ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica e de Computadores
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1. Telecomunicações -
O Instituto Superior de Engenharia do Porto possui um longo historial de formação de profissionais conceituados nas áreas de Telecomunicações, constituindo-se como uma das Escolas de referência tanto na sua área geográfica de influência como a nível nacional. Os profissionais formados pelo ISEP são frequentemente procurados pelos principais operadores de telecomunicações e empresas de serviços de comunicação.
A área de especialização em “Telecomunicações” do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores permite dar continuidade a esta tradição, através de uma oferta actualizada de competências chave em áreas tecnológicas de topo. Os profissionais formados nesta área de especialização ficam habilitados a satisfazer as necessidades de pessoal qualificado por parte do tecido empresarial cujo crescimento é ainda expectável.
2. Automação e Sistemas -
Esta área de especialização corresponde a um perfil de formação com forte tradição no ISEP e com grande ligação às entidades empregadoras. Caracteriza-se por ser uma especialização balanceada entre as abordagens teóricas características da área de Sistemas e as abordagens tecnológicas oriundas das áreas da Automação e Robótica.
A rápida evolução dos sistemas computacionais e a sua integração nas mais diversas actividades são um dos principais motores da renovação industrial, originando uma generalização e aprofundamento dos conceitos técnicos e científicos oriundos da automação. A formação proposta é de espectro largo e tem por suporte um longo historial de ensino/aprendizagem na área dos sistemas e da automação.
3. Sistemas e Planeamento Industrial -
A área de especialização em “Sistemas e Planeamento Industrial” pretende responder às solicitações identificadas no domínio do Planeamento Industrial nos últimos anos. De facto, tem havido uma preocupação crescente na criação de formação pós-graduada que alia formação de cariz tecnológico, com conhecimentos em Gestão e Métodos Quantitativos de apoio à tomada de decisão. Aliada a essa preocupação, a procura crescente de informação actualizada, em tempo real, e consequente extracção de conhecimento, são necessidades transversais a todas as áreas de Engenharia, nomeadamente à Engenharia Electrotécnica.
4. Sistemas Autónomos -
Esta área de especialização reforça a interacção quer com os grupos de I&D quer com as empresas, não só pela sua organização curricular, que promove em várias etapas do processo de formação o contacto do aluno com estas entidades, mas sobretudo pela metodologia de ensino que molda a estrutura de competências obtidas em torno da capacidade de resolução de problemas. Complementarmente, esta área e os seus conteúdos curriculares surgem como uma das prioridades fundamentais no desenvolvimento da oferta de formação superior pós-graduada para um conjunto de empresas de diferentes áreas de especialização.
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- Análise de desempenho dos protocolos de roteamento DSDV, AODV e OLSR, aplicados a uma rede de comunicação VANETPublication . Santos, Guilherme dos; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraA quantidade de veículos terrestres tem aumentado consideravelmente a cada ano, este aumento tem feito outra estatística crescer gradualmente, que são as mortes por acidentes de trânsito. Além do acréscimo nos níveis de poluição. Contudo, o exponencial avanço tecnológico dos sistemas eletroeletrônicos tem proporcionado melhorias nos sistemas de trânsito ao nível de desempenho, segurança, conforto e economia. O surgimento dos chamados Sistemas Inteligentes de Transportes (ITS), que englobam um conjunto de aplicações envolvendo sensores, atuadores e controladores, tem como objetivo propiciar aos condutores, passageiros e ambiente, um maior nível de eficiência para o tráfego, mitigando e evitando a ocorrência de acidentes. As diretrizes fundamentais para melhorar a segurança do sistema de trânsito nos próximos anos são as funcionalidades que proporcionem evitar acidentes e proteger pedestres (crash avoidance e pedestrian protection), sendo que as tecnologias de comunicação que servirão como infraestrutura de comunicação entre aplicações, irão desempenhar um papel fundamental para habilitar