o de um kit de apresenta o da Cypress e n o numa solu o particularizada criada de raiz No entanto foi desenvolvida uma solu o no kit CY3271 capaz de obter o valor de for a de 2 sensores FSS por Nodo alimentados a 3 3V e que provou registar for as de O a 12 Newton com um erro associado de 0 099 Newton O sistema criado leve e port til alimentado por duas pilhas AAA Permite tamb m monitorizar os dados adquiridos atrav s do Hub e do software SCD de onde s o exportados para futuro tratamento numa interface criada em MATLAB 84 Trabalho Futuro A dimens o dos Nodos pode ser ainda mais reduzida do que a solu o aqui apresentada na placa FTRF do kit CY3271 Esta redu o ating vel atrav s de uma tecnologia recente tamb m criada pela Cypress e designada por PRoC Programmable Radio on Chip Esta tecnologia consiste num chip nico que inclui um PSoC e um transceiver CyFi que para operar correctamente apenas necessita externamente de uma antena de algumas resist ncias condensadores e da fonte de alimenta o O desenvolvimento deste projecto no PSoC CY8C27443 mostra que este projecto pode ser facilmente generalizado para os 4 sensores pedidos por m o Nodo cumprindo os objectivos tra ados Falta portanto construir uma solu o particularizada par
61. ecto o Nodo e o Hub 49 O Hub O hardware do Hub 34 Como j havia referido o Hub da instrumenta o a desenvolver baseia se na placa FTPC do kit CY3271 da Cypress Esta placa possui dois PSoC ambos CY8C24894 O primeiro actua como microcontrolador mestre providenciando a ponte entre o porto USB do PC e o porto 12C de comunica o entre os dois PSoC e controlando a programa o de todos os outros dispositivos PSoC existentes no kit CY3271 O segundo PSoC actua como escravo no protocolo 12C e encontra se ligado a um transceiver CYRF7936 2 4GHz CyFi o que permite a este segundo PSoC actuar tamb m como Hub no protocolo de comunica o wireless CyFi A placa FTPC cont m um conector de 16 pinos que permite ligar s outras placas do kit a fim de se efectuar uma transfer ncia de dados normal ou a programa o ISSP dos dispositivos PSoC das outras placas O PSoC que actua como Hub tamb m comunica com o software SCD da Cypress atrav s da interface I12C com o PSoC mestre Em resumo a placa FTPC estabelece a interface entre o PC e o dispositivo remoto O firmware do Hub 34 O firmware do Hub deste projecto corresponde a uma solu o de firmware criada pela Cypress para configurar o segundo PSoC como Hub gen rico que comunica com qualquer dos Nodos presentes no kit CY3271 e que passa essa informa o atrav s da I2C para o PSoC mestre e deste para o PC onde o software SCD far a monitoriza o e a
62. egistado em unidades de permite a compara o de diferentes tipos de strain gauges A resposta duma strain gauge usualmente p s processada de modo a obter se o sinal de interesse Para tal recorre se a amplificadores filtros e a um sistema de aquisi o de dados Um esquema t pico da instrumenta o utilizada em medi es de for a apresentado em baixo na Figura 1 Sensing Element Transducer or Load Ce Data Acquisition System Figura 1 Esquema b sico de um sistema de medi o de for as Fo a for a aplicada Retirada de 1 Os Tipos de Transdutores de For a 1 2 3 Apresentam se agora sumariamente as strain gauges el ctricas mec nicas pticas e ac sticas a Strain Gauges Mec nicas S o o tipo de strain gauges mais antigo e devido as suas grandes dimens es e a sua baixa exactid o a sua utiliza o tem sido preterida em rela o aos outros tipos de strain gauges S o utilizadas essencialmente em aplica es industriais onde o tamanho do dispositivo n o tem import ncia e onde o facto de n o usar instrumenta o electr nica associada considerado vantajoso O mecanismo associado a estas strain gauges baseia se num sistema de alavancas que amplifica e permite a leitura do valor de interesse Permite obter leituras com uma resolu o de 500 pe 15 b Strain Gauges Opticas A utiliza o de LASERs como fonte de luz colimada levou ao desenvolvimento de varias str
63. em cima o seu posicionamento e liga es em baixo na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer O ADC O PSoC permite a implementa o de v rios tipos de conversor anal gico digital ADC SAR Registo de Aproxima es Sucessivas Este tipo de ADC utiliza 100 da CPU durante a convers o pelo que desaconselhado quando se pretende utilizar a CPU em simult neo com a convers o ADC Incremental Este ADC utiliza um integrador um comparador e um par de refer ncias de tens o Com base nesta topologia existem v rios outros tipos de ADC especificados no PSoC como ADCINCVR DualADC TriADC ADCINCVR entre outros A diferen a entre eles assenta no n mero de bits na taxa de amostragem ou em expans es com inclus o de mais blocos anal gicos e digitais no mesmo ADC por motivos de maior precis o menores tempos de convers o ou simplesmente por serem aplica es que ocupam menor espa o na mem ria e utilizam menos CPU 60 ADC Delta Sigma Este ADC utiliza uma topologia semelhante ao incremental mas difere no processamento dado a saida do comparador Em vez desse resultado ser integrado num contador o que sucede no ADC incremental neste a sa da do comparador processada no decimador Com base na nota de aplica o AN2239 da Cypress 41 o conversor incremental permite uma resolu o alargada de 6 a 14 bits uma taxa de amostragem suficiente possui entradas diferenciais utiliza pouco a CPU li
64. em em quatro buses de 8 bits cada S o estas que permitem a troca de dados entre os blocos digitais e os pinos das portas do PSoC As GDI est o divididas entre as que s o destinadas a entradas ou a sa das 39 Global Input e Global Output e dentro desta categoria sdo divididas ainda entre as que ligam a portas pares ou a portas impares GOO Global Output Odd GOE Global Output Even GIO Global Input Odd GIE Global Input Even As ADI asseguram as liga es entre as diferentes linhas da matriz de blocos digitais As RDI estabelecem as liga es entre os blocos digitais de uma mesma linha e as liga es entre os blocos e as ADle as GDl Os blocos digitais do PSoC s o dispostos em linhas de quatro blocos cada sendo que o n mero de linhas de blocos digitais vari vel de modelo para modelo Todos os blocos digitais podem ser configurados para desempenhar qualquer uma destas cinco fun es b sicas temporizador contador PWM pulse width modulator PRS pseudo random sequence ou CRC cyclic redundancy check Estas fun es podem ser utilizadas quer configurando apenas um bloco digital quer ligando em cadeia varios blocos digitais permitindo assim formar fun es com mais que 8 bits Existem dois tipos de blocos digitais os blocos digitais b sicos DBB que podem correr as cinco fun es j descritas e os blocos digitais de comunica o DCB que para al m das cinco fun es b sicas possuem a capacidade de d
65. ente para evitar os bloqueios da execu o do c digo reiniciando todo o sistema sempre que se ultrapassa o tempo definido para a execu o do reset pelo firmware M ltiplas fontes de rel gio que incluem O phase locked loop PLL que gera o rel gio do sistema SYSCLK sincronizando o com um cristal externo ECO permitindo obter um oscilador com 23 986 MHz Este external crystal oscillator ECO de 32 768 kHz pode ser ligado ao PSoC atrav s de duas portas de I O espec ficas para cada dispositivo para se obter maior precis o e exactid o nas fontes de rel gio internas O internal main oscillator IMO gera duas fontes de rel gio a primeira o SYSCLK que pode provir do oscilador interno de 24 MHz um circuito RC com uma precis o de 36 2 5 ou como ja vimos antes pode provir de um oscilador externo ECO e a segunda o SYSCLKX2 que fornece sempre o dobro da frequ ncia do SYSCLK O internal low speed oscillator ILO um oscilador com uma frequ ncia nominal de 32 kHz e utilizado para gerar as interrup es no modo Sleep para temporizar o Watchdog e alguns blocos digitais Estas fontes de rel gio juntamente com os divisores program veis de fontes de rel gio VC1 VC2 VC3 permitem obter os temporizadores necess rios para a maioria dos eventos no PSoC Os GPIOs General Purpose I O permitem a liga o do universo externo ao PSoC e deste modo CPU s unidades de mem ria e aos recursos anal gicos e d
66. ento de uma RSI Repetitive Strain Injury a postura est tica e a tens o muscular especialmente as que est o ligadas ao uso do rato do computador e numa escala menor as associadas ao teclar no computador Este uso crescente do computador associado por vezes a uma utiliza o excessiva e a um uso incorrecto relacionado quer com a ergonomia dos dispositivos computador teclado rato local de trabalho quer com a postura do sujeito posi o do tronco bra o pulso m o 4 5 6 7 levou a um agravar no n mero de doentes com patologias m sculo esquel ticas MSD das extremidades superiores Concluiu se num estudo de 2002 8 que mais de 50 dos utilizadores de computadores apresentam sintomas de doen as m sculo esquel ticas afectando principalmente m os bra os pesco o e ombros durante o primeiro ano de um novo trabalho relacionado com o uso de computadores Tamb m se concluiu que as MSDs s o comuns entre utilizadores de computadores Procurou se ent o demonstrar que o risco de MSDs como o caso das tendinites e da sindroma do t nel c rpico CTS aumentam com o trabalho prolongado num computador 9 facto que se verificou A Influ ncia do Acto de Dactilografar no Aparecimento de MSDs Encontram se na Literatura alguns estudos relativos influ ncia da press o exercida no acto de dactilografar no aumento da press o no t nel c rpico e portanto no nervo mediano factor reconhecido como sendo um dos poss veis cau
67. esempenhar mais fun es como a de mestre ou escravo SPI ou a de transmissor receptor UART A fun o desempenhada por um bloco digital completamente independente da fun o desempenhada pelos outros blocos S o necess rios cerca de sete registos para estabelecer completamente a fun o e o estado de cada bloco digital Cada bloco digital inclui multiplexadores de entrada desmultiplexadores de sa da re sincronizadores e circuitos de l gica digital para permitir o desempenho das fun es descritas A arquitectura de cada bloco digital est representada na figura 12 DigitalPSoCBlock Primary Function Output clock chaining to next block RO 3 0 Figura 12 Diagrama da arquitectura RO 3 0 de um Bloco Digital Imagem retirada do Technical Reference Manual 30 Block Interrupt Broadcast Output FUNCTION 7 0 INPUT 7 0 OUTPUT 7 0 40 Os Blocos Anal gicos 28 30 O sistema anal gico composto por colunas de blocos anal gicos program veis refer ncias de tens o para os sistemas anal gicos multiplexadores de entrada e condutores anal gicos Cada coluna de blocos anal gicos cont m um bloco anal gico cont nuo no tempo CT designado tamb m como bloco do tipo B ACB por n o possuir condensadores comutados ou seja por operar continuamente e dois blocos anal gicos com condensadores comutados um do tipo C ASC e outro do tipo D ASD O diagrama de blocos do sistema anal gico est representado
