Para ter sucesso no desenvolvimento e na implementação de dispositivos IoT, é importante saber identificar possíveis obstáculos e saber que questões colocar para superar os problemas.

Os designers e programadores precisam das ferramentas e soluções certas para poder superar os desafios complexos de design e integração, tais como problemas relacionados com

• Autonomia da bateria
• Alimentação e sinal
• Interferências
• Testes de conformidade

Embora existam soluções para estas questões, são poucos os fornecedores que oferecem uma solução completa para os testes e medições. A Keysight Technologies é um desses fornecedores especiais. Vamos ver como podem apoiar os designers e programadores a ultrapassar os desafios comuns de IoT.

Como maximizar a autonomia da bateria de dispositivos inteligentes IoT

• Qual é a autonomia da minha bateria?
• O dispositivo está a utilizar energia em excesso?

Estas são provavelmente as questões mais recorrentes e problemáticas sobre gestão de energia de bateria.

Maximizar a autonomia das baterias pequenas integradas pode ser complicado. Os dispositivos IoT estão em funcionamento durante longos períodos de tempo entre cargas, e para alguns dispositivos a falha da bateria não é uma opção.

Instrumentos como Source meters, Analisadores de potência DC e Multímetros digitais podem fornecer os dados de que necessita para compreender os padrões de consumo de energia e a autonomia da bateria destes dispositivos a fim de identificar oportunidades para reduzir o consumo de energia e maximizar a autonomia da bateria.

Problemas de integridade de sinal e potência

• Como posso solucionar problemas relacionados com interferências, diafonia, perdas excessivas, impedância, desfasamento e ondulações de corrente?

A fiabilidade dos sinais e a alimentação são outros problemas que poderiam aparecer no seu dispositivo IoT. Testar estes problemas implica medir a frequência e o nível de potência do dispositivo e descodificar sinais ou extrair dados dos sinais. É importante ter a capacidade de depurar os componentes RF, analógicos e digitais do design. Os osciloscópios Infiniivision podem encarregar-se dessa tarefa.

Interferências devido à conectividade sem fios multiformato

• O dispositivo está a comunicar com a velocidade certa e tem o devido alcance?
• O dispositivo está apto para trabalhar num ambiente de sinal denso com vários sinais sem fios que operam no mesmo espetro?

Um desafio comum dos dispositivos IoT é a interferência de sinais. Manter uma comunicação constante no terreno pode ser problemático, portanto é necessário visualizar o sinal em tempo real para ajudar a definir os problemas do seu dispositivo. Veja a forma como o sinal interage com outros no ambiente, defina o problema e corrija-o.

Conformidade EMI e sem fios

• Como posso garantir que o meu design estará em conformidade com as normativas?
• O dispositivo está a criar emissões excessivas?
• Tolera bem emissões indesejadas?

Outra preocupação importante dos designers IoT é a falha do teste de conformidade, especialmente se ocorrer na fase final de desenvolvimento. Os testes de pré-conformidade, nos quais se pode utilizar um software para simular as emissões radiadas de circuitos e componentes, melhoram significativamente as chances de passar com sucesso o teste de EMI à primeira. Mais uma vez, escolher o instrumento de medição correto, como a ampla oferta de Geradores e analisadores de frequência da Keysight, é essencial.

Ler aqui artigo original em inglês.

No entanto, para trabalhar em segurança e obter os melhores resultados, é importante que os testes sejam efetuados corretamente. Estas dicas devem ajudar, mas lembre-se de que é sempre essencial seguir as instruções do fabricante para utilizar corretamente os instrumentos, respeitar as normas pertinentes e seguir as boas práticas de trabalho.