aplicações como Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Road Infrastructure (V2R) e Vehicle-to-Pedestrian (V2P). Proporcionando ao condutor estar mais consciente do ambiente ao seu redor, permitindo-lhe reagir a tempo e adequadamente a situações inesperadas, tais como uma parada brusca, pouca visibilidade, objeto repentino, etc. Mas, além disto, os sistemas de comunicação veicular irão permitir englogar os veículos no conceito de Internet of Things, permitindo compartilhar e recolher informações dos veículos, estradas e seus arredores a fim de proporcionar uma infinidade de serviços de valor acrescentado a passageiros e condutores. Porém, estas redes de comunicação veicular (VANETs) ainda necessitam de avanços de forma a permitir tais aplicações. Uma vez que, as soluções de comunicação existentes não garantem suporte total das peculiaridades do ambiente veicular tais como mobilidade, escalabilidade, confiabilidade, qualidade de serviço, tempo de latência, etc. Em tal contexto, esse trabalho apresenta uma revisão do estado da arte para as tecnologias habilitadoras dessas comunicações, e também uma revisão por parte das ferramentas utilizadas nesses estudos, os simuladores. Trazendo por fim a avaliação por meio do simulador NS-3, dos protocolos de roteamento DSDV, AODV e OLSR, quando aplicados a redes de comunicação veicular. Onde foram analisados os parâmentros de taxa de entrega de pacotes (PDR), goodput, routing overhead e atraso de entrega, em diferentes condições de densidade da rede e velocidade de deslocamento dos Nós (veículos). Os resultados das simulações mostraram que tanto em condições de baixa densidade quanto em cenários com baixa velocidade de deslocamento, os protocolos DSDV e OLSR possuem um desempenho superior ao protocolo AODV. Porém com o aumento da quantidade de Nós e também em condições de aumento da velocidade os protocolos DSDV e AODV, são diretamente afetados e tem suas performances reduzidas. Sendo o protocolo OLSR o qual apresentou os melhores resultados, seja sob a influência do aumento densidade ou da velocidade, isto devido a sua boa característica de gerenciamento.
- Communication controller design for an electric vehicle charging stationPublication . Loureiro, José Pedro Freitas; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraThe recent surge in electric mobility for road vehicles is a direct response to the substantial pollution generated throughout the lifespan of combustion vehicles. Consequently, to combat this issue and contribute to a greener and more sustainable planet, the establishment of a robust network of Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) is imperative. Among the various available charging modes and their respective protocols, the Combined Charging System (CCS) protocol stands out in Europe as the most used, as it is very robust and facilitates both Alternating Current (AC) and Direct Current (DC) fast charging. For DC charging under this protocol, an Electric Vehicle (EV) interface communication controller on the charger side is essential for enabling communication between the EV and the Supply Equipment. This thesis outlines the development of a Supply Equipment Communication Controller (SECC) circuit that complies with the specified standards of the CCS protocol. The primary function of the controller is to establish a bidirectional com munication interface between the charger central unit and the EV. This is achieved through Power-line Communication (PLC) and a low-level Pulse-width Modulation (PWM) signal transmitted in the same line, for communication with the vehicle, while communication with the charger processing controllers is accomplished via Controller Area Network (CAN). After an extensive analysis and comparison, the most crucial System on a Chip (SoC) selected for the project are introduced. These include the Microcontroller Unit responsible for the controller processing and the intricate PLC chip, which manages the communication interface with the EV. Subsequently, the remaining designed and implemented circuits are presented, encompassing voltage supply circuits, communication interface circuits, and auxiliary circuits required for the communication with the electric vehicle. Finally, circuit simulations were conducted on specific parts of the circuit to ensure overall compliance with the system requirements.
