1. SISTEMAS EMBARCADOS PARA
INSTRUMENTAÇÃO
INTELIGENTE
Adão Antonio de Souza Junior
GET - Grupo de Eletrônica e Telecomunicações
Engenharia Elétrica – IF Sul, Campus Pelotas
1

2. BACKGROUND...
Formação
Engenheiro Eletricista
Mestrado em
Engenharia:
Instrumentação
Doutorado em
Computação
Professor na E.E/IFSul
Atuação
Hardware:
 Interfaces de aquisição
 Processamento de Sinais
 FPGA/DSP

3. GRUPO DE PESQUISA E O APL
CIS
 O GET, pelo lado do IF Sul, foi um dos primeiros grupos
de pesquisa a se agregar ao Arranjo Produtivo Local
Complexo Industrial da Saúde de Pelotas (Convênio
Lifemed/IFSul – 2012).

4. CAVEAT EMPTOR
 A partir da margem acadêmica do debate
 Foco na questão: “Como estabelecer um grupo de pesquisa bem
sucedido em incentivar o desenvolvimento tecnológico na área?”
 É um dialogo e não uma tese estabelecida
 Tenho meus
vieses:

5. Sistemas
Embarcados
Aspectos
Institucionais
da pesquisa
Aspectos
Econômicos
da área
Interface com
empresas
ORGANIZAÇÃO DA
APRESENTAÇÃO

6. SISTEMAS
EMBARCADOS
Automação
(Ind./Com./Res.)
Transportes
Eletrônica de consumo
Áudio e Vídeo
Informática e mobilidade
Telecomunicações
Biomédica

7. O QUE SÃO SISTEMAS
EMBARCADOS
Sistemas aerosespaciais, telecomunicações (satélites )e
defesa
Primeiras menções a “Eletrônica Embarcada” (~95)
 Eletrônica automotiva: ... adquirida pela Continental
 Introdução dos carros com injeção eletrônica
 Primeiros microcontroladores ultra compactos com flash (famílias
ATMEL e PIC)

8. O QUE SÃO SISTEMAS
EMBARCADOS
Outras aplicações já eram comuns no parque industrial da
RMPA:
 Transportes:
 Elevadores Sur, Aeromot Aeroeletrônica
 Automação industrial:
 Altus, BCM, Novus
 Automação Comercial/Bancária:
 Digicon/Perto, Shelter
 Telecomunicações:
 Digitel Parks
 Instrumentação:
 Elo, Embrasul
 Biomédica:
 Instramed

9. CARACTERISTICAS
Computação não é o objetivo final do dispositivo
(firmware/IP-core)
Desempenho crítico de interfaces
 Interfaces analógico-digitais (aquisição, acionamento, controle)
 Interfaces de comunicação (barramentos, redes e sem fio)
Alto grau de fragmentação de tecnologias de
implementação
 Elevado volume de NRE (Non Recurrent Engineering)
 Forte dependência de soluções sob medida e
proprietárias
 No Brasil, por questões de escala, ASICs sempre estiverem fora do
espaço de projeto.

10. SISTEMA EMBARCADO
HÍBRIDO
Instrumentação
Controle
Biomédica
Automação

11. SISTEMAS
EMBARCADOS
DIGITAIS
Telecomunicações
Audio e vídeo
Sistemas de defesa

12. UMA NOTA HISTÓRICA
 No início da década de noventa
 Sistemas mínimos, arquitetura Z80, x85 e 8051
 Implementação em assembly
 Hardware digital discreto e módulos analógicos ídem
 IHM muito simples
Ao final da década (e do milênio)
 Microcontroladores compactos (PIC, ATMEL)
 Implementação predominantemente em C
 Implementação de hardware digital em FPGA
 1992 Duas licenças Altera Maxplus I no estado (UFRGS)
 Uso de PC para IHM (PC+VB ou Pascal  PowerPC+Linux)
 Módulos de interface

13. A PESQUISA EM SISTEMAS
EMBARCADOS
Inicialmente pesquisa em microeletrônica
 Muitos Sistemas Embarcados eram efetivamente ASICs
 Problema econômico (escala)
 Desenvolvimento de ferramentas e tecnologias de substrato.
Pesquisa em prototipação rápida: chegar o mais rápido
possível ao primeiro protótipo funcional
 Ex.: Lockhead RASSP – Rapid Prototyping of Application Specific
Signal Processors (~1995)
 Grupo Silex (prof. Luigi Carro e Altamiro Susin, em 1995
)
 “E se no futuro o hardware digital for uma commoditie, para onde se
desloca o valor agregado?”