68. eserved 2006 Acquisition Introduction to Data This tutorial is part of the National Instruments Measurement Fundamentals series National Instruments Corporation 2006 Data Acquisition Fundamentals NI National Instruments Corporation All rights reserved Olshausen B A October 10 2000 PSC 129 Sensory Processes McWhirter N 1985 THE GUINNESS BOOK OF WORLD RECORDS 23rd US edition New York Sterling Publishing Co Inc L M V Serrano C J s d Sistemas de Aquisi o Processamento e Armazenamento de Dados DataTaker Data acquisition and data logging Some basics Powerpoint National Instruments Portable E Series Data Sheet National Instruments USB 2008 NI Data Sheet National Instruments s d http sine ni com nips cds view p lang en nid 205686 Obtido em 23 de Julho de 2009 de http sine ni com DataTaker s d Obtido em 23 de Julho de 2009 de www datataker com DataQ s d http www datag com Obtido em 24 de Julho de 2009 http www psoc chile es tI s d Obtido em 24 de Julho de 2009 105 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Ashby R Copyright 2005 Elsevier Inc All rights reserved Designer s Guide to the Cypress PSoC Cypress CYPRESS CyFi LOW POWER RF SOLUTIONS brochure Cypress PSoC Mixed Signal Array Technical Reference
69. est o sujeitas a uma activa o organizada e controlada de acordo com a prioridade de cada uma para que quando ocorram duas interrup es em simult neo seja primeiro activada a resposta interrup o mais priorit ria A ordem das prioridades das interrup es definida previamente Um temporizador de Watchdog e de Sleep A opera o de Sleep modo de espera e Watchdog envolvem a utiliza o de uma fonte de rel gio de 32 kHz o temporizador de Sleep o bit de Sleep do registo CPU SCRO um circuito de Sleep para sequenciar a entrada e a sa da do modo de espera um circuito para estabilizar a tens o de refer ncia bandgap durante o modo de espera e o temporizador Watchdog O objectivo da opera o de Sleep reduzir o consumo energ tico do dispositivo o mais poss vel atrav s do abrandamento da CPU e da redu o da alimenta o do IMO do m dulo de mem ria Flash e da refer ncia de tens o bandgap Apenas permanecem ligados o oscilador de 32 kHz interno ou externo os blocos cuja fonte de rel gio este oscilador e o circuito de monitoriza o da tens o de alimenta o O sistema pode despertar do modo de Sleep atrav s de uma interrup o ou de uma reinicializa o regressando ao funcionamento normal O circuito do temporizador Watchdog preparado para realizar um reset ao hardware ap s um intervalo de tempo pr programado a n o ser que a opera o de reset seja executada antes pelo firmware Serve essencialm
70. fects the Power on He ey E BE ForceFingerTips Pinout Reset level in order to prevent the CPU from running outside Hi 4 8 ForcefingerTips of its Vdd specification ma t ect mas Registers Affected ff SE SO par gt gt pa VLT_CR OSEERD GipbalOutEven_ L T Ei 4 me Rono Properties Timer 1 vax E User Modules 71x Name Timer8_1 a fa 4 peca a lersio E E co she H Amplifiers Clock CPU_32_KHz no Eta ca Analog Comm Capture Low I E E es of a TeminalCountOut None j vw ew ms is je Digtal Ci CompareOut None Le ie lr 0 Digital Comm Period 255 a 4J i a Ria ra ay a H 0 Filters E A 6 0 Misc Digtal Indicates the name used to identify this User Module instance s J a iste i p H pr A rary g asoa A a nn i i r 9 08 PSOC GENERIC Pinout forcefingertips vax do EM PWMs Po o Port_0_0 StdCPU High Z Analog Fa Seq Pon Port_0_1 StdCPU High Z Analog acm onl pecs em a POL Port_0_2 Analoginput High Z An ea sevens E Po Port 0 3 Analoginput High Z An al Timers POL AnalogColumn_InputMUX_1 Anal lt 3 POLS AnalogColumn InputMUX O Anal Y Y y V By Cap tulo O Node ForceFingerTips P Cap tulo T t BAT IDE User Guide Sem t tulo Paint PT lt M POO 1544 Figura 33 Aspecto do PSoC Designer ap s a configura o dos m dulos para este projecto O firmware
71. gurados anteriormente como amplificador diferencial sendo que a entrada positiva liga ao PGA_1 e a entrada negativa ao PGA 2 As propriedades do ADCINC especificadas para o projecto encontram se na Figura 29 Properties ADCINC 1 Name User Module DataFormat Resolution Data Clock Poslnput Neglnput NeglnputGain ClockPhase PulseWidth PWM Output vw Mx Figura 29 Propriedades do ADCINC na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer O CyFi SPN SPIM O m dulo utilizado para implementar o CyFi SNP num Node necessita de um bloco digital b sico 7416 bytes de mem ria Flash 87 bytes de RAM e 5 GPIOs 2 0 2 3 2 5 2 6 e 2 7 devidamente configurados para permitir as comunica es entre o PSoC e o CyFi r dio Transceiver Este m dulo requer que a CPU do PSoC funcione a uma frequ ncia superior a 3 MHz e que um bloco da mem ria Flash seja marcado como n o protegido a fim de se guardar no Nodo par metros de rede como a 62 identifica o dada ao dispositivo A descri o do protocolo com os diferentes modos de funcionamento assim como a descri o da estrutura dos diferentes pacotes de dados e das API encontram se na folha de especifica es 43 As propriedades definidas para este bloco encontram se na Figura 30 Properties CYFISNP 1 YIX Name CYFISNP_1 Node Power Supply Ty Low impedance battery EEPROM Block 255 Extemal PA Yes MUX IRQ on MOSI Disabled Clock vc3
72. hbriefs com component content article 2027 s d Obtido em 25 de Julho de 2009 de www techbriefs com Jinggao Li a J P 2007 Interdigital capacitive strain gauges fabricated by direct write thermal spray and ultrafast laser micromachining Sensors and Actuators A 133 pp 1 8 OMEGA s d http www omega com Literature Transactions volume3 strain html Obtido em 24 de Julho de 2009 de www omega com Honeywell s d FSS Low Profile Force Sensors Data Sheet 104 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 HOKURIKU s d HFD 500 Data Sheet Honeywell s d FSG15N1A Data Sheet Honeywell s d FS01 FSO3 Force Sensors Data Sheet Brown B s d INA126 MicroPOWER INSTRUMENTATION AMPLIFIER Single and Dual Versions Data Sheet JFET INPUT OPERATIONAL AMPLIFIERS SLOS081A D2297 FEBRUARY 1977 REVISED NOVEMBER 1992 Data Sheet Institute of Measurement and Control Originally Published 1996 Reviewed and Re issued 2003 A Code of Practice for the Calibration of Industrial Process Weighing Systems Erdem U 1982 Force and weight measurement J Phys E Sci Instrum Vol 15 British Standards Institution Precision of Test Methods 1 Guide for the Determination and Reproducibility for a Standard Test Method BS 597 Part 1 London BSI 1975 National Instruments Corporation All rights r
73. ia da qualidade de vida atrav s do desenvolvimento e melhoramento dos equipamentos relacionados com as tarefas de dactilografar tornando os mais ergon micos Os Equipamentos Existentes para Estudar a For a Aplicada ao Dactilografar Resultados obtidos por Rempel et al 1994 determinam que o pico de for a t pico aplicado por um sujeito ao dactilografar varia entre 1 6N e 5 3N Valor que depende quer das caracter sticas nicas do sujeito em estudo quer de propriedades intr nsecas do teclado em utiliza o 14 Para efectuar estudos deste g nero foram desenvolvidos alguns equipamentos tendo todos eles como base uma luva onde s o dispostos os elementos sensores de for a A espessura da luva e a coloca o dos sensores assim como a tecnologia utilizada variam bastante em cada caso revelando a especificidade da cria o dessa instrumenta o com vista sua utiliza o num ensaio bem definido Em 15 desenvolveu se uma luva fina para testes cl nicos com elementos sens veis de fibra ptica Estes possu am uma resolu o de 0 4N e uma gama din mica de 2N a 95N Outros m todos mais elaborados 16 procuram criar uma malha artificial de fibras ocas calculando a for a atrav s de altera es na capacidade em pontos de 11 cruzamento das fibras Tamb m tirando partido da varia o da capacidade o estudo 17 calcula o valor da for a explorando uma rela o n o linear entre a for a aplicada e a altera
74. ias Associadas ao Acto de Dactilografar Actualmente o uso de computadores encontra se generalizado a n vel mundial Estimou se em 2008 que o n mero de computadores instalados j superava a marca de 1 bili o de unidades e previu se que at ao ano de 2014 esse volume iria duplicar 1 A confirmar estes dados encontram se os indicadores crescentes da utiliza o das novas tecnologias de comunica o global como a Internet Levantamentos estat sticos apontam que para uma popula o mundial estimada em 2008 de 6 710 029 070 habitantes 23 8 utilizavam a Internet tendo se registado um crescimento no n mero de utilizadores entre os anos de 2000 e 2008 na ordem dos 342 2 2 A Wellnomics apresentou em 2007 uma an lise ao comportamento de 50 000 utilizadores de computadores pertencentes a um total de 95 organiza es espalhadas pelo mundo 3 Este estudo revelou que a maioria dos trabalhadores durante as horas de trabalho utiliza o computador uma m dia de 2 4 horas por dia o que d em m dia 12 4 horas por semana numa semana com 5 dias de trabalho O mesmo estudo reporta tamb m que 12 dos utilizadores excede as 20 horas semanais de utiliza o e que 1 excede as 30 horas de utiliza o do computador Dados que n o t m em conta a utiliza o do computador nos per odos de lazer factor que ir certamente aumentar a m dia da sua utiliza o Ainda neste estudo s o apontados como factores responsaveis pelo aparecim
75. ido todos os erros quer de sintaxe quer na configura o dos recursos do PSoC o utilizador corre o gerador de projecto e o PSoC Designer constr i o ficheiro 56 hexadecimal que ir programar o dispositivo PSoC alvo neste caso o CY8C27443 24PVXI da placa FTRF A Selec o e Configura o dos User Modules Para implementar o sistema de processamento de sinal da Figura 1 necessitamos de seleccionar dois multiplexadores um amplificador diferencial um ADC o protocolo de comunica o CyFi SNP e um temporizador De seguida vamos analisar estas escolhas e a sua configura o no universo de possibilidades dispon veis no interior do PSoC CY8C27443 O Multiplexador 4 para 1 Existem no PSoC dois tipos de multiplexadores anal gicos O primeiro tipo tem 4 entradas para 1 sa da o segundo tipo tem 8 entradas para 1 sa da A implementa o dos multiplexadores de qualquer um dos tipos n o utiliza nenhum bloco dos recursos do PSoC apenas utilizada a mem ria Flash associada implementa o das API para executar a multiplexagem nos multiplexadores j existentes no PSoC Estes dois tipos de multiplexadores t m propriedades em tudo semelhantes como a elevada imped ncia de entrada ou a capacidade dos sinais de entrada poderem ser rail to rail Diferem apenas no n mero de entradas que varia de 4 para 8 Como para implementar a instrumenta o desejada apenas necessitamos de multiplexar os sinais de 4 sen
76. igitais do PSoC Os GPIOs cont m buffers de entrada drivers de sa da mem ria para armazenamento do bit associado ao estado l gico do GPIO e a l gica necess ria para preparar a configura o de cada pino para a sua liga o com o exterior drive mode Cada porta de I O do PSoC possui um registo associado de 8 bits ou seja cada porta possui oito blocos id nticos de GPIO interligados cada pino possui um bloco de GPIO mas de modo a que cada bloco possua o seu endere o assim como o seu bit de registo pr prio Cada bloco pode suportar entradas e sa das anal gicas ou digitais assim como v rios drive modes e tipos de interrup es Todas estas propriedades s o configur veis atrav s de registos pr prios para cada bloco de GPIO Uma das opera es b sicas com as portas GPIO consiste em receber ou enviar informa o Esse processo faz se atrav s dos registos PRTxDR x representa o n mero da porta Neste registo cada bit representa o estado de um pino da porta em quest o tendo sempre em conta o drive mode programado para cada GPIO O diagrama de blocos para cada GPIO est descrito na Figura 10 assim como as configura es e esquem ticos de cada drive mode Os drive modes dispon veis s o sumariamente High Impedance Analog este modo de condu o utilizado para conectar sinais anal gicos Neste caso todas as liga es entre o registo PTRxDR respons vel pela porta x e o pino s o desligadas para que n o exis