- Embedded Wireless System within Urban PremisesPublication . Ferreira, Daniela Patrícia Fino; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraO projeto apresentado neste documento consiste no desenvolvimento de um sistema sem fios de controlo de acessos que deverá ser aplicado em instalações urbanas, tais como arranha céus ou casas ajardinadas. Existirá uma sala de controlo principal que deverá conseguir comunicar com estas propriedades que podem estar a uma distância considerável. O problema em questão consiste no desenvolvimento de um sistema de monotorização sem fios dadas as limitações arquitetónicas e altos custos de uma implementação com cablagem. Esta solução deve permitir comunicações de longo alcance, a inserção de novos nós de forma simples e um esquema modular que permita a inserção de novas funcionalidades de forma prática. Para o desenvolvimento e implementação desta plataforma foram inicialmente estudadas diversas tecnologias rádio tais como Bluetooth, Z-Wave, Sigfox, LoRa, Wi-Fi e NarrowbandIoT, sendo feita depois uma comparação entre estas para escolher a mais adequada ao projeto. A tecnologia escolhida para o desenvolvimento do projeto foi a LoRa, uma vez que possui bastante suporte e informação, além de possuir as características necessárias e desejadas para a sua implementação no presente sistema. É entre todas as tecnologias analisadas a que permite um maior alcance, acompanhada de uma maior eficiência energética. As aplicações são o funcionamento como gateway, acionamento de relés, deteção de fuga de água e deteção de fumo que neste projeto foi trabalhado como sensor de humidade e temperatura. Relativamente ao software desenvolvido, este foi também baseado neste conceito de expandir e modificar facilmente o sistema, está dividido por funções permitindo uma melhor gestão do seu funcionamento. Foram realizados testes através de breadboards a cada um dos pontos onde o sistema pode ser aplicado e foram realizados também testes de alcance de forma a garantir e confirmar que a tecnologia escolhida oferecia a resposta para o problema em questão. Após definidas as aplicações necessárias para o desenvolvimento do projeto, foram desenvolvidas PCBs, utilizando sempre um núcleo central, sendo assim possível modificar facilmente o tipo de aplicação e expandir o projeto para outras áreas.
- Estimação de estados aplicada a um centro de telecomando hidroelétricoPublication . Ferraz, Francisco Ilídio Maia da Rocha; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraEste documento tem como objetivo a apresentação do trabalho desenvolvido ao longo do 2o semestre para a cadeira de Tese / Dissertação, focando-se na projeção e implementação de um modelo de Estimação de Estados, aplicado ao Centro de Telecomando das Centrais Hidroelétricas da EDP Produção. Estes modelos consistem num conjunto de algoritmos direccionados para a previsão de medidas em tempo real, mais concretamente o nível da Cota de Montante, juntamente com uma base de dados histórica de prévios acontecimentos. Primeiramente, captados através dos sensores instalados nas barragens, deve ser obtido um conjunto de parâmetros de entrada predefinidos, relativos ao aproveitamento hidroelétrico, que o sistema utilizará de suporte para produzir um resultado final. Esses dados serão sempre apresentados, em tempo real, no Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados. Visto o Centro de Telecomando Único das Centrais ´ Hidroelétricas ser responsável pela operação e gestão dos aproveitamentos hidroelétricos, ´e importante que possíveis anomalias nas leituras realizadas pelos sensores, provenientes das centrais sejam imediatamente detetadas, de modo a que os operadores consigam atuar em conformidade. Muitas das atividades desta equipa passam pela operação remota dos aproveitamentos e a garantia que a exploração ´e realizada cumprindo as normas existentes, dai à existência de um sistema de monitorização deste género permite que estes se concentrem nas suas atividades do dia-a-dia, pois qualquer evento fora do comum será detetado pelo modelo de estimação. O foco deste trabalho foi o estudo das implementações de Machine Learning já existentes no mercado, bem como a perceção de quais as possíveis tecnologias integrantes neste tipo de soluções. Seguidamente, com base na análise realizada, o destaque passou para a preparação do modelo de estimação de estados, desenvolvida em linguagem Python, utilizando a ferramenta Tensorflow para a criação da rede neuronal. O modelo tem como principal objetivo a validação da evolução das cotas, em função de um conjunto específico de critérios, presentes em cada uma das albufeiras, possibilitando a análise e deteção de erros no nível da cota de montante, ou outras variáveis registadas nas instalações, como o nível da cota de jusante ou o caudal afluente, turbinado e descarregado da barragem. A realização de um estudo aprofundado dos dados históricos das centrais foi essencial para o estimador produzir resultados mais eficientes e fidedignos.
