Search

Tema ovoga zadataka je bilo osmisliti meteorološku postaju koja kao zaslon ima e-ink (e-paper) zaslon vrlo niske potrošnje na kojem će se prikazivati vremenska prognoza i izmjereni podaci poput temperature zraka, relativne vlaţnosti zraka, tlak zraka i CO2 (eCO2) u zraku. Rad mora trošiti što je manje moguće energije uz pomoć low power reţima rada. Rad mora koristit WiFi mreţu za spajanje na Internet da bi se dohvatila vremenska prognoza. Osim toga, rad mora izmjerene podatke pohranjivati na neku vrstu memorije iz koje kasnije te podatke moţe dohvatiti i prikazati. Poţeljno je da se izmjereni podaci postave na Internet, te da ih se isto moţe po potrebi dohvatiti i prikazati. Dodana je i vanjska jedinica koja mjeri podatke poput temperature zraka, tlaka zraka, relativne vlaţnosti zraka, UV zraĉenje, koliĉinu svjetlosti, koliĉinu sunĉevog zraĉenja, brzinu vjetra i smjer vjetra. Podaci se šalju periodiĉno unutrašnjoj jedinici putem radio veze. Unutrašnja i vanjska jedinica koriste bateriju i solarni panel kao izvor energije. The task of his project was to make a weather station that uses e-ink (e-paper) display that has extremely low power consumption for displaying measured data such as air temperature, relative air humidity, atmospheric pressure and concentration of CO2 (eCO2) in the air. The device needs to use as little energy as possible by using low-power mode. The device also has to use WiFi technology in order to connect to the Internet and get the weather forecast data. Also, the device has to store measured data in some kind of memory device from where data can be fetched and displayed. Preferably, the device can send data to the Internet and also can get the same data if needed. There is also added outdoor unit device that measures data such as temperature, relative air humidity, atmospheric pressure, UV radiation, light intensity, irradiated solar power, wind speed and wind direction. Data is transmitted to the indoor unit by using RF communication. Both indoor and outdoor units are using batteries and solar panels as sources of power.

Tlak u biljnom ksilemu može biti korišten kao indikacija reakcije biljke na vodni stres. Ugradbeni sustav za akviziciju ksilemskog tlaka koristi sigma delta modulator za adaptivno namještanje frekvencije otipkavanja ulaznog signala sa senzora tlaka. On, kada je to potrebno, budi mikrokontroler iz režima niske potrošnje kako bi se obavila osnovna obrada signala. Dodane su informacije o drugim parametrima o kojima ovisi tlak u ksilemu; temperatura, relativna vlažnost zraka te doba dana. Korišten je mikrokontroler s trajnom FRAM memorijom kako bi podaci bili zapamćeni i nakon isključivanja sustava. Prikazani su očekivani rezultati te je dan je pregled očekivane i stvarne potrošnje sustava. Xylem pressure can be used as an information of water stress in plants. Embedded system for xylem pressure acquisition is using sigma - delta modulator for adaptive signal sampling frequency and he gives wake up signals for exiting low power mode and do some basic signal processing. Pressure transducer signal is digitalized and saved to non-volatile FRAM memory. Information about other important parameters of xylem pressure, such as temperature, relative humidity and time of day, is also measured and stored into memory. Expected results are shown and also expected and real energy consumption.

U ovome radu implementiran je akusticki detektor baziran na binariziranoj neuronskoj mreži, koja ima dva sloja: jednodimenzionalni konvolucijski i potpuno povezani. U odnosu na dosadašnje detektore postignut je napredak u tocnosti detekcije. Za generiranje skupa podataka, kreiranje mreže, njeno treniranje i validaciju korišten je PyTorch 0.4 radni okvir. Uz 6 pogrešaka na sekvenci mreža pokazuje tocnost od 95.1% što predstavlja gubitak od 1.1% u odnosu na mrežu prije binarizacije. Demonstriran je novi regularizacijski postupak koji u funkciju cijene dodaje udaljenost težina neurona od abs(1) i time smanjuje kvantizacijsku pogrešku binariziranja. Implementacija je izvedena na Lattice iCE40UL1K FPGA sklopu sa zauzecem 488 od 1248 logickih elemenata. Sklop s implementiranom mrežom i radnim taktom od 10 kHz ima potrošnju od 36.6 μA. Najveci udio ukupne potrošnje u sklopu (99.2%) predstavlja staticka struja curenja. In this paper, an acoustic detector based on a binarized neural network was implemented. The network is composed of two layers: a one-dimensional convolutional layer and a fully connected layer. Accuracy detection was improved when comparing to currently available detectors. PyTorch framework was used for generating the dataset, creation of the network and its training and validation. When the sequence contains 6 errors the network has an accuracy of 95.1%. Accuracy loss is 1.1% compared to the non-binarized network. New regularization method was demonstrated which minimizes quantization error when binarization is applied. Regularization adds penalty based on neuron weight distance from value abs(1). The implementation was done on the Lattice iCE40UL1k FPGA chip. The design takes up 488 out of 1248 available logic elements. The FPGA chip with the network running 10 kHz clock has a consumption of 36.6 μA. Most of the circuits power consumption (99.2%) comes from static leakage current.