1. Utilize os cabos de teste certos
   Os fabricantes de medidores de resistência de isolamento esforçam-se para produzir conjuntos de cabos de teste que ajudam a tornar os seus instrumentos seguros e práticos de usar. Utilize sempre cabos desenhados para o instrumento, apropriados para a tensão de teste que esteja a planear utilizar e adequados para o objeto em que está a trabalhar. Se as ligações não puderem ser efetuadas com segurança, o cabo de teste pode desligar-se acidentalmente, deixando o objeto de teste carregado com uma tensão alta perigosa. Nunca utilize cabos de teste que demonstrem qualquer sinal de danos e nunca tente reparar cabos danificados ou desgastados. A sua substituição é a única opção segura.
2. Selecione a melhor tensão de teste.
   Existem atualmente instrumentos de teste que admitem tensões até 15 kV. Os testes com tensões mais elevadas podem proporcionar informação adicional mais detalhada sobre o estado do isolamento do objeto de teste. No entanto, se esta tensão é demasiado elevada para a capacidade de um objeto em particular, os danos gerados podem ser consideráveis. Consulte sempre os dados do fornecedor do objeto a ser testado e siga as orientações sobre os testes. Se não for possível, contacte o fabricante do seu aparelho de teste de isolamento.
3. Escolha o teste certo
   Uma medição rápida da resistência de isolamento pode ser suficiente para obter dados úteis, mas os equipamentos modernos de teste de resistência de isolamento têm muito mais para oferecer. Normalmente, permitem medir o índice de polarização (PI), o rácio de absorção dielétrica (DAR), descarga dielétrica (DD), escalão de tensão (SV) e testes de rampa. Pode encontrar, no seu manual do instrumento, informações completas sobre estes testes e como os efetuar (caso não estejam contempladas, consulte o fabricante). Alguns destes testes mais avançados demoram um pouco mais de tempo a executar, no entanto, fornecem informações muito mais fiáveis sobre a condição do isolamento.
4. Certifique-se de que sabe o que está incluído no teste
   É importante efetuar uma inspeção cuidada da instalação para determinar o equipamento que está ligado, uma vez que este será incluído no teste. Este passo é especialmente necessário se for difícil ou dispendioso desligar os circuitos e os objetos alvo do teste. Também é necessário prestar especial atenção aos condutores que saem da instalação, uma vez que quantos mais equipamentos estiverem incluídos num teste, menores serão as leituras. Neste caso, o equipamento de ligação poderia estar a ocultar a resistência de isolamento real do objeto.
5. Utilize um instrumento com uma gama de medição elevada
   Se o seu instrumento apresenta todas as leituras anteriores, por exemplo, 1 TΩ como resistência infinita, não há maneira de saber se a resistência de isolamento do seu objeto de teste diminuiu de 30 TΩ para 2 TΩ desde a última vez que o testou. Este último resultado poderia estar dentro da gama que é considerada aceitável para o objeto de teste, mas uma queda tão grande no valor de resistência como esta, geralmente é uma indicação inicial de que se está a desenvolver um problema. Um instrumento com um intervalo de medição elevado irá alertar para este tipo de situações.
6. Complete o teste antes de desligar o equipamento de teste
   Os objetos de teste podem conter uma grande quantidade de carga e, especialmente quando estão em teste com altas tensões, a carga armazenada pode ser letal. Os aparelhos de teste modernos protegem contra esse problema através da descarga segura do objeto quando o teste é concluído ou quando é cancelado pelo utilizador. No entanto, se os cabos de teste forem desligados prematuramente, a função de descarga não funciona e o objeto de teste permanece carregado e perigoso.
7. Utilize o terminal de proteção
   As fugas superficiais nos objetos de teste como casquilhos podem reduzir a resistência de isolamento aparente, o que leva a que muitos isoladores acabem no lixo, quando apenas necessitavam de uma limpeza. A utilização do terminal de proteção do equipamento de teste, que está geralmente ligado a um fio sem isolamento enrolado à volta da superfície do objeto que esteja em teste, reduz significativamente o efeito da fuga superficial nos resultados das medições. Efetuar duas medições, uma com o terminal de proteção ligado e outra sem, pode fornecer uma excelente indicação de que o isolador necessita ou não de limpeza.
8. Registe e elabore tendências dos seus resultados
   Uma única medição da resistência do isolamento pode confirmar rapidamente o estado do isolamento, mas uma série de medições num determinado intervalo de tempo, com os resultados registados e tendências, proporcionará informação muito mais relevante. Se a resistência de isolamento do objeto está a diminuir ao longo do tempo, por exemplo, seria provavelmente uma boa ideia descobrir a razão por detrás disso, antes que essa redução atinja o ponto de falha. Os registos precisos também permitirão identificar rapidamente qualquer desvio súbito dos valores de resistência habituais, uma indicação evidente de que é necessário efetuar uma investigação mais aprofundada.