- Estudo de tecnologias domóticas e a sua aplicação em projectosPublication . Faria, José Luís; Alves, Mário Jorge de Andrade Ferreira; Santos, DomingosActualmente a área da domótica (automação de casas e edifícios) encontra-se em franca expansão, com principal relevância nos países mais desenvolvidos, com um crescimento de mercado de mais de 10% ao ano. Existem inúmeras razoes para a crescente implantação da domótica em edifícios, entre as quais a maior eficiência energética, o aumento da segurança e a redução do custo de aquisição das tecnologias. No que diz respeito as habitações particulares, acrescenta-se essencialmente o aumento do conforto devido ao grau de automação trazido pela domótica. Apesar da domótica não ser uma área cientifico-tecnológica recente, a rápida evolução das tecnologias associadas, nomeadamente a nível das redes de comunicação com e sem fios, foi uma das razoes fundamentais para a elaboração desta Tese. Acresce o facto de o candidato estar actualmente envolvido profissionalmente na área, pelo qual esta Tese assume uma particular importância. Realizou-se um estudo comparativo das tecnologias de domótica mais relevantes, escolhidas quer pelas suas características técnicas quer pela sua implantação de mercado e potencial futuro - KNX/EIB, LonWorks, HomePlug, ZigBee e Z-Wave. Destas, comprovou-se que as duas primeiras são aquelas que, actualmente, tem maior adequabilidade para serem aplicadas em projectos de domótica. Foi por isso efectuado um estudo mais elaborado das tecnologias LonWorks e KNX/EIB, incluindo a forma pratica de instalação/programação, a elaboração de dois demonstradores e de dois projectos (de acordo com um caderno de encargos real), usando as duas tecnologias. Concluiu-se que a tecnologia LonWorks apresenta vantagens no que respeita a escalabilidade (dimensão) dos sistemas. Em termos futuros, prevê-se a necessidade da interoperabilidade entre os nos/redes cablados (tradicionais) com nos/redes sem fio, seguindo a tendência para os ambientes inteligentes (“ambient intelligence/assisted living”, “smart spaces”, “ubiquitous computing).
- EVE: an electric vehicle emulator for testing DC chargersPublication . Pinto, Joaõ Pedro da Costa; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraThe rapid growth of electric mobility has been a key driver in the transition to a more sustainable future, aiming at reducing the environmental impact of traditional combustion engine vehicles. As part of this movement, i-charging has been at the forefront of developing Direct Current (DC) fast chargers compatible with multiple charging protocols, capable of charging up to four Electric Vehicle (EV)s per unit with power capacities ranging from 50 to 900 kW. To ensure that these advanced charging systems provide seamless communication and charging compatibility across diverse EV models, validating Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE)s under real-world conditions is essential. The GuóBi¯ao/Tu¯ıjiàn (GB/T) protocol, in particular, is crucial due to its widespread adoption and is a key focus of this Thesis. This Thesis presents the design and development of an Electric Vehicle Emulator (EVE), a versatile system intended to emulate the behavior of an EV during charging sessions. The primary focus of the EVE is to support the GB/T protocol while maintaining flexibility for future expansion to other protocols. The emulator is designed to facilitate comprehensive testing of EVSEs under a range of normal and abnormal operating conditions, enabling real-time data monitoring, error detection, fault injection during charging sessions, and support for remote diagnostics (e.g. through email-based error reporting). Key components of the system include real-time voltage, current, power, and State of charge (SOC) monitoring, error handling mechanisms, and detailed system logging for charging session analysis/recording. The work conducted in this Thesis contributes to the growing field of electric mobility by providing a scalable and flexible solution for EVSE testing. The EVE system is well-positioned to support ongoing advancements in EV technology and EVSE, offering a valuable tool for ensuring the safety and efficiency of EV charging stations, as well as ensuring that tests to the EVSE can be performed remotely, and while dynamically changing the charging parameters and injecting faults during the charging session, which allows i-charging to perform more diverse tests and further optimize and improve the EVSEs.