77. instrumenta o A imagem do Hub utilizado no projecto constitui a figura 21 Figura 21 Foto do Hub do projecto formado pela placa FTPC do kit CY3271 e por um cabo USB O Software Cypress Sense and Control Dashboard SCD 34 35 O SCD permite o armazenamento e a monitoriza o de sensores ou redes de sensores ligados a dispositivos PSoC Este software comunica por USB com a placa FTPC do kit CY3271 Ele permite ainda iniciar a liga o do Hub ao Nodo no protocolo Wireless CyFi atrav s de um evento accionado pelo utilizador e ainda possibilita o controlo das redes Wireless CyFi dispon veis Permite tamb m configurar os pacotes de dados recebidos de acordo com a sua dimens o forma e modo de interpreta o 51 dos dados recebidos dispondo os sob a forma de um grafico no tempo ou de um mostrador Adicionalmente o software SCD permite calibrar agregar dados de varios sensores e configurar alarmes O ambiente da SCD encontra se representado na Figura 22 exemplificando uma aquisi o de temperaturas ai dA BH EQ Temperature on RF Expansion Board L Temperate Text on RF Eparcion Goard 1 H La raponad value H 26 4 E Deg Asperted at H 20 2 2008 8 57 27 AM it Texpessbre Text 4 on RE Esparcion Board 2 i Las reported vsue H 26 5 4 Reported at 20 2 2008 amp 57123 AM Figura 22 O ambiente de monitoriza o da SCD Imagem retirada de 34 52 O Nodo O hardware do Nodo 34
78. irada de 1 p g 18 Tabela 1 Compara o de algumas propriedades das tecnologias utilizadas em strain gauges p g 20 Tabela 2 Compara o dos sensores pass veis de serem utilizados neste projecto p g 22 Figura 4 direita foto da montagem para calibrar o sensor FSS esquerda foto das massas de refer ncia utilizadas para a calibra o p g 23 Tabela 3 Massas de refer ncia utilizadas p g 24 Tabela 4 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS pag 25 Gr fico 1 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS p g 25 Tabela 5 Estudo da repetitividade do sensor FSS p g 25 Figura 5 a Espa o de mem ria ocupado por diferentes tecnologias wireless b Resposta do CyFi as interfer ncias do meio c Comparativo entre tecnologias da imunidade s interfer ncias e agilidade na altera o do canal de comunica o Direitos das imagens detidos por O 2008 Cypress Semiconductor Corporation p g 32 Figura 6 Esquema da modeliza o por Direct Sequence Spread Spectrum DSSS Direitos da imagem detidos por O 2008 Cypress Semiconductor Corporation p g 33 Figura 7 Esquema da instrumenta o p g 33 Figura 8 Diagrama de blocos sobre a arquitectura geral da fam lia de microcontroladores PSoC Imagem retirada do Technical Reference Manual 29 p g 34 Figura 9 Esquem tico do n cleo do PSoC Imagem retirada do Technical Refere
79. irmware p g 67 Figura 35 Janela para a liga o no Nodo na rede Retirado da SCD p g 68 Figura 36 Janela para configurar os Dados provenientes de cada sensor do Node Retirado da SCD pag 69 Figura 37 Janela para definir a calibra o do sensor na SCD Retirado da SCD pag 70 Figura 38 Janela para escolha da origem dos dados a carregar no MATLAB Encontram se carregados os dados do dedo indicador direito pag 72 Figura 39 Janela de pop up para selec o do objecto de estudo pag 73 Figura 40 A Aplica o Gr fica ForceGlv em MATLAB pag 75 Tabela 6 Propriedades da instrumenta o p g 77 Tabela 7 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS a operar a 5V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC pag 78 Gr fico 2 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS a operar a 5V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC pag 78 Tabela 8 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS a operar a 3 3V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC pag 80 Gr fico 3 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS a operar a 3 3V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC pag 80 Figura 41 A monitoriza o na SCD com dois Nodos ligados ao Hub Aqui o Hub encontra se a operar a 3 MHz p g 83 Capitulo 1 A Introdu o o Estado da Arte e os Objectivos da Instrumenta o G nese das Patolog
80. isponibiliza na ferramenta do PSoC Designer uma biblioteca de fun es perif ricas pr testadas e pr constru das designadas por user modules Os user modules tornam a selec o e implementa o dos sistemas anal gicos e digitais bastante mais simples pois enquanto o utilizador selecciona e posiciona o sistema desejado UART ADC DAC atrav s do IDE est a seleccionar um user module que estabelecer automaticamente os registos b sicos necess rios implementa o dessa fun o mobilizando os blocos anal gicos e digitais necess rios e fornecendo uma lista de par metros que o utilizador pode particularizar de modo a ir de encontro aos 55 objectivos da sua instrumenta o Adicionalmente cada user module providencia ao utilizador fun es de alto n vel para controlar e responder a eventos no hardware designadas por API Application Programming Interface As API s o utilizadas na constru o do firmware e para cada user module cont m fun es como ligar desligar o n vel de alimenta o do user module e outras mais espec ficas Ap s seleccionar e posicionar os user modules na matriz de blocos anal gicos e digitais dispon veis no PSoC Designer o utilizador deve rotear os sinais entre os blocos utilizados e entre os GPIOs e os blocos de acordo com o processamento de sinal a realizar Tamb m nesta altura devem se seleccionar e ligar correctamente as fontes de rel gio aos dispositivos que elas v o tempo
81. ito blocos digitais dispostos em duas linhas com quatro blocos digitais cada Tamb m possui doze blocos configur veis anal gicos dispostos em 4 colunas de 3 blocos Este PSoC possui doze GPIOs que aceitam sinais anal gicos enquanto todos os 28 GPIOs dispon veis podem aceitar sinais digitais O CY8C27443 24PVXI est contido num inv lucro do tipo SSOP Cont m uma mem ria Flash de 16 Kbytes e 256 bytes de RAM 53 Figura 23 Foto do Nodo do projecto composto pela placa FTRF pela placa AAA e pelo sensor de for a FSS O Sistema a Configurar no PSoC O diagrama dos recursos da placa FTRF PSoC utilizados para adquirir e processar o sinal proveniente do sensor de for a tal como os recursos utilizados para estabelecer a comunica o de dados encontra se na figura 24 Placa FTRF Placa AAA Radio Transceiver Multiplexadores Anal gicos Temporizador de 8bits Bot o 1 Bot o 2 LED Vermelho LED Verde Baterias AAA Figura 24 Diagrama de blocos da arquitectura do Nodo com os principais elementos utilizados para processar o sinal do sensor de for a e a sua localiza o no dispositivo 54 Portanto para ler o sinal diferencial do sensor de for a temos de primeiro rotear esse sinal atrav s dos GPIO dispon veis devidamente configurados como de imped ncia anal gica elevada S ent o os sinais V e V provenientes do sensor s o encaminhados para um multiplexa
82. kgroundColor 0 1 0 bordertype beveledout fontsize 10 FontWeight bold ForegroundColor 0 O 0 title Tratamento TitlePosition centertop position 0 48 0 05 0 50 0 30 SelectionChangeFcn butoes botao zero uicontrol parent grupobutton style radiobutton tm tm string Remover Offset tempo morto OT backgroundcolor 1 0 0 position 40 160 200 20 tag zero botao rms uicontrol parent grupobutton style radiobutton string Route Mean Square rms 15sp OT backgroundcolor 1 0 0 position 40 130 200 20 tag rms botao max uicontrol parent grupobutton style radiobutton string Maximos max 15sp OT backgroundcolor 1 0 0 position 40 100 200 20 tag max botao_quartis uicontrol parent grupobutton style radiobutton string Quartis QI backgroundcolor 1 0 0 poss tion 40 70 200 20 tag quart botao hist uicontrol parent grupobutton style radiobutton etring Histograma OT backgroundcolLor 1 0 0 position 40 40 200 20 tag hist botao acum uicontrol parent grupobutton style radiobutton 92 string Probabilidade Acumulada OT backgroundcolor 1 0 0 position 300 160 200 20 tag PA botao temp uicontrol parent grupobutton st
83. l Avaliar4 Dta Ind Tempo Dta Med Tempo Dta Anl Tempo Dta Min Tempo actual selected data Dta Ind Tempo Dta Med Tempo Dta Anl Tempo Dta Min Tempo actual zerofree removezeros Dta Ind Tempo removezeros Dta Med Tempo removezer os Dta Anl Tempo removezeros Dta Min Tempo plot actual selected data case Mao Esq todos os Dedos axes graficol Avaliar4 Esq Ind Tempo Esq Med Tempo Esq Anl Tempo Esq Min Tempo actual selected data Esq Ind Tempo Esq Med Tempo Esq Anl Tempo Esq Min Tempo actual zerofree removezeros Esq Ind Tempo removezeros Esq Med Tempo removezer os Esq Anl Tempo removezeros Esq Min Tempo plot actual selected data case Duas maos todos os Dedos axes graficol Avaliar8 Dta Ind Tempo Dta Med Tempo Dta Anl Tempo Dta Min Tempo Esq I nd Tempo Esq Med Tempo Esq Anl Tempo Esq Min Tempo actual selected data Dta Ind Tempo Dta Med Tempo Dta Anl Tempo Dta Min Tempo Esq Ind _Tempo Esq Med Tempo Esq Anl Tempo Esq Min Tempo actual zerofree removezeros Dta Ind Tempo removezeros Dta Med Tempo removezer os Dta Anl Tempo removezeros Dta Min Tempo removezeros Esq Ind Tempo removezeros Esq Med Tempo removezeros Esq Anl Tempo re movezeros Esq Min Tempo plot actual selected data end end selection change Fnc callback para detectar as mudan as no p
84. lar construction The use of innovative elastomeric technology and engin ered molded plastics result in load excitation capacities of 4 5 5 5 kg over force The stainless steel ball provides excelent mechanical stability and is adaptable to a variety of applications The FSS sensor delivered 20 million operations in Mean Cycles to Failure MCTF reliability testing at 50 C 122 F This test determines the number of possible sensor operations at full scale until failure Various electric interconnects can accept prewired connectors printed circuit board mounting and surface mountings The unique sensor design also provides a variety of mounting options that include mounting brackets as well as application specific mounting requirements A WARNING MISUSE OF DOCUMENTATION The information presented in this product sheet is for reference only Do not use this document as a product installation guide Corplete installation operation and maintenance information is provided in the instructions supplied with each product Failure to comply with these instructions could result in death or serious injury 100 Force Sensors FSS Low Profile Force Sensors FS Series PERFORMANCE CHARACTERISTICS 5 0 0 01 Vdc Excltatlon 25 C 77 F EXCITATION SCHEMATIC Paramatar Min Msx Units Excitation 5 Vdc Typ 12 Null Offset 15 o A5 mV Vdc Max Operating Fores 0 1500 grams Saneittvity i 012 i4 mvigam Linearity B FS L 215
85. lt length Finger data_final segmentos id Finger data final ss 1 id id 1 end end maximosl5sp n max segmentos end end function s offset removeoffset c offset Q Remove o offset em Newtons offset round mean c_offset 1 60 s_offset c_offset offset end function Finger data_final removezeros Finger data_nonsupressed Fun ao que remove ao conjunto de dados o valor registado pelo dispositivo quando o sujeito n o exerce qualquer tipo de for a O valor zero obtido na m dia das primeiras 60 amostras 2 segundos NOTA O sujeito n o deve tocar em nada nos primeiros segundos em que se inicia a aquisi o Obter o valor ADC para o zero valorzero round mean Finger data nonsupressed 1 60 offset valorzero SObter os dados finais o valor ADC para o zero Finger data final idx 1 treshold min Finger data_nonsupressed 1 for x l length Finger data nonsupressed if Finger data nonsupressed x 1 gt valorzero Finger data final idx 1 Finger data nonsupressed x 1 idx idx 1 end end Finger data final Finger data final offset end function valormsl5sp RMS15sp Finger data final ale Fun o que calcula o valor rms de 15 em 15 amostras e retorna um vector com os resultados valormsl5sp for n 1 length Finger data final 15 1 segmentos id 1 for ss n 15 n 15 15 if ss lt length Finger data final segmentos id Finger data final ss 1 id id