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Permitem que os estudantes aprimorem as competências práticas, ao explorar os conceitos teóricos ensinados nas aulas. As experiências em laboratório também ajudam a alargar o conhecimento dos estudantes através da aplicação de conceitos em situações reais. A faculdade desempenha um papel-chave no desenvolvimento, realização e avaliação destas sessões de laboratório.

Principales dificultades para la organización y el desarrollo de laboratorios prácticos

Uma investigação independente sobre os principais desafios encontrados pelos educadores e estudantes em universidades demonstrou que um fluxo de trabalho estruturado e padronizado significaria uma melhoria importante para os laboratórios práticos. O estudo revelou que o processo de design e criação de uma experiência laboratorial é o maior desafio enfrentado pelos educadores. Além disto, realizar a manutenção e modernização dos cursos também pode ser demorado – quando um laboratório é atualizado, o educador tem de atualizar todos os materiais do curso em função do novo equipamento. Alguns dos principais desafios consistem na preparação de vários manuais para cada bancada do laboratório ou estudante, na realização da própria aula de laboratório, na garantia da clareza das instruções para os estudantes e na recolha e avaliação dos resultados no final da aula de laboratório, entre outros. A figura 1 mostra o fluxo de trabalho típico associado ao desenvolvimento e implementação de aulas de laboratório dentro do programa de uma universidade. Em primeiro lugar, o professor deve criar as experiências e validar os procedimentos. Como foi referido acima, esta é muitas vezes a parte mais demorada. Em seguida, devem criar e distribuir os manuais com os objetivos, as listas de equipamentos, a teoria e o procedimento para concluir o exercício. Geralmente, este manual descreve a informação que o instrutor deseja que o estudante obtenha até ao final da sessão, bem como a forma de a obter. A seguir, devem realizar as aulas em si e recolher os resultados. Finalmente, devem avaliar e comunicar os resultados do trabalho de cada estudante.

Da parte dos estudantes, devem recolher os seus resultados de medição, esboçar ou captar imagens de ecrã de gráficos, e gerar relatórios de laboratório que documentem as atividades. Estes relatórios raramente têm um formato consistente, o que torna a revisão e o processo de avaliação mais difícil.

Gestão eficiente dos materiais para os laboratórios práticos

A Tektronix oferece uma gama de ferramentas e instrumentos que ajudam no desenvolvimento e na distribuição de conteúdo do curso. A mais recente solução da Tektronix para o setor do ensino, o TBS2000, bem como o ecossistema Courseware (software educacional), permite ao professor criar rapidamente experiências laboratoriais e distribuí-las de forma eficiente para cada estação de trabalho. Os estudantes obtêm instruções detalhadas passo a passo com diagramas e fotografias das experiências, e contam com os meios adequados para criar automaticamente um relatório padronizado para o posterior envio ao professor. Além disso, a Tektronix também criou e gere uma plataforma web gratuita com utilizadores de todo o mundo, para partilhar materiais de laboratório. Os professores podem procurar e transferir cursos completos para reutilização ou inspiração. O software educacional da Tektronix consiste em três simples passos – criar, executar e recolher. A figura 2 mostra a ideia base do ecossistema de software educacional Courseware.