- Fast mobility support in low-power wireless networks: smart-HOP over RPL/6LoWPANPublication . Moreira, Daniel Augusto da Rocha; Alves, Mário Jorge de Andrade Ferreira; Fotouhi, HosseinWith the emergence of low-power wireless hardware new ways of communication were needed. In order to standardize the communication between these low powered devices the Internet Engineering Task Force (IETF) released the 6LoWPAN stand- ard that acts as an additional layer for making the IPv6 link layer suitable for the lower-power and lossy networks. In the same way, IPv6 Routing Protocol for Low- Power and Lossy Networks (RPL) has been proposed by the IETF Routing Over Low power and Lossy networks (ROLL) Working Group as a standard routing protocol for IPv6 routing in low-power wireless sensor networks. The research performed in this thesis uses these technologies to implement a mobility process. Mobility management is a fundamental yet challenging area in low-power wireless networks. There are applications that require mobile nodes to exchange data with a xed infrastructure with quality-of-service guarantees. A prime example of these applications is the monitoring of patients in real-time. In these scenarios, broadcast- ing data to all access points (APs) within range may not be a valid option due to the energy consumption, data storage and complexity requirements. An alternative and e cient option is to allow mobile nodes to perform hand-o s. Hand-o mechanisms have been well studied in cellular and ad-hoc networks. However, low-power wireless networks pose a new set of challenges. On one hand, simpler radios and constrained resources ask for simpler hand-o schemes. On the other hand, the shorter coverage and higher variability of low-power links require a careful tuning of the hand-o parameters. In this work, we tackle the problem of integrating smart-HOP within a standard protocol, speci cally RPL. The simulation results in Cooja indicate that the pro- posed scheme minimizes the hand-o delay and the total network overhead. The standard RPL protocol is simply unable to provide a reliable mobility support sim- ilar to other COTS technologies. Instead, they support joining and leaving of nodes, with very low responsiveness in the existence of physical mobility.
- Identificação de componentes de esquemas elétricos através de técnicas de classificação de imagemPublication . Cunha , Emanuel Jorge Pereira da; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraUm engenheiro eletrotécnico, principalmente ao longo do seu primeiro ano académico, é introduzido à análise de circuitos elétricos. Esta análise é iniciada com a apresentação aos componentes elétricos e eletrónicos e aos seus respetivos símbolos. De seguida, após este primeiro contacto, o aluno começa a associar alguns sím bolos e a formar os seus primeiros circuitos elétricos. Tradicionalmente, o aluno começa por desenhar o circuito em papel. Após isto, é feita a primeira análise e os cálculos necessários. A simulação do circuito é, por vezes, uma forma complementar de validar e analisar outros parâmetros, como a tensão e a corrente. A simulação é um passo importante na aprendizagem, pois possibilita a validação dos cálculos realizados em papel e flexibilidade a nível de projeto e pré-validação de circuitos elétricos e eletrónicos. No estudo, e em forma de treino, os alunos analisam vários circuitos que, por vezes, não apresentam qualquer solução que permita validar os resultados. Por norma, são então introduzidas ferramentas de simulação de modo a obter a validação. Esta é uma tarefa árdua e que consome bastante tempo de estudo dos alunos. De modo a ultrapassar esta dificuldade, foi criada a plataforma U=RIsolve [1] que, num dos seus futuros modos de operação, permitirá ao aluno economizar o seu tempo na tarefa de transferir o circuito para o simulador. Para isto é utilizada uma fotografia ou digitalização do esquema do circuito para introduzir do circuito no simulador. Primeiramente, a imagem é submetida num algoritmo de visão computacional. Este é capaz de interpretar a topologia de um esquema elétrico e construir o seu modelo a partir da análise dessa imagem. Este módulo de software, desenvolvido pelo colega Hugo Barbosa [2] no âmbito do seu projeto de tese, permite a deteção e extração dos elementos presentes no circuito. Estes são, por exemplo, componentes, os nós, as interligações entre elementos, os valores e os seus identificadores. Assim sendo, os outputs deste módulo são um conjunto de ficheiros com a informação extraída da imagem. Nos excertos da imagem original, foram introduzidas pequenas caixas delimitadoras à volta dos elementos dos circuitos. Deste modo, estes excertos serão utilizados por outro módulo de software capaz de os classificar. Consequentemente, este projeto/tese consistiu em criar um algoritmo de inteligência artificial que utiliza os outputs do módulo anterior e classifique cada elemento do circuito. Para isto, serão utilizadas técnicas de Machine Learning, como Deep Learning, e redes neuronais. No entanto, devido à pouca oferta de conjuntos de imagem, ou seja, datasets, que preenchessem todos os requisitos propostos, foi necessária a recolha de amostras de símbolos para treinar o modelo de Machine Learning. Em suma, a finalidade deste modulo de software é o reconhecimento dos caracteres alfanuméricos contidos nos identificadores de cada componente do circuito. Deste modo, comtodas estas partes interligadas integradas na framework U=RIsolve, o aluno conseguirá validar os seus resultados utilizando esta ferramenta de auto-aprendizagem na análise de circuitos elétricos(segundo diferentes métodos).