86. m da alimenta o a 3 3V assenta no facto de ser mais comum e acess vel encontrar baterias que alimentem a 3 3V do que a 5V Repetiu se assim o procedimento da calibra o est tica desta vez para uma calibra o de 3 3V Os resultados desta calibra o encontram se na Tabela 8 e no Gr fico 3 19 Tabela 8 Resultados da calibra o est tica do FSS Low Profile Force Sensors a operar a 3 3V e ligado 4 instrumenta o desenvolvida no PSoC Massa Aplicada gramas Valor do ADC valor ADC rectificado Valor voltagem mV Intervalo de massa g Sensibilidade mV g 0 00 21 8 25 78 1 18 21 8 133 25 78 91 1 90 23 0 99 112 9 140 9 116 02 42 3 77 34 1 83 155 2 146 15 193 36 90 4 103 13 1 14 245 6 154 23 296 48 54 9 38 67 0 70 300 5 157 26 335 16 78 4 141 80 1 81 378 9 168 37 476 95 57 5 64 45 1 12 436 4 173 42 541 41 75 9 103 13 1 36 512 3 181 50 644 53 58 7 77 34 1 32 571 187 56 721 88 Sensibilidade Media 1 27 0 08 Voltagem medida mV E Ez Eno mo soa Massa aplicada gramas Gr fico 3 Resultados da calibra o est tica do FSS Low Profile Force Sensors a operar a 3 3V e ligado instrumenta o desenvolvida no PSoC A sensibilidade est tica para o sensor FSS quando alimentado a 3 3V desce para 0 0795 mV g o que sucede devido sa da ratiom trica do sensor sa da proporcional ao valor de alimenta o No entanto apesar da sensibilida
87. ma de Aquisi o de Dados com as funcionalidades desejadas Foram encontrados dois tipos de Sistemas de Aquisi o de Dados Um dos tipos os chamados Sistemas de Aquisi o em tempo real permite a aquisi o e utiliza o simult nea dos dados e em tempo real alguns destes tamb m permitem o armazenamento dos dados para posterior processamento O outro tipo consiste nos sistemas que adquirem os dados e os armazenam imediatamente para an lise e uso posterior envolvem necessariamente o uso de algum tipo de mem ria designados por Data Loggers 21 Na categoria de Sistemas de Aquisi o de Dados em tempo real foram estudadas as solu es port teis da National Instruments NI nomeadamente as N USB 6008 NI USB 6009 NI USB 621x e as Portable E Series Embora sejam solu es port teis e de dimens o relativamente pequena n o utilizam comunica o wireless e s o alimentadas por cabo USB ou por outro tipo de cabo de liga o ex BNC e n o por baterias factores que retiram a mobilidade desejada e que as excluem como sistemas de aquisi o de dados para este projecto Solu es da NI com comunica o wireless como a NI Wi Fi Data Acquisition apresentam se com dimens es demasiado grandes para a sua utiliza o neste projecto 28 Na categoria de Data Loggers foram estudadas as solu es da dataTaker e da DataQ dispositivos que embora sejam alimentados a bateria t m limita es quanto a taxa de amostragem qu
88. nce Manual 29 pag 35 Figura 10 Diagrama de blocos de cada GPIO esquem tico dos drive modes Imagem retirada do Technical Reference Manual 29 p g 38 Figura 11 Diagrama do Sistema Digital Imagem retirada do Technical Reference Manual 29 p g 39 Figura 12 Diagrama da arquitectura de um Bloco Digital Imagem retirada do Technical Reference Manual 29 p g 40 Figura 13 Diagrama do sistema anal gico Retirada do Technical Reference Manual 29 pag 41 Figura 14 Esquem tico do bloco anal gico CT Retirada do Technical Reference Manual 29 p g 43 Figura 15 Esquem tico do bloco anal gico SC do tipo C Retirada do Technical Reference Manual 29 p g 44 Figura 16 Esquem tico do bloco anal gico SC do tipo C Retirada do Technical Reference Manual 29 p g 44 Figura 17 Diagrama dos recursos adicionais do PSoC Retirada do Technical Reference Manual 29 p g 45 Figura 18 Ambiente de desenvolvimento do PSoC Designer p g 47 Figura 19 As cinco placas dispon veis no kit first touch CY3271 33 p g 48 Figura 20 As placas do kit CY3271 utilizadas no projecto 20a A placa FTPC 20b A placa FTRF 20c A placa AAA p g 49 Figura 21 Foto do Hub do projecto Formado pela placa FTPC do kit CY3271 e por um cabo USB p g 51 Figura 22 O ambiente de monitoriza o da SCD Imagem retirada de 33 p g 52 Figura 23 F
89. ndustrial Process Weighing Systems nomeadamente a descri o do processo de calibra o atrav s de massas de refer ncia 13 Figura 4 direita foto da montagem utilizada para calibrar o sensor FSS esquerda foto das massas de refer ncia utilizadas para a calibra o O conjunto de massas utilizado foi pesado com uma balan a PK 601 da Denver Instrument capaz de pesar um m ximo de 600 grama com uma resolu o de 0 1 grama As massas utilizadas no processo de calibra o est o dispon veis na tabela 3 A rela o entre for a e massa dada atrav s da lei do movimento de Newton que estabelece a rela o F ma onde a a acelera o da massa O peso de um objecto ent o o produto da sua massa pela acelera o da gravidade cujo valor padr o g 9 80665 m s Esta rela o permite utilizar as massas como refer ncia para calibrar o sensor de for a permitindo posteriormente a passagem para o valor correspondente em Newton utilizando o valor de g 14 23 Tabela 3 Massas de refer ncia utilizadas 133 3 132 7 Massas Pequenas MP Para se efectuar a calibra o est tica recorreu se a um suporte universal com uma garra permitindo assim aplicar as massas de refer ncia directamente no sensor utilizando o aplicador das massas dispositivo vis vel na Figura 4 ao lado das massas de refer ncia A montagem criada tenta garantir o equil brio das massas em cima do sensor e tamb m
90. nsor escolhido O erro associado a cada medi o de 1 LSB ou seja de 0 0066 Newtons 6 567 grama Esta calibra o n o utiliza os dez pontos definidos numa gama de O a 571 grama devido a limita es do PSoC Isto porque para uma amplifica o de 16 vezes do sinal diferencial ultrapassada um pouco antes da aplica o das 378 9g a limita o de tens es internas do dispositivo que Vss 3 3V neste projecto Este facto acontece porque a tens o do sinal diferencial amplificada somada ao valor de tens o comum de entrada no PSoC antes da liga o ao ADC Isto faz com que aos cerca de 2 6V de tens o comum seja somada uma tens o diferencial igual a 16 vezes 0 12 mV g x 378 9 g ultrapassando o Vss Logo o sistema para um sensor FSS alimentado a 5V satura por volta das 365 grama n o permitindo sequer utilizar a totalidade da meia escala dispon vel do ADC Para operar a 5V e obter a gama de entrada especificada para este projecto necess rio baixar a amplifica o para um valor menor do que 16 vezes valor mais baixo que associado obrigatoriedade de manter as voltagens de refer ncia do ADC compromete a resolu o final da instrumenta o Isto levou nos a optar por outro caminho para adequar este sensor ao PSoC placa FTRF Este outro caminho traduz se em alimentar do sensor a 3 3V Deste modo para al m de baixarmos a tens o comum utilizamos a totalidade da meia escala dispon vel do ADC Outra vantage
91. o nomeadamente possuir uma resolu o superior ter uma gama din mica adequada ao tipo de estudos pretendido e eliminar por constru o constrangimentos t cnicos e motores encontrados noutros modelos permitindo obter resultados fi veis Factores que retiram habilidade motora ao sujeito como luvas espessas e ou produzidas em materiais pesados e a exist ncia de v rios cabos ou fios que para al m de alterarem a destreza motora ainda por vezes produzem efeitos psicol gicos limitadores no sujeito s o factores a ter em conta no desenvolvimento desta instrumenta o 12 Os objectivos a atingir com o desenvolvimento desta instrumenta o est o sumariados de seguida gt Desenvolver um sistema para aplicar numa luva capaz de registar a for a aplicada ao teclar pelos dedos indicador m dio anelar e m nimo gt Utilizar um sensor de press o fi vel capaz de operar numa gama de for as de O a 10N gt Desenvolver um sistema para aquisi o e condicionamento do sinal que prime pela portabilidade e leveza eliminando v rios cabos e fios dos designs normais que alteram as habilidades motoras t picas do indiv duo gt Utilizar um sistema de comunica o Wireless para enviar os dados provenientes do sistema de aquisi o e condicionamento para o PC para posterior armazenamento e tratamento dos dados 13 Capitulo 2 Desenvolvimento do Hardware O Sensor Introdu o s Medi es de For a 1 2 O p
92. o DSSS e aumentar a pot ncia das ondas r dio a fim de eliminar a necessidade de retransmiss es Estas decis es s o realizadas em tempo real pelo transceiver permitindo uma maior economia energ tica ORIGINAL DATA ERREI ENCODED INTO 32 CHIPS E RR O SS O O O DO DD O mF CHIP ERRORS rimodoocmi1ioc1mM100m v ORIGINAL DATA BDO RECOVERED Figura 6 Esquema da modula o por Direct Sequence Spread Spectrum DSSS Direitos da imagem detidos por O 2008 Cypress Semiconductor Corporation Esquema do Projecto Apresenta se agora na Figura 7 um esquema resumindo a estrutura da instrumenta o deste projecto com a especifica o das escolhas que foram sendo tomadas Ed Sensor de For a Press o da FSS Series da Honeywell Gama de Entrada O 1500 gramas Dimens es 9 14x5 59x3 75 mm Cypress Programmable System on Chip PSoC Este chip possui para al m de um microcontrolador blocos anal gicos e digitais configur veis o que permite condicionar o sinal anal gico transform lo num sinal digital e implementar o protocolo de comunica o Wireless CyFi tudo num s Chip PC com um dispositivo Wireless CyFi USB Para a recep o dos dados enviados pela luva e a passagem destes para o PC CyFi Transceiver 2 4 GHz Direct Sequence Spread Spectrum DSSS radio Transceiver Bateria Figura 7 Esquema da instrumenta o 33 O PSoC A Arquitectura Geral do PSoC
93. o ILO O bot o SW2 foi ido Sim Desliga os blocos id s a anal gicos e termina o protocolo N o Figura 34 A estrutura do firmware Capitulo 3 Desenvolvimento do Software A SCD Iniciar a Liga o Hub Nodo 34 A SCD como j havia referido permite monitorizar e armazenar os dados enviados pelo s Nodo s ao Hub tamb m atrav s deste programa que poss vel criar redes e controlar o Hub do kit CY3271 Para iniciar a monitoriza o e aquisi o dos dados de for a provenientes do sensor necessitamos de ligar o Hub ao PC e iniciar a aplica o Sense and Control Dashboard SCD Ap s ligar a alimenta o do s Nodo s adicionamo lo s rede atrav s da SCD figura 35 Ap s o Hub e o Nodo terem partilhado os par metros de rede e da comunica o ser estabelecida Node Binding 1 of 2 apresentada uma mensagem de id Step 1 sucesso posteriormente pedido Click button to begin Binding Begin Binding para configurar o tipo de informa o que o Nodo envia Step 2 Press the Connect button on the Node 00 19 Result SUCCESS Node bound with Node ID Figura 35 Janela para a liga o no Nodo na rede Retirado da SCD Found Node with Radio ID x2BAB1632 68 Configurar os Dados do Nodo Os pacotes de dados provenientes do Nodo t m de ser correctamente interpretados pela SCD a fim de serem monitorizados e amostrados A janela a exemplificar