Criar o material de curso

O primeiro passo em qualquer nova experiência laboratorial é o projeto e a criação das instruções detalhadas. Este é também o mais demorado. Tektronix Courseware inclui a ferramenta PC Editor que padroniza o formato de laboratório com poderosas funcionalidades de edição integradas. Esta interface Windows facilita a introdução de descrições e instruções de texto, imagens, tabelas e fórmulas. Esta ferramenta de software gratuita pode ser utilizada por qualquer membro da faculdade, o que torna fácil partilhar material e padronizar o formato de laboratório em toda a instituição. Isto permite que a faculdade defina e garanta um modelo para a elaboração dos materiais do curso, melhorando a produtividade e os resultados de aprendizagem dos estudantes.

https://www.tek.com/product-demo/courseware-eco-system-educators

Courseware organiza o laboratório em duas secções básicas: a primeira é uma área de formato livre para incluir uma descrição na qual se pode relacionar todo o tipo de informação sobre os objetivos, a teoria e os equipamentos relacionados com a experiência. Esta secção pode incluir também conselhos, listas de verificação e desafios. A segunda área é a secção de procedimentos, que com um formato estruturado permite ao professor explicar instruções passo a passo para realizar a experiência e documentar os resultados.

Alternativamente, os educadores podem utilizar a crescente comunidade online de Courseware que inclui quase 700 cursos diferentes, muitos dos quais em idiomas diferentes do inglês. Os cursos podem ser transferidos a qualquer momento e também poderá fazer contribuições disponibilizando o seu próprio material nesta comunidade.

Como gerir o seu laboratório com Courseware

Assim que o material para um laboratório for criado, pode ser instantaneamente distribuído e carregado em cada TBS2000 do laboratório. Se o laboratório utilizar o TekSmartLab, pode atualizar até 100 estações de laboratório com o simples clique de um botão! Em caso contrário, apenas necessita uma unidade USB para atualizar os osciloscópios. Cada TBS2000 pode suportar até oito cursos e cada curso pode conter trinta ou mais exercícios individuais ou laboratórios. Agora, os exercícios são transformados num conjunto de menus incorporados no osciloscópio TBS2000 utilizando a interface, como demonstrado na figura 4.

Uma vez que o laboratório é distribuído eletronicamente, pode prescindir dos manuais impressos para cada estudante anualmente. Se um determinado laboratório precisar de atualizações, isto pode ser feito facilmente através das funcionalidades do Editor e do TekSmartLab.

Recolha de dados e criação de relatórios

A fase final de uma experiência de laboratório consiste na documentação das descobertas por parte do estudante, bem como a criação de um relatório conclusivo para o professor. Já falamos anteriormente do desperdício de tempo e recursos associado aos manuais impressos, mas se o exercício for restringindo ao preenchimento de caixas ou tabelas com resultados, pode não refletir necessariamente a verdadeira compreensão do exercício por parte do estudante. Se for necessário desenhar um plano ou gráfico, os alunos podem acabar por duplicar as formas de onda à mão, desperdiçando tempo desnecessariamente, ou podem ter de guardar capturas de ecrã em ferramentas externas como o Word ou o Excel. O resultado: os relatórios de cada estudante terão formatos diferentes, tornando o processo de avaliação mais difícil e menos consistente.

O osciloscópio TBS2000 com Courseware otimiza este processo de geração de relatórios. A função opcional Data Collection permite aos alunos capturar a forma de onda desejada, salvar as capturas de ecrã e associá-las a uma etapa específica do laboratório Courseware. No final, podem criar automaticamente relatórios HTML com todos os dados capturados. Este relatório pode incluir o nome do aluno, o número de identificação e os comentários, e pode ser devolvido ao professor através de uma unidade USB ou instantaneamente através das funções do TekSmartLab.

Como em todos os aspetos da nossa vida, quando trabalhamos de forma inteligente e utilizamos as ferramentas colaborativas que nos rodeiam, é possível alcançar grandes melhorias de produtividade e de qualidade. Estas características estão a proliferar rapidamente nos laboratórios de ensino. Courseware e Tektronix TBS2000 proporcionam aos professores uma estrutura padronizada para o desenvolvimento, implementação e operação de laboratórios, bem como a recolha e a correlação do trabalho dos estudantes. No ensino superior a competitividade é alta, as melhores universidades lutam para atrair os jovens mais talentosos para estudar nas suas instituições. Estes estudantes exigem e procuram os melhores laboratórios para completar os estudos. As ferramentas como Courseware, TBS2000 e TekSmartLab proporcionam aos docentes esses diferenciadores chaves nos seus laboratórios educativos – eficiência e facilidade de utilização!

Ler aqui o artigo original em inglês.