Bancada Laboratorial Remota para o Ensino da Electrónica

• Type: Thesis
• Date: 2008

Authors

Nuno Miguel Moreira de Sousa (Author) FEUP; Manuel Gericota (Technical adviser) FEUP

Scientific classification

CORDIS: Technological sciences > Engineering > Electrical engineering

Associated Institutions

ISEP - ISEP - Instituto Superior de Engenharia do Porto

Other information

Resumo (PT): Os constantes avanços tecnológicos ao nível de equipamentos de desenvolvimento, de infra-estruturas de rede e a difusão de computadores pessoais com custos cada vez mais reduzidos, tem potenciado o aparecimento de novos paradigmas que visam tirar proveito destas evoluções. De entre estes destaca-se o desenvolvido nesta dissertação, os laboratórios remotos. Este paradigma estipula que um utilizador seja capaz de aceder através de uma rede informática a uma ou mais experiências que podem ser virtuais ou reais podendo ou não exercer algum tipo de controlo, mas obtendo sempre algum tipo de informação que de alguma forma permita aumentar o seu conhecimento. Este paradigma engloba também o conceito de partilha e acessibilidade, não só com o fim de aumentar a rentabilização de equipamentos dispendiosos, mas também, com o de partilhar conhecimento entre instituições, docentes, investigadores ou alunos. A rentabilização pode ser alcançada pelo alargar da disponibilidade dos equipamentos, quer em número de horas, quer em número de utilizadores, ao permitir o acesso a elementos de outras instituições, os quais por sua vez, podem partilhar os seus recursos aumentando assim a sua utilização. No enquadramento da acessibilidade encontra-se não só o acesso por parte de utilizadores com mobilidade reduzida, como também utilizadores que apesar de usufruirem plenamente da sua condição física não se possam deslocar até ao local da experiência, ora por estarem impedidos de o fazer ou porque as distâncias não o permitem. Para a implementação deste tipo de laboratório é importante definir o tipo de experiência que se pretende partilhar, o nível de interactividade associado e os objectivos a longo prazo, antes de avançar com qualquer outro passo. Isto porque estas decisões determinam um conjunto de parâmetros importantes e o custo dos recursos necessários à sua implementação. Após reflexão sobre estes pontos, é então necessário proceder à selecção da arquitectura mais apropriada, devendo o volume de investimento a efectuar ser sempre ponderado com os proveitos esperados e principalmente com o objectivo de longo prazo, isto é, uma experiência de curta duração não justifica uma estrutura demasiado complexa e robusta com elevados custos associados. Deve-se por isso, primar pela simplicidade. No entanto, com um objectivo de longo prazo facilmente se rentabiliza o esforço inicial. No projecto da arquitectura devem também ser maximizados os recursos que já se encontrem disponíveis, tais como correio electrónico ou aplicações de gestão de conteúdos, tais como o Moodle. Neste contexto, o Laboratório de Investigação em Sistemas (LABORIS) adquiriu uma plataforma de desenvolvimento (NI-ELVIS) com o objectivo de criar e disponibilizar um sistema estável e reconfigurável que, numa perspectiva de longo prazo, seja capaz de disponibilizar experiências na área da electrónica. Com este objectivo definido, no âmbito desta dissertação é criada e implementada uma estrutura suportada em várias linguagens de programação, tais como PHP e LabVIEW, que usufruindo da aplicação Moodle já existente no Instituto Superior de Engenharia do Porto permitem a implementação de experiências remotas. Esta estrutura apresenta como grande vantagem a sua modularidade, robustez e expansibilidade, tendo sido desenvolvida como referido numa perspectiva de longo prazo. Para este fim, é também criado um conjunto de circuitos electrónicos que montados em placa de circuito impresso e dispostos de forma modular permitem alargar o alcance das funcionalidades do NI-ELVIS. Como caso de estudo, é disponibilizada, recorrendo à estrutura desenvolvida, uma experiência escolhida entre as várias que são leccionadas na disciplina de Electrónica II do curso de Electrónica e de Computadores, cujos resultados são aferidos por docentes, técnicos e alunos.

Abstract (EN): The constant technological advances in terms of equipment development, network infrastructure and the spread of personal computers with ever lower costs, have boosted the emergence of new paradigms that seek to take advantage of these trends. Among these is this thesis about remote laboratories. This paradigm stipulates that a user is able to access through a computer network one or more virtual experiments, which may be real or just simulations of reality, and may or may not perform some kind of control, but always getting some kind of information that in some way will increase his knowledge. This model also incorporates the concept of sharing and accessibility, not only in order to increase the profitability of expensive equipment, but also by enabling the share of knowledge between institutions, teachers, researchers or students. The return is achieved by extending the availability of equipment, whether in number of hours, either in number of users, and by allowing the access to elements of other institutions, which in turn can share their resources thus increasing their use. In the context of accessibility it is not only the access by users with limited mobility that matters, but also by users that can not travel to the place where the experiment is located, either by being prevented from doing so or because the distances do not permit it. To implement this type of lab it is important to define the type of experiment that will be shared, associated with the level of interactivity and the long-term objectives, before proceeding with any other steps. This is because these decisions determine a set of parameters and the cost of the resources required for their implementation. After discussion on these points, it is then necessary to select the most appropriate architecture. The volume of investment to be made must then be weighed against the expected income and primarily to the long term objectives: if it is a short-lived experiment, then it does not justify a structure too complex and robust with high costs. In this case, simplicity should be pursue. The design of the architecture should also maximize the resources that are already available, such as e-mail or content-management applications, such as Moodle. In this context, the Laboratório de Investigação em Sistemas (LABORIS) acquired a development platform (NI-ELVIS) for the purpose of creating and providing a stable and reconfigurable system that, in the long term, will be able to provide experiences in the area of electronics. With this goal in mind, in the context of this dissertation is created and implemented a structure supported by different programming languages such as PHP and LabVIEW, which benefits from the application Moodle already available on the Instituto Superior de Engenharia do Porto that allows the deployment of remote experiments. This structure presents as a great advantage its modularity, robustness and expansion capability. To this end, a set of electronic circuits were mounted on printed circuit board and arranged in modular form with the aim of extending the range of features of the NI-ELVIS. As a case study, an experiment chosen among several that are taught in the discipline of Electronics II of the course of Electrónica e Computadores is made available through the developes structure, whose results are confirmed by teachers, technicians and students.

Language: Portuguese

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 93