94. oi parado e os dados obtidos pela SCD exportados para a interface ForceGlv onde foram analisados O objectivo era verificar se a instrumenta o criada suporta o armazenamento e tratamento de um conjunto de dados resultante de uma aquisi o de 50 minutos O teste teve um resultado positivo A SCD armazena o conjunto de dados adquirido durante os 50 minutos num ficheiro CSV e permite export lo para o MATLAB que tamb m consegue manipular matrizes com estas dimens es A taxa de amostragem da instrumenta o desenvolvida ronda as 30 amostras por segundo o que numa aquisi o de 50 minutos resulta em 90 000 amostras O tempo de aquisi o n o foi testado para valores superiores a 50 minutos pelo que recomendado exportar os dados obtidos ap s os per odos de 50 minutos previstos para os per odos de estudo cont nuo com esta instrumenta o 81 Multiplexagem Para testar a multiplexagem foi ligado o sensor FSS num dos dois lugares disponiveis na placa FTRF No outro lugar disponivel para um segundo sensor foi ligada uma fonte de tensdo DC Este teste tem a finalidade de demonstrar que um Nodo pode suportar mais do que um sensor e tamb m que pode ser constru da no PSoC uma plataforma que adquira os dados de quatro sensores de for a indo de encontro aos objectivos desta instrumenta o Mais uma vez a aquisi o foi obtida atrav s da SCD O resultado deste teste foi positivo A multiplexagem funcionou embora se tenha regista
95. ologias vari veis Cada bloco CT cont m tamb m uma matriz de resist ncias de precis o controladas por um registo pr prio assim como um comparador de baixo consumo Ver figura 14 42 TestMux LPCMPEN RefHi RefLo AGND ie Gain ABUS AnalogBus PMuxOut CompCap D OUT PWR E gt gt ceus Block inputs cBus Portinput Driver Transparent PHI or PH GOUT LOUT oe F QE Us oe INSAMP SCBLK LIN AGND Vss AdjacentColumnRBOTMUX Figura 14 Esquematico do bloco anal gico CT Retirada do Technical Reference Manual 30 A semelhan a dos blocos CT os blocos anal gicos com condensadores comutados ou blocos SC Switch Cap s o constru dos com entradas e sa das rail to rail de baixo offset um amplificador operacional de baixo ru do v rios multiplexadores e tamb m com um comparador Como elementos diferenciadores possuem quatro condensadores configur veis ligados ao amplificador operacional Cada um destes condensadores define um ramo espec fico sendo os ramos designados por A Cap B Cap C Cap e F Cap semelhan a dos blocos CT tamb m aqui os multiplexadores controlam a topologia interna dos blocos SC Adicionalmente existe um grupo espec fico de multiplexadores utilizados para o processamento do sinal que sincronizam actividades dentro do bloco baseados nas fases do temporizador associado ao bloco SC fases PHI1 e PHI2 Como tinha referido cada coluna anal gica possui dois tipos de blocos S
96. om trica e n o amplificada A sa da deste sensor deve ser medida como uma tens o diferencial A folha de especifica es Data Sheet deste sensor encontra se no anexo IV Calibra o Est tica no Sensor Seleccionado Para comprovar algumas propriedades do sensor ele foi montado num circuito de teste que inclui um amplificador operacional INA126P 11 configurado como amplificador diferencial Este amplificador est configurado com o ganho m nimo permitido por constru o do pr prio que 5 e est alimentado com tens es de alimenta o V 15V atrav s duma fonte de tens o DC O circuito tamb m possui um divisor de tens o para obter a partir dos 15V os 5V necess rios para alimentar o sensor de acordo com as especifica es deste O circuito cont m ainda um circuito tamp o buffer criado a partir de um amplificador operacional TLO81CP 12 configurado como um seguidor de tens o para alimentar o sensor com os 5V desejados e dois condensadores de 100 nF para minorar o ru do nas tens es de alimenta o A sa da do amplificador operacional INA126P foi obtida e registada 22 atrav s de um oscilosc pio da Pico modelo ADC 200 20 com 8 bits de resolu o e uma incerteza associada de 3 da medi o Procedeu se calibra o est tica do sensor para comprovar algumas propriedades descritas na Data Sheet A calibra o foi realizada tomando por refer ncia A Code of Practice for the Calibration of I
97. ontra se completo Resta gerar a aplica o final em firmware que ir definir o funcionamento quer do hardware seleccionado quer das tarefas a executar com os dados na solu o final O aspecto do ambiente de desenvolvimento do PSoC Designer no final deste processo de configura o do hardware m dulos do PSoC est apresentado na Figura 33 ForceFingerTips PSoC Designer 5 0 File Edit View Project Interconnect Build Debug Program Tools Window Help nBda SER ES BOB fz oe Ge E Fe as Global Resources forcefingertips 8x Start Page forcefingertips Chip main c 4 gt x Workspace Explorer 4 X o CPU Cock 12 MHz SysCk 2 A wae A app Os lig Workspace ForceFingerTips 1 amp 32K Select Intemal Ito r ForceFingerTips CY8C2 PLL_Mode Disable z linea S E ForceFingerTips Chip Sleep_Timer 64 Hz Wr 1 k Loadable Configuratil 5 VC1 SysCik N 6 F E 5 forcefingertips 7 VC2 VCI N 1 J E ADCINC1 VC3 Source SysCk 1 4 AMUXA 1 VC3 Divider 6 AMUX4_2 SysCk Source intemal 24 MHz gt A s Rog x E cyrisnP 1 SysCIk Disable No z Roi Fe 7 EPA CPU Clock fa EU E PGA2 Selects the CPU clock speed from 93 75 KHz to 24 MHz IBS ring E E Tres 1 Derived from the SysCik This setting af
98. oss veis sensores piezoresistivos dos quais aplicando os crit rios de menor dimens o peso linearidade capacidade de compensa o da aplica o de uma carga fora do eixo de leitura do sensor e gama din mica de entrada m nima de O 10 Newton resultou na escolha do sensor FSS Low Profile Force Sensors fabricado pela Honeywell 21 Apresenta se de seguida uma tabela com a descri o sum ria dos quatro sensores analisados Tabela 2 Compara o dos sensores pass veis de serem utilizados neste projecto Nota ND N o Dispon vel As dimens es dos sensores s o apresentadas em mil metros Sensor Produtor sensibilidade off axis loading Dimens es cxlxa FSS Low Profile Force Sensors HONEYWELL 0 12 mV g 0 1500 g Sim 9 14x5 59x3 75 1 5 FSS HFD 500 HOKURIKU 20mV N O 5N nD 7 0x5 2x29 3 FSS FSG 15N1A HONEYWELL 0 24mV g 0 1500g Sim 12 7x8 0x10 3 1 5 FSS FS01 FSO3 Force Sensors HONEYWELL 4 41 mV g 0 680g Sim 25 1x17 27x8 26 1 0 FSS Com amplificador incorporado Propriedades do Sensor Seleccionado 7 O sensor FSS Low Profile Force Sensors utiliza o sil cio como elemento sens vel piezoresistivo e produzido atrav s de micromaquina o O projecto deste transdutor disp e o elemento sens vel num circuito em ponte de Wheatstone n o compensada permitindo assim uma sa da est vel em tens o para toda a gama de entrada Este sensor de baixo consumo possui uma sa da rati
99. oto do Nodo do projecto composto pela placa FTRF pela placa AAA e pelo sensor de for a FSS p g 54 Figura 24 Diagrama de blocos da arquitectura do Nodo com os principais elementos utilizados para processar o sinal do sensor de for a e a sua localiza o no dispositivo p g 54 Figura 25 As propriedades do multiplexador 4 1 na instrumenta o final Imagem retirada do PSoC Designer p g 58 Figura 26 Topologia do amplificador diferencial implementado na instrumenta o final e as equa es que descrevem o seu funcionamento Retirado da AN2367 38 p g 58 Figura 27 Propriedades dos dois PGAs em cima o seu posicionamento e liga es em baixo na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer p g 60 Figura 28 Esquem tico do ADCINC com um modulador de 22 ordem Retirada da Data Sheet 41 p g 62 Figura 29 Propriedades do ADCINC na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer p g 62 Figura 30 Par metros do CyFi SNP na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer pag 63 Figura 31 As propriedades do temporizador na instrumenta o final Retirado do PSoC Designer p g 64 Figura 32 Propriedades dos recursos globais do PSoC na instrumenta o final Retirada do PSoC Designer p g 64 Figura 33 O aspecto do PSoC Designer ap s a configura o dos m dulos para este projecto p g 65 Figura 34 A estrutura do f
100. programador e outro que comunica com o primeiro e que cont m as liga es ao CyFi transceiver permitindo a esta placa actuar como Hub no protocolo de comunica o sem fios CyFi poss vel aceder e alterar este segundo PSoC da placa FTPC A placa FTRF Figura 20b que alimentada pela placa AAA Figura 20c Estas duas placas permitem formar o Nodo do protocolo CyFi neste conjunto de placas nomeadamente no PSoC da placa FTRF que se encontra a pedra basilar deste projecto onde se realiza a aquisi o e condicionamento dos dados provenientes dos sensores de for a As cinco GPIO dispon veis na placa FTRF apenas permitem ligar dois sensores de for a uma vez que cada sensor de for a necessita de duas entradas para se obter uma medi o diferencial A instrumenta o a desenvolver consistir na adapta o deste kit de demonstra o da Cypress de modo provar o conceito para apenas dois sensores de for a sendo que como se verificar a instrumenta o facilmente se estender para englobar os quatro sensores de for a por m o que constam nos objectivos Hie 20b 20c Figura 20 As placas do kit CY3271 utilizadas no projecto 20a A placa FTPC 20b A placa FTRF 20c A placa AAA 34 O hardware deste projecto divide se ent o em duas partes l gicas de acordo com o papel desempenhado no protocolo de comunica o wireless e pelas fun es distintas desempenhadas no mbito geral do proj
101. pump pressure Occlusion detection Kidney dialysis machines Load and compression sensing Variable tensions control Robotic end effectors Wire bonding equipment A WARNING PERSONAL INJURY DO NOT USE these products as safety or emergency stop devices or in any other application where failure of the product could result in personal injury Failure to comply with these instructions could result in death or serious injury Sensing and Control Anexo IV A Data Sheet do Sensor FSS 7 Cap 2 Honeywell FS Series The FS Series sensors provide precise reliable force sensing performance in a compact commercial grade package at a cost effective price The sensor features a proven sensing technology that uses a specialized piezoresistive micromachined silicon sensing element The low power unamplified uncompensated Wheatstone bridge circuit design provides inherently stable mV outputs over the force range Force sensors operate on the principle that the resistance of silicon implanted piezoresistors will ncrease when the resistors flex under any appled force The sensor concentrates force from the applications through the stainless steel ball directly to the silicon sensing element The amount of resistance changes in proportion to the amount of force being applied This change in circuit resistance results in a corresponding mV output level change The sensor package design incorporates patented modu
102. que a totalidade da massa de refer ncia seja suportada pelo sensor Na calibra o com massas de refer ncia foram obtidos dez pontos temperatura ambiente numa gama de O at 571 grama O sensor est alimentado a 5V e a sua resposta condicionada pelo circuito de teste descrito anteriormente O valor da resposta do sensor obtido atrav s do oscilosc pio e considerada como resposta do sensor o valor m dio registado no oscilosc pio num intervalo de 80 milisegundos ap s a aplica o da massa de refer ncia A tabela com os resultados da calibra o est tica do sensor seleccionado e o gr fico correspondente assim como a tabela com o teste da repetitividade encontram se na Tabela 4 24 Tabela 4 Resultados da calibra o est tica do sensor FSS Massa Aplicada gramas Valor m dio registado mV Intervalos massa gr Intervalos mV Sensibilidade mV g 0 27 88 21 8 13 19 0 605045872 21 8 41 07 91 1 57 7 0 633369923 112 9 98 77 42 3 24 93 0 589361702 155 2 123 7 90 4 57 2 0 632743363 30 0 546448087 54 0 68877551 36 9 0 64173913 45 7 0 602108037 38 0 647359455 Sensibilidade m dia 0 620772342 0 124154468 E o 400 ESSE SEE SES SSE EE EEE ESSE 350 EEE 300 EEE SEEEES 250 200 150 EEEF 100 E zi 0 4 0 100 200 300 400 500 600 y 0 626x 27 094 Massa Aplicada grama R 0 9998 Output em milivolts Gr fico 1 Resultados
