Eletrónica para a Internet das Coisas

Objetivos

O objetivo de aprendizagem geral é estender e consolidar conhecimento sobre os sistemas electrónicos e suas arquiteturas e capacitar os alunos para o seu projeto. Pretende-se atingir este objetivo numa abordagem de aprendizagem baseada em projeto e no contexto da Internet das Coisas (IoC). Os objetivos específicos são: 1 - definir a arquitetura de um sistema electrónico para IoC e requisitos técnicos aplicáveis; 2 - avaliar características de diferentes sensores e estabelecer critérios de seleção; 3 - implementar subsistemas de condicionamento analógico de sinal; 4 - selecionar unidades de processamento digital comparando as suas características e requisitos; 5 - desenvolver algoritmos de processamento digital de sinal; 6 - dimensionar unidades de recolha e gestão de energia; 7 - selecionar tecnologias de comunicações sem fio comparando as suas características e requisitos; 8 - prototipar e caracterizar um sistema electrónico para IoC.

Programa

Sensores e Condicionamento de Sinal - Sensibilidade, ruído e limite de detetabilidade - Exemplos de sensores - Arquiteturas de sistemas electrónicos com sensores - Identificação de requisitos - Condicionamento de Sinal - Desmoduladores - Técnicas de redução de ruído Processamento digital de sinais - Topologias, periféricos e funcionalidades - Interfaces digitais com componentes exteriores SPI e I2C - Filtros digitais FIR e IIR, dimensionamento e implementação - Exemplos de estimadores digitais Gestão de energia para IoT - Reguladores lineares e comutados (buck e boost) - Baterias e circuitos de carregamento - Recolha de energia (energy harvesting) - Relógios de tempo real e agendamento Comunicações sem fios para IoT - Techologias para Low Power Wide Area Network (LoRa, Sigfox e LTE) - Sistemas de comunicações com satélites Exemplo de sistemas electrónicos para IoT - Exemplos de sistemas embebidos - Exemplos em Circuito Integrado

Pré Requisitos

Capacidade de análisar e dimensionar circuitos eléctricos com componentes lineares e não lineares. Capacidade de selecionar, dimensionar, implementar e verificar o funcionamento de sistemas electrónicos básicos. Conceitos básicos de sinais e sistemas com ênfase na resposta em frequência de circuitos electrónicos. Capacidade de abstração para a programação e ensaio de algoritmos.

Competências Transversais

Nesta UC desenvolvem-se competências transversais dos alunos mediante a tipologia das aulas (TP e L), nas quais os alunos resolvem problemas de projeto (Project Based Learning, PBL), incentivando o pensamento crítico e inovador. No âmbito do projeto, executam um trabalho de grupo requerendo competências interpessoais. A componente de avaliação encontra-se integrada na componente laboratorial de avaliação, que representa 80% da nota final, correspondendo à componente de Competências Transversais uma percentagem de cerca de 5% da nota final.

Componente Laboratorial

A componente de laboratório consiste na realização de um projeto com avaliações intermédeas. Cada entrega diz respeito à realização dos sucessivos subsistemas evoluindo progressivamente do sensor para um sistema electrónico para IoC completo a ser demonstrado no final da execução. Os alunos recorrem a um módulo pedagógico que inclui os elementos essenciais para a realização do projeto, complementado por outros elementos necessários aos diferentes projetos a realizar. Os alunos podem escolher projetos pré-definidos ou realizar a sua proposta a aprovar pelo corpo docente mediante adequação e exequibilidade no âmbito da UC.

Componente de Programação

Os alunos utilizam ferramentas de software nos trabalhos de laboratório. Prevê-se que estas ferramentas incluam programas de simulação de circuitos electrónicos (SPICE) e programas de desenvolvimento integrado (Integrated Development Environment, IDE) para programação de microcontroladores/processadores em C/Python. Em alguns casos poderá recorrer- se também a ferramentas Python para cálculos/simulações ou para apresentação dos resultados obtidos As correspondentes componentes de avaliação encontram- se integradas na componente do projeto, que representa 80% da nota final, correspondendo à componente de Programação e Computação uma percentagem de cerca de 15% da nota final.

Princípios Éticos

Todos os membros de um grupo são responsáveis pelo trabalho de grupo. Em qualquer avaliação, todo aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.