14. QUESTÃO DA PLATAFORMA
 Em Sistemas Embarcados
o firmware legado é
fundamental.
 A plataforma ajuda e ao mesmo
tempo limita os
desenvolvimentos.
 Diversos esforços em
colocar uma camada
flexibilizando a interface
software-hardware
 Inicialmente na interface
de arquitetura:
 RISCO e 8051 configuráveis,
SASHIMI. Microtradução, etc.
 Mais recentemente no
sistema:
 Model-based development, etc.
Legado
•Aplicações pré-
existentes
Sistema
•Compatibilidade
de mapeamento
e periféricos
Arquitetura •Compatibilidade de código
Hardware •Ligação física flexível
P/Ex:
Ito, S.A. ; CARRO, L. ; Jacobi, R.P. . Making Java work for
microcontroller applications. IEEE Design and Test of Computers,
Estados Unidos, v. 18, p. 100-110, 2001.

15. CASOS SOBRE PLATAFORMAS
Caso 1: Empresa de automação de equipamentos
pneumáticos usava PC e Visual Basic no
desenvolvimento. Encomendou projeto compacto usando
DSP C25 TI a UFRGS. Projeto foi bem sucedido mas
tiveram de subcontratar a manutenção do software.
Caso 2: Pequena empresa de equipamentos de
telecomunicação realizava todos os projetos em
esquemático (projetos legados). Entendeu o potencial de
síntese lógica sobre FPGA, contratou equipe e substituiu
chips israelenses. Em poucos anos chegou a +200
engenheiros e linha de produção.

16. QUESTÃO DAS INTERFACES
EXTERNAS
 Alguns elementos de um
Sistema Embarcado tem de
ser analógicos:
 Conversores AD e DA;
 Filtros anti-alias
 Tranceivers de corrente
 Interfaces de RF
 Lei de Moore não se aplica
a interfaces AD
 ADC ganho linear
 Processamento exponencial
 O que fazer com o
processamento sobrando?
Murmann, Boris. "Digitally assisted
analog circuits." IEEE Micro 26.2 (2006):
38-47.

17. COMPENSAÇÃO DIGITAL
DE NÃO IDEALIDADES
ANALÓGICAS
Usar a capacidade
digital ociosa para
aumentar a
flexibilidade dos
blocos externos de
interface.
CARRO ; NEGREIROS ; JAHN ; SOUZA JUNIOR, A. A. ; FRANCO . Circuit-Level Considerations for Mixed-Signals
Programmable Components. IEEE Design & Test of Computers (Print), v. 20, p. 76-84, 2003.

18. EXEMPLO DE
APLICAÇÃO: GERAÇÃO
DIGITAL DE TOM DE RF
Possível gerar tons na
faixa de GHz para
testar transceivers de
RF usando saídas
digitais diretas.
Negreiros, M.; Souza, A.; Carro, L.; Susin, A.A., "RF Digital Signal Generation Beyond Nyquist," VLSI Test Symposium, 2007. 25th
IEEE , vol., no., pp.15,22, 6-10 May 2007

19. NOVO GRUPO DE PESQUISA:
VISÃO
 Projetos devem ser realizados top-down, para
garantir o máximo de espaço para se flexibilizar o
hardware.
 Projeto baseado em modelagem.
 Processamento digital ultrapassa a capacidade das
interfaces
 Sempre que possível usar modelagem para simplificar blocos
analógicos.
 Projeto de sistema híbrido começa no modelo do canal com o
mundo físico.
 Uso de sistemas adaptativos e inteligentes (Instrumentação
Inteligente)
 Aplicações padrão na época do ingresso no IF (2005)

20. CONTEXTO
INSTITUCIONAL DA
PESQUISA NO GRUPO
Origem do grupo de
pesquisa e razões
para o envolvimento
com o Arranjo
Produtivo Local

21. VERTICALIZAÇÃO DA ETFPEL
Em 2000 é transforma-se em CEFET-RS e passa a ofertar
graduações tecnológicas em Pelotas e Sapucaia do Sul.
Grande esforço é feito na qualificação do quadro docente
com mestres e doutores.
Em 2005 se fazem os primeiros concursos para mestres
e doutores.
Também em 2005 é lançado o Núcleo de Pesquisas
(NUPES)
Em 2006 são registrados os Grupos de Pesquisa
 Surge o Grupo de Eletrônica e Telecomunicações
Em 2007 dois cursos de tecnologia originam a
Engenharia Elétrica.