103. r o e dedica o permitiu que eu chegasse at este ponto A eles devo tudo o que sou E a eles dedico este trabalho Indice Capitulo 1 Introdu o o Estado da Arte e os Objectivos da Instrumenta o esee 9 G nese das Patologias Associadas ao Acto de Dactilografar cccccccsscssssecesseesssesssseeeeseeens 9 A Influ ncia do Acto de Dactilografar no Aparecimento de MSDS ccccccecsesseceesssseeesesseees 10 Os Equipamentos Existentes para Estudar a For a Aplicada ao Dactilografar 11 Motiva o e Objectivos de uma Nova INstrUMeNtaGdO ccsesssccceeecessessseceeecseessessaeeeeess 12 Cap tulo 2 Desenvolvimento do Hardware scccsssesssssesscccnccccacsssssscsccscccacsssssscscesscsacasssess 14 O SENSOR Lessa nie vinda deals batten nina nin ai aa ein Uh Das vais belt ntlnda uai aos i ais inda dani ee acetate Ea 14 Introdu o s Medi es de FOLCA cccesssssssecececeseeessnseeeececessesseeeeeccesseseaeeeeeeeseeesaseeeeeeseeeesaaeenseeess 14 Os Tipos de Transdutores de F rca a tiire secas ris Gee Siad Beek dica da Weed ODAS nada Sono Soa nai ds 15 Crit rios de Selec o do Sensor de For a para esta AplicaGdO cc cccccccccsssssscceceesessssseeeeeeseessssaeeees 19 Estudo Comparativo das Tecnologias cccccccccccssssssscesccccesesssseeeeeccesseesseeeeeeeeseeesaseeeeeeseeeesaaseeeeeses 20 Estudo Comparativo dos Sensores Pi ZOresistiVOS ccccccccc
104. r sleepTicksPerSec Polling loop while 1 if Check bind SW1 CYFISNP_1 Start CYFISNP 1 BindStart 0x00 GREEN LED ON CYFISNP 1 Run if CYFISNP 1 eProtState CYFISNP 1 DATA MODE RED LED OFF GetForceReport if CYFISNP 1 TimeExpired amp oneSecTimer TRUE Calibrate ILO Check Data Rx if Check bind SW2 PGA 1 Stop PGA 2 Stop ADCINC 1 StopADC CYFISNP 1 Stop GREEN LED OFF Functions aaa a Sam BOOL Check bind SW1 void Routine to verify if the SWl was pressed returns TRUE if it was pressed returns FALSE if not BOOL Check bind SW1 void PRTIDR amp 0x40 eee Debouce time 5ms if PRTIDR amp 0x40 e amp 0x40 Waits for button release ee else return FALSE BOOL Check bind SW2 void Routine to verify if the SW2 was pressed returns TRUE if it was pressed returns FALSE if not BOOL Check bind SW2 void e PRTIDR amp 0x10 RU A Debouce time 5ms if PRTIDR amp 0x10 eens amp 0x10 Waits for button release pees HS else return FALSE void Calibrate ILO void
105. re outros Os Recursos Adicionais do PSoC 28 30 Os recursos adicionais do PSoC d o mais capacidades ao dispositivo Estes recursos adicionais variam entre as fam lias do PSoC e est o inclu dos no PSoC A sua arquitectura geral descrita na figura 17 SYSTEM BUS Switch Mode tag Accumulate Pump 4 MACs Resources for the CY8C21x34 and CY8C21x23 Resources Available for All Other PSoC Devices Figura 17 Diagrama dos recursos adicionais do PSoC Retirada do Technical Reference Manual 30 Os recursos disponiveis incluem temporizadores digitais registos multiplicador acumulador MAC Multiply Accumulate decimadores 12C refer ncias de tens o unidade de reinicializa o do sistema Switch Mode Pump SMP circuitos de Power on Reset POR e Low Voltage Detect LVD multiplexadores de entrada e sa da e interface USB Como Desenvolver o Projecto e Programar o PSoC 30 31 32 Os dispositivos da fam lia PSoC s o programados atrav s do protocolo ISSP In System Serial Programming Este protocolo permite atrav s de um dispositivo programador externo do tipo ICE n Circuit Emulation e de software adequado programar ou reprogramar o PSoC quando este j se encontra instalado num circuito 45 proprio PCB O programador comunicando em s rie com o dispositivo alvo fornece lhe os comandos e o temporizador necess rios ao procedimento de programa o e descarrega para o
106. repetitividade baixa histerese e boa durabilidade Strain Gauges Fo ve p in Tension 4 a Z Figura 3 Strain gauges ligadas a uma unidade estrutural o Fo a for a aplicada Na figura a as strain gauges v o a sofrer uma tens o enquanto na figura b v o sofrer uma compress o Imagem retirada de 1 Strain Gauges in Compression b d3 Semicondutores As strain gauges baseadas nas propriedades dos semicondutores s o bastante utilizadas na produ o de c lulas de carga transdutores miniaturizados e outros dispositivos para aplica es que requerem a medi o de deforma es muito pequenas S o tipicamente constru das em sil cio ou germ nio Os sensores baseados na tecnologia piezoresistiva dos semicondutores um tipo de dispositivo passivo t m uma reac o semelhante s strain gauges resist ncias el ctricas Isto porque com a altera o de volume do elemento piezoresistivo varia tamb m a resist ncia el ctrica desse elemento Estes sensores apresentam um GF entre 50 e 200 As vantagens deste tipo de sensores s o elevada sensibilidade as 18 deforma es baixa histerese boa durabilidade e tamanho reduzido T m como desvantagens as derivas da sensibilidade pois s o muito sens veis varia o de temperatura luz e humidade para al m de uma elevada n o linearidade na rela o resist ncia deforma o As desvantagens descritas s o colmat veis em parte com uma compen
107. rincipal elemento num sistema destinado a medir for as o transdutor de for a ou c lula de carga do ingl s load cell O transdutor possui um elemento sens vel que produz um sinal el ctrico relacionado com a deforma o sofrida compress o ou alongamento permitindo desse modo estabelecer a rela o com a for a aplicada no transdutor Por fornecer uma resposta deforma o convencionou se chamar a este tipo de transdutores strain gauges De acordo com a tecnologia utilizada estes dispositivos podem ser mec nicos pticos ac sticos e el ctricos Tamb m se podem classificar as strain gauges como dispositivos passivos ou activos Os dispositivos passivos como as resist ncias el ctricas strain gauges ou as strain gauges que possuem elementos piezoresistivos necessitam de uma fonte de energia externa para funcionar Os dispositivos activos como o caso das strain gauges que utilizam elementos piezoel ctricos n o requerem uma fonte de energia externa para laborar As medidas de uma strain gauge s o usualmente dadas em unidades de microstrain ue onde 1ue 1x10 e A strain consiste numa unidade adimensional que exprime a raz o entre a varia o do comprimento do objecto segundo um eixo e o seu comprimento inicial A strain portanto uma altera o de 14 comprimento normalizada ao comprimento inicial O alongamento compress o das strain gauges altera o proporcional for a aplicada quando r
108. rizar Os recursos globais tamb m devem ser definidos no n vel de chip do projecto assim como a personaliza o dos nomes dos GPIOs pinout e dos blocos Quando o hardware estiver totalmente seleccionado configurado e no posicionamento final o utilizador deve executar o gerador de aplica o Generate Application passo que ir permitir ao PSoC Designer gerar o c digo fonte que configurar o dispositivo para o sistema especificado pelo utilizador Isto ao mesmo tempo que gera tamb m as API relacionadas com os user modules seleccionados permitindo ao utilizador passar para a fase seguinte de desenvolvimento onde ir criar o firmware O passo seguinte para criar um projecto no n vel chip do PSoC Designer consiste em criar o main e as suas subrotinas que definem o funcionamento do PSoC e dos seus blocos Este passo pode ser desenvolvido em linguagem Assembly ou C No desenvolvimento desta instrumenta o optou se pela utiliza o da linguagem de programa o C O compilador de C inclu do no PSoC Designer o compilador ImageCraft 38 nestas rotinas do firmware que est todo o c digo necess rio para estabelecer a solu o que pretendemos O PSoC Designer permite nos aceder aos ficheiros que cont m o c digo fonte aos headers e s APIs criadas de modo a que possamos aproveitar e incluir o c digo j criado na nossa solu o Por ltimo ap s o utilizador ter desenvolvido todo o firmware e ap s ter corrig
109. rmazenamento em tempo real dos dados Este Firmware est inclu do no ficheiro RF HUB hex dispon vel com o kit CY3271 A descri o pormenorizada ao n vel da arquitectura do firmware do Hub est descrita no guia do PSoC FirstTouch Starter Kit CY3271 34 Devido especificidade do kit para trabalhar com o software SCD visando demonstrar as tecnologias wireless do PSoC a solu o de firmware do Hub inclui 50 varias varaveis destinadas a ser utilizadas pelo SCD assim como varias rotinas de pedidos de dados por parte desse software Este factor aliado falta de informa o sobre o software SCD e sobre o pr prio Hub e impossibilidade de reprogramar o PSoC mestre da placa FTPC principal respons vel pela comunica o de dados para o PC tornam dif cil e pouco pr tica a adapta o e a cria o de um Hub personalizado para este projecto com base no kit CY3271 Por isto optou se por manter no seu todo a solu o de demonstra o da Cypress do Hub Esta solu o revelou se capaz de suportar as velocidades de transfer ncia de dados necess rias instrumenta o a desenvolver estabelece correctamente o protocolo CyFi com o Nodo desenvolvido e permite a correcta monitoriza o dos dados do sensor de for as no software SCD boa comunica o Hub PC A solu o do Hub gen rico da Cypress cumpriu assim todos os objectivos tra ados para o Hub do projecto mostrando ser uma solu o poss vel para esta
110. s include PSoCAPI h PSoC API definitions for all User Modules include delay h header file for delay functions I use the function Delay50uTimes for debouncing include PSoCGPIOINT h a a a os aee Define s aa a es Ss Rs code for LED s manipulation define RED LED ON PRTIDR 0x04 define RED LED OFF PRTIDR amp 0x04 define GREEN LED ON PRTIDR 0x08 define GREEN ED OFF PRTIDR amp 0x08 r BOOL Check bind SW1 void BOOL Check bind SW2 void void Calibrate ILO void void Check Data Rx void void GetForceReport void ES AS as ad as E Local variables SSS SS SSS SS SS SS SSS SS WORD sleepTicksPerSec 64 sleep timer ticks to reach 1 second WORD oneSecTimer WORD timerCount static CYFISNP 1 API PKT pRxApiPkt pointer to Rx Packet API static CYFISNP 1 API PKT txApiPkt Tx Data Buffer int ADCForcel int ADCForce2 int NewtonForcel int NewtonForce2 static char txPktSz char pktType CYFISNP 1 API TYPE CONF BCDR T 86 void main PRTIDR 0 00 pull down enabled RED LED ON M8C EnableGInt enable global interrupts start blocks CYFISNP_1 Start PGA 1 Start PGA 1 MEDPOWER PGA 2 Start PGA 2 MEDPOWER ADCINC 1 Start ADCINC 1 MEDPOWER clocks to establish periodic events Calibration CYFISNP 1 TimeSet amp oneSecTime
111. s 10N 1019 72 g a resposta t pica m xima dada pelo sensor de 122 37 mV quando alimentado a 5V Este dado permite que o sinal proveniente do sensor seja amplificado 13 48 vezes Como os PGAs do PSoC 40 apenas permitem determinados valores discretos de amplifica o 4 16 24 48 optamos pelo valor de amplifica o mais pr ximo de 13 48 que 16 Esta op o faz com que o valor m ximo da sa da do sensor antes de o ADC saturar seja de 103 125 mV ou de 859 375 g utilizando o valor de sensibilidade t pica do sensor FSS 0 12 mV g a 5V Passando o sistema a registar for as at aos 8 428 N em vez dos 10 N que consta nos objectivos Apesar de tudo esta perda na gama de entrada aceit vel e n o afecta de modo significativo os objectivos do projecto permitindo obter maior resolu o no ADC menor n mero de grama por bit do ADC Assim o posicionamento na estrutura do PSoC dos blocos respons veis pela implementa o do amplificador diferencial descrito e as suas propriedades encontram se na Figura 27 59 Properties PGA_1 Properties PGA_2 IX Name PGA_1 Name PGA_2 User Module PGA User Module PGA Version 3 2 Version 2 Gain 16 00 Gain 1 000 Input AnalogColumn_InputMUX_0 Input AnalogColumn_InputSelect_1 Reference ACBO1 Reference VSS AnalogBus Disable AnalogBus Disable aS Se Soo emos VT James AIN ACBOO T ACBO1 PGA PGA 2 vss Figura 27 Propriedades dos dois PGAs
