Plataforma de testes programável baseada em FPGA para microsensores capacitivos

Abstract

Um dos ramos tecnológicos que mais evoluiu na última década está relacionado com o mundo sensorial, mais concretamente os microsensores. O grande leque de aplicações que lhes estão associados leva à alteração sistemática da implementação dos sistemas que os integram, o que se transforma num problema quando estes sistemas são implementados puramente em hardware. O objetivo principal desta dissertação prende-se com o desenvolvimento de uma plataforma de testes, baseada em FPGA, para microsensores capacitivos. Esta plataforma incorpora um sistema de aquisição e um sistema de atuação, permitindo ainda uma configuração facilitada da topologia implementada com recurso à plataforma de desenvolvimento ZedBoard, um sistema programável de elevado desempenho. Em FPGA são implementados os módulos de interface com o hardware e no microprocessador, em ambiente Linux, são efetuadas as configurações necessárias bem como o processamento de dados. A definição do mecanismo de aquisição, quer por um conversor analógico para digital quer por comparadores analógicos, a definição dos número de atuadores electroestáticos que possam estar presentes no microsensor, bem como a inclusão de um filtro digital ou de vários canais de comunicação série são alguns dos aspetos associados à plataforma. De forma a validar e a testar as funcionalidades incorporadas na plataforma, foram implementadas algumas leis de controlo, elevando o patamar de versatilidade relativamente às plataformas existentes.

One of the branches of technology that most evolved in the last decade is related to the sensory world, specifically microsensors. The wide range of applications associated with them leads to a systematic change of the implementation of the systems that integrate them, which becomes a problem when these systems are implemented purely in hardware. The main objective of this thesis concerns the development of a test platform based on FPGA for capacitive microsensors. This platform incorporates an acquisition system and actuation system, allowing an easy configuration of the implemented topology. Using the development platform ZedBoard, a programmable high performance system was developed, where key interface modules with the hardware are implemented on a FPGA and in a microprocessor in Linux environment the necessary configurations and data processing are performed. The definition of the acquisition mechanism, through an analog to digital converter or analog comparators, the definition of the number of electrostatic actuators that is associated to the microsensor, as well as inclusion of a digital filter and serial comunication channels are some of the features enabled by the platform. In order to certify and validate the platform's functionalities some control laws were implemented and tested, raising the level of versatility that is reduced in existing platforms.