- Integração de Redes de Sensores sem fio com Sistemas de Automação e ControloPublication . Novais, Nelson Fernando Silva; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraO presente documento vem apresentar o trabalho realizado no decorrer do desenvolvimento da tese de Mestrado de Engenharia Eletrotécnica de Computadores com o tema ”Integração de Redes de Sensores Sem fio com Sistemas de Automação e Controlo”. O objectivo principal prende-se com a demonstração da integração da tecnologia das redes de sensores sem fio com a automação. De forma a entender melhor os dois conceitos, ao longo da tese são abordados vários protocolos de comunicação, com e sem fios, sendo dada principal relevância ao protocolo MODBUS, ao qual se dedica integralmente um capítulo e onde se esclarece sua arquitectura. O protocolo em questão foi determinante para o desenvolvimento do projecto que permitiu criar uma interface HMI (Human Machine Interface) que, suportado através de várias ferramentas que são abordadas no desenrolar da tese de mestrado, permitiu a integração entre as redes sem fio com a automação. Numa fase inicial deste documento ´e abordado o contexto tecnológico da aplicabilidade deste tema, contexto este que despoletou a motivação para a sua criação, suportado por casos reais em que o projecto desenvolvido foi aplicado. Dedica-se um capítulo ao estado da arte, referenciando-se várias tecnologias, algumas das quais integradas no presente documento, apresentando-se ainda um caso de estudo, devidamente referenciado, que serviu de exemplo. Seguidamente, ´e abordada a arquitectura escolhida para dar corpo a todo o sistema pensado, explicando-se passo a passo todos os trâmites para a sua implementação.
- Interpretação e modelação de esquemas elétricos com recurso a algoritmos de visão computacionalPublication . Barbosa, Hugo Miguel Ribeiro; Alves, Mário Jorge de Andrade FerreiraA análise de circuitos elétricos/eletrónicos é uma componente fundamental na área da Engenharia Eletrotécnica. Geralmente, os estudantes iniciam a análise de um circuito desenhando-o em papel, e, posteriormente à sua resolução (analítica), implementam o circuito num simulador para verificar e validar os resultados obtidos analiticamente. No entanto, este processo faz com que os estudantes necessitem de voltar a desenhar o circuito, tarefa que consome tempo e durante a qual poderão ser introduzidos erros ao traçar o mesmo no simulador. Este projeto consiste no desenvolvimento de um módulo de software capaz de interpretar a topologia de um esquema elétrico e de construir o seu modelo a partir de uma imagem, quer seja desenhado “à mão” ou a computador. Este módulo é baseado em algoritmos de visão computacional, propondo uma abordagem inovadora para a análise geral de um circuito elétrico através de uma imagem, com a deteção e extração dos seguintes elementos presentes no mesmo: componentes, nós, interligações entre os elementos, e labels (nomes, valores, etc) associadas aos respetivos elementos do circuito. O software deste projeto gera um mapa com o modelo do esquema elétrico analisado, resultante do processo de segmentação efetuado, bem como imagens com a region of interest (ROI) de cada componente e label extraída. Os ficheiros produzidos poderão ser utilizados por um outro módulo de software (não abrangido pela presente dissertação), responsável pela classificação dos componentes segmentados e também pelo reconhecimento dos caracteres alfanuméricos contidos nas labels do circuito. Assim, a combinação de ambos os módulos de software conceberá uma aplicação completa de reconhecimento de circuitos elétricos a partir de uma imagem. A finalidade futura desta aplicação é a sua integração na ferramenta U=RIsolve, framework web para ensino e auto-aprendizagem de metodologias para análise de circuitos, o que permitirá aos estudantes a obtenção e validação dos resultados do circuito através de uma imagem.