112. s e sua grande sensibilidade vibra o 6 Todos estes motivos levaram a uma utiliza o crescente das strain gauges que utilizam as propriedades dos semicondutores que embora possuam um GF elevado apresentam elevada n o linearidade e sensibilidade a altera es de temperatura Estes factores podem ser colmatados em parte por constru o permitindo obter sensores fi veis e sistemas miniaturizados para medi o de for as Entre os semicondutores os piezoresistivos s o os que permitem realizar medi es a baixa frequ ncia com maior exactid o e tamb m os que permitem obter sistemas mais pequenos Os piezoel ctricos necessitam de um amplificador incorporado para transformar o sinal de carga num sinal de tens o ou em alternativa necessitam de cabos de elevada imped ncia para transportar o sinal at um amplificador distante Esses cabos s o por natureza largos e pesados o que iria certamente alterar a mobilidade do sujeito O amplificador incorporado iria aumentar tamb m a dimens o do sensor Opta se assim pela escolha da tecnologia dos piezoresistivos para as strain gauges deste projecto Estudo Comparativo dos Sensores Piezoresistivos 7 8 9 10 Na procura da strain gauge piezoresitiva ideal para este projecto tentou se obter um compromisso entre dimens o peso e as propriedades gerais de desempenho do sensor tendo sempre em vista o ambiente em que ser utilizado e os objectivos estipulados Foram encontrados quatro p
113. s t picas da ponta do dedo mais pequeno a ser monitorizado Elimina se de imediato a hip tese de utilizar a tecnologia mec nica e ac stica devido s suas dimens es elevadas As tecnologias que permitem uma miniaturiza o do transdutor sensor de for a s o a el ctrica e a ptica Os sensores pticos s o sens veis e exactos mas s o muito suscept veis a interfer ncias do meio Funcionam bem em condi es laboratoriais apropriadas n o sendo muito usados em ambientes menos controlados como o ambiente industrial Os sensores pticos apresentam custos elevados Este conjunto de factores desaconselha a sua utiliza o nesta aplica o As strain gauges mais usadas no mercado s o as de tecnologia el ctrica As strain gauges que exploram a resist ncia el ctrica dos metais t m um GF muito baixo pelo que requerem uma grande amplifica o do sinal Tamb m o facto de necessitarem na maioria das vezes de um suporte estrutural para a sua correcta aplica o leva a um aumento da dimens o e peso dos sensores que usam esta 20 tecnologia S o portanto preteridas quando se trata da miniaturiza o de sistemas de medi o de for a face a strain gauges que utilizam as propriedades dos semicondutores ou a capacidade e indut ncia el ctricas No entanto as strain gauges que usam a capacidade e indut ncia el ctricas v em tamb m a sua aplica o limitada devido aos requisitos de montagem complexidade dos circuitos associado
114. sa o de software e ou com uma constru o apropriada Os dispositivos activos incluem a tecnologia piezoel ctrica dos semicondutores Neste caso a deforma o do sensor leva cria o de cargas nas faces do elemento piezoel ctrico usualmente comparado a um condensador com uma carga na ordem de grandeza do pico Coulomb Este dispositivo com uma imped ncia de sa da elevada normalmente ligado por um cabo de resist ncia elevada a um amplificador para transformar o sinal de carga num sinal de tens o Tamb m existem sensores deste tipo com um amplificador incorporado excluindo assim os problemas de liga o ao cabo mas necessitando de energia el ctrica para o amplificador funcionar Podem ser usados para medir sinais com frequ ncias na ordem dos 100kHz A perda exponencial de carga ao longo do tempo nas interfaces do elemento piezoel ctrico faz com que seja quase impratic vel realizar medi es est ticas No entanto com condicionamento e tratamento do sinal adequados poss vel efectuar medi es com uma frequ ncia inferior a 1 Hz Crit rios de Selec o do Sensor de For a para esta Aplica o Para a aplica o neste projecto preciso ter em conta o tamanho do sensor que deve ser bastante reduzido e leve de modo a que cause o m nimo de obstru o ao operador Procuramos um sensor sens vel compress o tamb m necess rio ter em conta o erro de aplica o de uma carga fora do eixo de leitura do sen
115. sadores do CTS Um destes estudos 10 refere com base em imagiologia MRI uma rela o entre o CTS e a contrac o dos tend es flectores dos dedos e a flex o extens o do pulso na qual uma posi o flectida do pulso com a contrac o dos tend es flectores leva a valores elevados e eventualmente perigosos de press o no nervo mediano Este estudo revela uma interac o que pode ser uma das contribui es significativas para o aparecimento do CTS Outros estudos apoiam este anterior e demonstram que a actividade de teclar eleva a press o no t nel c rpico independentemente da posi o do pulso 11 12 13 10 Embora se reconhe a que existe uma rela o entre o acto de dactilografar e o aparecimento de patologias como o CTS ou tendinites n o existem estudos relacionando as for as repetitivas aplicadas ao teclar durante largos per odos de tempo e as consequ ncias que esta tarefa repetitiva pode ter ao longo do tempo ao n vel da press o no t nel c rpico na fadiga muscular e em outros par metros que contribuam para o aparecimento de desordens m sculo esquel ticas A relev ncia do estudo da for a aplicada ao teclar ao longo do tempo e a sua rela o com factores conhecidos por desencadear MSDs como o conhecimento da postura do sujeito a press o do t nel c rpico dados provenientes da actividade muscular EMG ou outros podem contribuir para o conhecimento dos mecanismos que geram estas patologias e para a melhor
116. sinais ae ae JO Iniciar vari veis scrsz get 0 ScreenSize Dta Ind Tempo Dta Med Tempo Dta Anl Tempo Dta Min Tempo Esq Ind Tempo Esq Med Tempo Esq Anl Tempo Esq Min Tempo rowl Valor Newtons cnamesl M dia Geom trica M dia Harmonica M dia Aritm tica Mediana Moda Trimed Mean row2 Valor Newtons cnames2 Interquartile range Mad Range Standard deviation Variance row3 Percentis Newtons Cnamess 32 eety Tp Oy tet Se ee hee actual selected data actual zerofree o9 constr i o GUI Lista dos Handles background figure Visible on color 0 0 0 DockControls off menubar none name Interface da Instrumenta o para Registo da For a NumberTitle off resize off outerposition 1 1 scrsz 3 scrsz 4 panell uipanel parent background visible on BackgroundColor 0 1 0 bordertype beveledout fontsize 10 FontWeight bold ForegroundColor 0 O 0 title Objecto de Estudo TitlePosition centertop position 0 05 0 77 1 4 1 8 titulo uicontrol parent background style text string FINGER TIPS FORCE SENSING fontsize 17 fontname comic geek backgroundcolor 0 0 0 ForegroundColor 0 1 0 position 420 700 400 30 Objpopup uicontrol callback
117. sor Existem sensores com solu es de engenharia para minimizar este erro off axis loading Os erros que afectam o desempenho do sensor deriva da sensibilidade devido temperatura n o linearidade histerese etc devem ser naturalmente os menores poss veis Pretende se ent o um sensor que v de encontro s especifica es ergon micas do projecto que possua as melhores caracter sticas de desempenho 19 poss veis e que possua o menor custo poss vel associado Um sensor que cumpra os objectivos tra ados para o dispositivo final Estudo Comparativo das Tecnologias 4 5 6 Apresenta se agora uma tabela com a compara o entre as diferentes tecnologias de strain gauges Tabela 1 Compara o de algumas propriedades das tecnologias utilizadas em strain gauges PROPRIEDADES Necessidade de suporte Medi es quase Tecnologia da Strain Gauge Dimens o T pica Resolu o Gauge Factor GF estrutural na aplica o est ticas Mec nicas Grange M dia 500 pe ND Sim Opticas 0 1 ue ND N o Sim Ac sticas Grande M dia 1 LE ND N o Sim El ctricas i Capacit ncia e Indutancia M dia Pequena ND 15 30 N o Sim ii Resist ncia M dia Pequena ND aprox 2 Sim Sim iii Semicondutores ND 50 200 N o a Piezoresistivo Sim ND N o Dispon vel N o aplic vel b Piezoel ctrico N o Procuramos assim o sensor mais leve poss vel com uma dimens o inferior s dimens e
118. sor de for a FSS 0 0795 mV g quando alimentado a 3 3V o motivo para alimenta o do sensor ser de 3 3V e n o os tradicionais 5V discutido em pormenor no cap tulo 4 o valor da resolu o do ADC 12 89 mV bit o valor t pico de Offset o Offset usualmente 130 1 bit a amplifica o 16 vezes e a taxa de convers o de grama em Newton que 0 00980665 N g A f rmula para o c lculo do valor calibrado encontra se em baixo Valor calibrado Conversor N bit x Valor do ADC Offset Resolu o do ADC mV bit x Taxa de conversao N g C N bit OMETE CAAD Amplifica o x sensibilidade do FSS mV g Valor calibrado 0 09934 N bit x Valor do ADC Offset A Calibra o dos sensores de for a na SCD foi realizada ver Figura 37 assumindo o Offset como 130 e que 1 bit na sa da do ADC representa 0 09934 Newton Calibrate Sensor Currently Calibrating m U Figura 37 Janela para definir a calibra o do sensor na SCD Retirado da SCD Add Point Remove Point Note f you wish to calibrate a sensor you must provide at least one calibration point for that sensor Calibrated Value Slope Raw Value Offset 12 9142000000005 Para este projecto foi criado um template que configura automaticamente a SCD para receber valores de dois sensores de for a por Nodo Precisamente o numero m ximo de sensores de for a que s o permitidos para cada placa FTRF B
119. sores por m o suficiente optar pelo multiplexador 4 1 Assim para ler o sinal diferencial necessitamos de dois multiplexadores 4 1 um para as quatro entradas V outro para as quatro entradas V Este multiplexador 4 1 liga directamente ao PMux dos blocos anal gicos CT 38 As propriedades dos dois multiplexadores 4 1 utilizados neste projecto encontram se definidas nas tabelas da figura 25 Os pinos deste PSoC ligados aos multiplexadores neste projecto est o configurados como entrada anal gica com alta imped ncia high Z analog drive mode 57 Properties AMUX4_1 v AX Properties AMUX4_2 IX Name AMUX4_1 Name AMUX4_2 A User Modul 4 AMUX4 Jser Module AMUX4 ersion 14 Analog Column Mux AlnMux_0 Analog Column Mux AlnMux_1 Figura 25 As propriedades do multiplexador 4 1 na instrumenta o final Imagem retirada do PSoC Designer O Amplificador Diferencial A tarefa de obter a diferen a de potencial entre dois sinais tradicionalmente levada a cabo por um amplificador de diferencial De acordo com a nota de aplica o AN2367 39 para se obter um amplificador diferencial no PSoC prefer vel construir uma solu o com dois PGAs e um ADC com entradas diferenciais do que optar pelos amplificadores de instrumenta o dispon veis como user modules no PSoC associados a um ADC comum Isto porque esta ltima configura o apenas pode trabalhar com frequ ncias de rel gio de 1 MHz enquanto q