Ovim radom obrađen je prijem energije i njegovo usmjeravanje u daljnje sustave. Postignuta je vrlo velika modularnost dijelova uređaja tako što su birani neovisno jedan o drugome te se ovisno o promjeni specifikacija njihove funkcionalnosti mijenjaju promjenom nekoliko pasivnih komponenata. Kako bi se moglo provesti kvalitetno upravljanje, cijeli upravljački dio prebačen je u program. Ovisno o tipu kontrole cijela obrada događa se u programu. Tim načinom upravljanje ne ovisi o tehnologiji. To znači da se upravljanje može odraditi na kontroleru, procesoru, FPGA čipu te čak i bežično putem nekog drugog upravljačkog djela ukoliko za time postoji potreba. This work explains receival of energy and power management. High level of modularity is achieved by chosing parts of system that are independant of each other. Therefore functionality of modules can be changed by simply changing passive components around the chip. In order to maintain high level of modularity control algorithm has been moved into software domain. In that way control is independant of technology and can be done on a microcontroller, microprocessor, FPGA and even wireless if neccessary.

Ispitane su mogućnosti izrade senzorske mreže izrazito niske potrošnje zasnovane na Wi-Fi tehnologiji. Izrađena je platformno neovisna programska biblioteka za korištenje modula porodice WiFly koristeći programski jezik C. Modul je ispitan kroz STM32F4DISCOVERY razvojni sustav. Izrađene su i jednostavne aplikacije u programskom jeziku Python za spajanje na WiFly putem TCP protokola. Ispitane su mogućnosti rada WiFly-a kao klijent, te kao pristupna točka u okviru Wi-Fi mreže. The possibility of building the ultra-low power wireless sensor network based on Wi-Fi technology has been elaborated. High-level platform-independent C program library for implementation of WiFly basic functionality was developed. The module was tested using STM32F4DISCOVERY development kit. Simple application for testing the WiFly module over the TCP sockets was developed in Python programming language. The WiFly module was tested as a client and as WLAN access point (AP).

U radu su istraživane mogućnosti smanjenja snage odašiljača kojega nosi pokretni ispitanik u višeprijamničkom biotelemetrijskom sustavu s raspršenim infracrvenim zračenjem. Analizirane su impulsne modulacije infracrvenog zračenja za višekanalni prijenos bioloških signala i učinkovitost pretvorbe električne energije u optičku. Ispitivane su značajke pin fotodiode kao osjetila raspršenog infracrvenog zračenja. Utvrđena je prednost strujnog režima rada fotodiode. Opisano je rasprostiranje zračenja od odašiljača do reflektirajuće površine te od reflektirajuće površine do osjetila prijamnika. Značajke izvora smetnje u infracrvenom dijelu spektra određene su mjerenjem njima izazvane fotostruje osjetila. Analizirane su značajke pretpojačala prijamnika raspršenog infracrvenog zračenja s ciljem dobivanja najvećeg omjera vršne snage signala i šuma u frekvencijskom pojasu zadanom trajanjem odaslanih impulsa zračenja. Pretpojačalo s pojačanjem napona načelno je sustav prvoga reda kojemu frekvencijski pojas i pojačanje ovise o broju (površini) fotodioda i veličini njima paralelno spojenog otpornika. Pretpojačalo s pojačanjem struje (transimpedancijsko) je sustav drugoga reda kojime se postiže šire frekvencijsko područje i manji šum za veće površine osjetila. Ukupna ulazna struja šuma pretpojačala ima komponentu bijelog šuma i šuma čija spektralna gustoća raste s kvadratom umnoška frekvencije i kapaciteta fotodioda. Dominantan je šum sačme izazvan zračenjem izvora smetnje. Omjer signala i šuma pretpojačala popravlja se povećanjem površine osjetila jednog pretpojačala ili zbrajanjem izlaza više njih. U višeprijamničkom sustavu s prostornom višestrukošću prijamnici se povezuju sa središnjom jedinicom gdje se njihovi signali obrađuju selekcijskim ili kombinacijskim postupkom. Smanjenje snage odašiljača primjenom višeprijamničkog sustava razmjerno je smanjenju područja pokrivanja pojedinog prijamnika. Rezultati istraživanja daju objektivne kriterije projektiranja sustava infracrvene biotelemetrije s malom potrošnjom, primjenjive i u razvoju sličnih sustava za prijenos raspršenim infracrvenim zračenjem u zatvorenom prostoru. The aim of this work was to investigate the possibility of the transmitter power reduction in multireceiver infrared biotelemetry systems when the transmitter is worn by ambulatory patient. Energy that flows from a mobile emitter to a stationary receiver undergoes several transformations. It is transformed from modulated electrical to optical form at the emitter. That optical energy falls on the large reflective surface and diffuse reflected part of it, together with background radiation, irradiates infrared sensor that transforms it back to electrical form. Receiver preamplifier amplifies the sensor's photocurrent adding its noise. The generated electrical signal is processed in central unit of the multireceiver system. Optimisation of each step of energy flow and transformation is carried out through theoretical analysis and experimentally verified. Pulse-position modulation was found as the most appropriate choice for obtaining high impulse power with low average consumption. Optimal infrared emitting diode pulse current for highest power efficiency was calculated. pin photodiode was chosen as a detector of weak diffuse radiation. The performance of the photodiode in current mode was found as optimal from sensitivity and bandwidth point of view. Two types of receiver preamplifiers, voltage and transimpedance amplifier were described and their features were characterised. The transimpedance amplifier gives higher frequency range and better sensitivity. Both amplifiers have input noise composed of two components: the white noise and the noise with spectral density proportional to the product of frequency and input capacitance. The dominant noise is detector's shot noise arising from the background light. The signal to noise ratio of the preamplifier is improved using multiple detectors with one preamplifier or summing outputs of more preamplifiers. Central unit in multireceiver space diversity system performs selection or equal-gain diversity combining technique. Reduction of transmitter power is accomplished through decreasing the covering area of each receiver in multireceiver system. The presented results give rules for designing and objective evaluation of low-power infrared biotelemetry systems. They are applicable in development of similar indoor infrared communication systems and their comparison to RF systems.