22. QUALIFICAÇÃO
DOCENTE
A maioria dos
docentes, mesmo no
campus Pelotas já é
composta por mestres
e doutores.

23. DESAFIOS DA
FRAGMENTAÇÃO
 De uma dúzia de campus para mais de quarenta no
estado.
 De quatro campus industriais para mais de vinte.
 De único e maior CEFET do estado para segundo maior
entre três (IFRS com sede em Bento Gonçalves é o maior).
 Importante focar nos pontos fortes:
 Segunda mais alta avaliação de graduações (IGC 3.5829) entre
 25a posição entre todas as instituições federais, incluindo uni
 4ª posição entre as federais no estado.
 Grande rede de contatos técnicos e de chão de fábrica.

24. TRANSIÇÃO
DEMOGRÁFICA
A transição
demográfica significa
que precisamos
repensar a formação
como processo
contínuo.
14 a 24 anos16ª 30 anos

25. MATRÍCULAS (E
ORÇAMENTO) SÃO
AFETADAS PELAS
MUDANÇAS
É importante ter
clareza do papel dos
institutos na formação
tecnológica.

26. INSTITUTOS FEDERAIS:
PRINCÍPIOS E OBJETIVOS
Compromisso com a
Educação Profissional
 50% Cursos técnicos
Verticalização do ensino
 Engenharias
 Graduações Tecnológicas
Déficit de qualificação
 Entrosamento com a rede de
ensino
 Entrosamento com o mundo do
trabalho
Pesquisa aplicada e
inovação
 Ligação aos arranjos locais de
produção

27. PROBLEMAS ...
No Brasil, apesar de os
CEFETs existirem desde a
década de setenta, o modelo
é pouco assimilado.
 Todos somos oriundos de
universidades.
Pesquisas são ligadas
genealogicamente:
 Instituições novas tem muitos
pesquisadores sem ligações
comuns
 No nosso caso temos o mesmo
perfil de pesquisa de nossos
orientadores.
Não conhecemos a realidade
das empresas.
O marco legal é ruim.

28. O GRUPO DE
PESQUISA
O inicio da formação
de grupos de
pesquisa se dá na
época da transição
entre CEFET e IF
Inicio
dos
grupos
Formaturas

29. A PRIMEIRA VERSÃO DO
GRUPO
 Grupo com professores ligados a três cursos:
 Automação Industrial
 Telecomunicações
 Especialização em Microeletrônica
 Linhas de pesquisa ligadas as áreas de cada um:
 Sistemas para TV Digital
 Prototipação e Teste de Circuitos Analógicos e Digitais
 Processamento de Sinais e Imagem
 Métodos Matemáticos para Eletromagnetismo
 Projeto Transpetro
 Primeiras bolsas de IC

30. LINHAS DE PESQUISA,
PROJETOS E
CONVÊNIOS (GET)
Inicialmente seguiu-
se a tradição de
manter linhas de
pesquisa ligadas a
alma mater.

31. ALGUNS RESULTADOS
 Indicadores começaram positivos
 Dezenove artigos em eventos de níveis variados.
 Sete orientações de TCC e uma de especialização.
 Nove orientações de IC concluídas.
 1 Projeto com Empresa
 Porém:
 Artigos ligados as instituições de origem de cada um
 Nenhuma colaboração entre membros
 Temas locais não se aprofundaram
 Produção caiu rapidamente
 Hiato de alunos encerrou essa fase
 Uma boa experiência (Transpetro)

32. O CASO DO PROJETO
TRANSPETRO
Prova de conceito de
tecnologias de baixo
custo para berthing
system

33. PORQUE FUNCIONOU
 Monitoramento de atracação
 Sistemas usando radar
 Sistemas usando laser
 Acionado manualmente a 20m
Problema compartilhado
 Uso de plataforma comum de desenvolvimento
 Análise dos sistemas in loco
 Garantias de proteção intelectual e baixo compromisso financeiro
inicial
Resultados:
 Prova de conceito inovadora a baixo custo
 Bolsas de IC, diárias e transporte.
 Aprovação para fase 2