120. sos tornam se inacess veis Este projecto de desenvolvimento de instrumenta o foi realizado recorrendo a este software e foi desenvolvido no n vel do chip O PSoC Designer possui um ambiente de desenvolvimento que permite ver a disposi o interna dos blocos anal gicos e digitais do dispositivo escolhido assim como controlar e definir as liga es quer entre os diferentes blocos do PSoC quer entre os diferentes blocos e o universo exterior ao dispositivo O utilizador apenas tem de seleccionar o bloco com a fun o desejada rotear o sinal de interesse at ele e dele at ao pr ximo bloco ou pino e especificar as propriedades relacionadas com cada parte isto o utilizador tem de definir a estrutura interna do PSoC de acordo com o 46 projecto a realizar O software configura automaticamente os registos associados a cada bloco liga o ou pino de acordo com as selec es do utilizador ao mesmo tempo que este vai ligando e especificando as partes do PSoC para a sua aplica o A vers o do PSoC Designer utilizada neste projecto foi o PSoC Designer 5 0 O ambiente de desenvolvimento descrito em pormenor em 33 e encontra se representado figura 18 coco PSoC Designer50 File Edit View Project Interconnect Build Debug Program Tools Window Help
121. sssssccecccesssssseeeeeceesseeessseeeeeeseeessaaseeeeeses 21 Propriedades do Sensor SeleccionadO cccccccccccsssssssseecccecessessseeeeeecessesseeeeesceseeeeaseeeeceseeessaaeeeeeeses 22 Calibra o Est tica no Sensor SelecciONadO cccccccccsssscsecceessesssseeeeccesseesssseeeceesesessseeeeeeseseseaaeees 22 Selec o do Sistema de Aquisi o de Dados e do Sistema de Comunica o Wireless 27 Propriedades do Sistema de Aquisi o de DadOS ccccccccssssssccecccessssssseeeeeeesseesseeeeeceeseesssaaeeeeeeses 27 SADs Estudados e a Solu o Encontrada ecccesssesccccesssssssceeeeeeseeessseeeeeceseeeesseeeeeeeeseeeaeeeeeeeeseneees 28 Introdu o ao conceito de Microcontrolador e a escolha do PSOC c iris 29 O Sistema de Comunica o Wireless ESCOINIGO cccesssccccccesssenseceeeecesesessaseeeceeseesssseeeeeeseeeeeaaees 30 Esquama do Projecto us cds raio dr assada nim aeaa ore iai a ee aea pre reeves a CER areais seio 33 O PSOC ORP RA NOD RS E DEDE REU RR uate eee ee ee eae cates eR eee 34 A Arquitectura Geral do PSOC canina bec OS a ee Peds ive hie BRS A ie 34 O N cleo do PSOCS EA name Nee aba dar alo an fon ces aban bee PAN ines A aa EE a Ci 35 O Sistema Digitaa sk sick sees a a EMO pens dada as ites tak Aida danada a Ena av recA saa 39 Os Blocos Anal gicos in caateieaveets coc suusuet a ve bites Saadales cesksdeacbansede bebo R 41 Os Recursos Adicionais do PSOC es nanna ea
122. ta Med Tempo actual selected data Dta Med Tempo rofr actual z plot act Mao Dta axes graficol Avaliar rofr removezeros actual selected data ual selected data Dedo Anelar Dta Anl Tempo actual selected data Dta Anl Tempo actual z plot act Mao Dta axes graficol Avaliar actual zerofr removezeros actual selected data ual selected data Dedo Minimo Dta Min Tempo actual selected data Dta Min Tempo plot act Mao Esg axes graficol Avaliar actual zerofr removezeros actual selected data ual selected data Dedo Indicador Esq Ind Tempo actual selected data Esq Ind Tempo plot act Mao Esg axes graficol Avaliar ual selected da Dedo Medio removezeros actual selected data ta Esq Med Tempo actual selected data Esq Med Tempo actual zerofr plot act ual selected da removezeros actual selected data ta 94 case Mao Esq Dedo Anelar axes graficol Avaliar Esq Anl Tempo actual selected data Esq Anl Tempo actual zerofr removezeros actual selected data plot actual selected data case Mao Esq Dedo Minimo axes graficol Avaliar Esq Min Tempo actual selected data Esq Min Tempo actual zerofr removezeros actual selected data plot actual selected data case Mao Dta todos os Dedos axes grafico
123. tam interfer ncias no sinal anal gico que conduz 37 Strong mode utilizado quando necess rio conectar o estado do registo PTRxDR directamente para os pinos Pull up ou Pull down s o utilizados para garantir que as entradas de sistemas l gicos se ajustem a n veis l gicos esperados No caso do pull up mant m se uma tens o alta no condutor a que a entrada est ligada no caso do pull down a tens o no condutor mantida a zero Este tipo de drive modes serve para ligar interruptores ou outros dispositivos que necessitem desta componente As resist ncias associadas vis veis na configura o 3 e O da Figura 10 definem o estado da entrada quando o bot o ou outro dispositivo n o premido activado Open Drain este modo utilizado quando necess rio ligar v rios dispositivos na mesma linha O termo open drain refere se ao terminal drain de um MOSFET No estado l gico O a entrada encontra se ligada terra enquanto no estado l gico 1 a entrada passa a possuir alta imped ncia Drive Modes Diagram DM2 DM1 DMO DriveMode Number Data 0 Data 1 0 0 0 Resistive PullDown 0 Resistive Strong 0 0 1 StrongDrive 1 Strong Strong O 1 0 Highimpedance 2 HighZ HighZ 0 1 1 Resistive Pull
124. te configurada como Nodo ForceFingerTips Relembro que o sensor FSS se encontra alimentado para efeitos de teste por uma fonte de tens o externa que n o a placa FTRF O Hub est configurado como RF HUB uma solu o dispon vel pela Cypress e encontra se ligado a um PC onde a monitoriza o e armazenamento dos dados adquiridos efectuada atrav s do software SCD tamb m da Cypress Os dados armazenados no PC s o depois exportados para a ferramenta ForceGlv uma aplica o gr fica criada em MATLAB para analisar e processar os dados dos sinais de for a adquiridos pela instrumenta o Os testes realizados sobre o sistema foram 1 Duas calibra es est ticas com o sensor FSS ligado instrumenta o acima descrita e alimentado numa calibra o a 3 3V e noutra a 5V A calibra o foi realizada segundo o processo de calibra o j referido anteriormente no subcap tulo O Sensor 2 Foram realizadas aquisi es de 50 minutos seguidos para verificar se o sistema suportava o tempo de aquisi o cont nuo pedido para este projecto e o tratamento da quantidade de dados resultante O tempo de opera o cont nua relembro ser 3x50 minutos de aquisi o com intervalos de 10 minutos entre as aquisi es isto para cada sujeito em estudo 76 3 Para testar o funcionamento da multiplexagem foi ligado no lugar dum segundo sensor de for a na FTRF uma fonte de tens o e monitorizaram se simultaneamente dois sensores na SCD
125. ue a solu o com dois PGAs permite velocidades oito vezes superiores e utiliza menos recursos do PSoC n o utiliza blocos SC Ainda de acordo com a nota de aplica o AN2367 vamos implementar o amplificador diferencial com a topologia descrita na Figura 26 seguido de um ADC com entradas diferenciais V m Vouti jii Vas 4 Va HP a 7a aR Von Vim Vout2 Fa A Va Vi Figura 26 Topologia do amplificador diferencial implementado na instrumenta o final e as equa es que descrevem o seu funcionamento Retirado da AN2367 39 58 Uma vez que as refer ncias anal gicas seleccionadas para este projecto foram Vaa 2 Vaa 2 AGND VRef o ADC tem uma gama de entrada de Vgg 2 at Vaa 2 Logo para uma alimenta o do PSoC a 3 3V o ADC ter uma gama de entrada de 1 65V at 1 65V Esta gama de entrada poderia ser alterada atrav s do VRef colocando a tens o de refer ncia desejada no pino 2 6 porta 2 pino 6 mas tal n o poss vel na placa FTRF uma vez que esta porta foi utilizada para outro prop sito e n o se encontra dispon vel Assim opta se pela tens o de refer ncia Vaa 2 Vad 2 uma vez que a que permite maior gama de entrada do ADC e portanto uma maior amplifica o do sinal diferencial Como o sinal proveniente do sensor de for a positivo e varia de O a 180 mV 0 a 1500g utilizamos apenas a meia escala positiva do ADC para a convers o Como estamos apenas interessados em for as at ao
126. ut Ready Tese Final 2 0 Mier Figura 18 Ambiente de desenvolvimento do PSoC Designer Tese Final corr Mt A partir da especifica o dos blocos das liga es das suas propriedades e da escrita do Firmware necess rio para o bom funcionamento dos sistemas anal gicos e digitais e para a implementa o da solu o desejada pelo utilizador o PSoC Designer cria um ficheiro hexadecimal que cont m toda a informa o do projecto desenvolvido pelo utilizador assim como c digo essencial pr definido para a correcta opera o com o PSoC Este ficheiro hexadecimal ir posteriormente programar o dispositivo PSoC do modo j descrito anteriormente A Plataforma de Desenvolvimento da Instrumenta o 34 Para tomar contacto com a tecnologia do PSoC e para desenvolver a instrumenta o final foi necess rio optar por uma plataforma de apresenta o e 47 desenvolvimento desta tecnologia tendo em conta no processo de escolha crit rios como o custo o nivel de conhecimentos do utilizador e as especifica es do projecto a implementar no PSoC Relembro que a plataforma deve permitir o desenvolvimento de um sistema port til capaz de implementar um sistema de aquisi o tratamento e comunica o de dados atrav s de um sistema sem fios A plataforma escolhida foi o kit first touch CY3271 34 que apesar de ser destinado a utilizadores principiantes permite um primeiro contacto a tecnologia do
127. work posture and psychosocial work factors American Journal of Industrial Medicine 26 5 David J Nuckley D R c DEVELOPMENT OF A FIBER OPTIC FORCE SENSING GLOVE TO PROVIDE CLINICAL BIOMECHANICS MEASUREMENTS Y Hasegawa M S 2007 GLOVE TYPE OF WEARABLE TACTILE SENSOR PRODUCED BY ARTIFICIAL HOLLOW FIBER 14th International Conference on Solid State Sensors Lyon France Paul HChappell J A 2003 Contact force sensor for artificial hands with a digital interface for a controller Meas Sci Technol 14 pp 1275 1279 Kostas N Tarchanidis J N Junho de 2003 Data Glove With a Force Sensor IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT VOL 52 CARLOS GERTZ M A ESTUDO DA FOR A APLICADA NA TECLA DURANTE DIGITA O USUAL E COM ACESS RIOS ERGONOMICOS Laborat rio de Medi es Mec nicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS Lee D L K P 2007 EFFECT OF KEYBOARD KEYSWITCH DESIGN ON FINGER MUSCLE ACTIVITY DURING TAPPING ON ISOLATED KEYSWITCHES PREMUS 2007 Cap tulo 2 Cap tulo 3 e Cap tulo 4 1 2 3 4 5 6 7 A ANDERSON K L FORCE MEASUREMENT In Wiley Encyclopedia of Biomedical Engeneering Vol 6 pp 1664 1670 PAUL C DECHOW Q W STRAIN GAGES In Wiley Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation Vol 6 pp 282 290 R S JERRETT B 1945 The Acoustic Strain Gauge J Sci Instrum 22 29 http www tec
128. yle radiobutton string Analise de m dias no tempo O backgroundcolor 1 0 0 position 300 130 200 20 tag medtime ae Inicializa o GUI ae ae function Dtal Callback Dtal eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo Indicador Direito Dta Ind Tempo opendata FileName PathName if isempty Dta_Ind_Tempo set Dtal Checked on end end function Dta2_ Callback Dta2 eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo M dio Direito Dta_Med Tempo opendata FileName PathName if isempty Dta Med Tempo set Dta2 Checked on end end function Dta3 Callback Dta3 eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo Anelar Direito Dta Anl Tempo opendata FileName PathName if isempty Dta Anl Tempo set Dta3 Checked on end end function Dta4 Callback Dta4 eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo Minimo Direito Dta Min Tempo opendata FileName PathName if isempty Dta_Min Tempo set Dta4 Checked on end end function Esql Callback Esql eventdata FileName PathName FilterIndex uigetfile csv Selecione os dados do dedo Indicador Esquerdo Esq Ind Tempo opendata FileName PathName if isempty Esq Ind Tempo

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