34. O QUE FAZ UM GRUPO DE
PESQUISA
 Bons problemas comuns
 Inovação: Conhecimento tanto do estado da arte quanto da realidade
produtiva
 Ferramentas compartilhadas:
 Modelagem e linguagem matemática de representação
 Plataformas de desenvolvimento
 Fluxo contínuo de bolsistas
 Transmissão de know-how tem de ser entre bolsistas
O que é e como trabalhar a questão da inovação e do desenvolvimento tec

35. ASPECTOS
ECONÔMICOS DA
ÁREA DE PESQUISA
Conhecer a realidade
industrial é
importante para se
saber onde e como é
possível inovar.
Hausmann, Ricardo, and César A. Hidalgo. The atlas of economic complexity: Mapping paths to prosperity. MIT Press,

36. DESENVOLVIMENTO
TECNOLÓGICO
 Pesquisa é uma forma de poupança de risco.
 A opção pela pesquisa será feita se for a melhor
estratégia de sobrevivência para a empresa.
O que leva ao desenvolvimento econômico?
 Governança e boas instituições
 Educação e capacitação tecnológica
 Capacidade competitiva
Hidalgo, C. A.; Hausmann, R.. “The building blocks of
economic complexity”. PNAS 2009. 106 (26) 10570-
10575; published ahead of print June 22, 2009.

37. CADEIAS DE RELAÇÃO
ENTRE PRODUTOS E
TECNOLOGIAS
Desenvolve-se
tecnologia de forma
bem sucedida pela
incorporação de nós
adjacentes.

38. COMO SE AGREGA NOVAS
CAPACIDADES?
 Combinando capacidades previamente existentes
na solução de novos problemas.

39. COMO SE AGREGA NOVAS
CAPACIDADES?
Agregando novas tecnologias chave que se
combinam com as pré-existentes na solução de
novos problemas.

40. COMO SE AGREGA NOVAS
CAPACIDADES?
 A tecnologia chave muitas vezes envolve o domínio
de uma nova plataforma de desenvolvimento.

41. SISTEMAS EMBARCADOS NO
ESTADO
 Ranking 500 Maiores + 500 Emergentes, Revista Amanhã
 Informática e Automação
 Eletroeletrônicos
 Máquinas e Equipamentos
 No Rio Grande do Sul
 165º Grupo Digicon (Gravataí) – Automação Comercial
 191º Stara (Não-me-toque) – Agricultura de Precisão *
 412º AEL Sistemas (Porto Alegre) – Aeroeletrônica e Defesa
 477º Lifemed Ind. Eq. Médicos (Pelotas) – Equipamentos Médicos
 526ª Altus Sistemas de Automação (São Leopoldo) – Automação Industrial
 634º Parks S/A (Cachoeirinha) – Equipamentos de Telecomunicações.
 636º Digitel S/A Industria Eletrônica (Alvorada) – Equipamentos de
Telecomunicações.

42. DIVERSAS EMPRESAS
DE TECNOLOGIA DE
MENOR PORTE
Apesar de menor
porte muitas
empresas são
importante
exportadoras.

43. IFES
• Alunos e docentes
• Ensino
• Pesquisa
• Temas inovadores
• Indicadores de impacto
acadêmico
• Reconhecimento
Empresas
• Funcionários e associados
• Produção
• Desenvolvimento
• Inovação
• Indicadores econômicos
• Relevância produtiva
Como equacionar essa relação de forma produ
≠

44. IFES
• Alunos e docentes
• Ensino
• Pesquisa
• Temas inovadores
• Indicadores de impacto
acadêmico
• Reconhecimento
Empresas
• Funcionários e associados
• Produção
• Desenvolvimento
• Inovação
• Indicadores econômicos
• Relevância produtiva
Muitos alunos irão trabalhar em ou criar emprO que ensinamos irá afetar o que será produzCurrículo não é nem pode ser treinamento tec
(10/20 anos de formação x mudança tecnológica a cada 3/5)

45. IFES
• Alunos e docentes
• Ensino
• Pesquisa
• Temas inovadores
• Indicadores de impacto
acadêmico
• Reconhecimento
Empresas
• Funcionários e associados
• Produção
• Desenvolvimento
• Inovação
• Indicadores econômicos
• Relevância produtiva
O que é inovador para uma empresa pode não
gerar pesquisa original
≠

46. IFES
• Alunos e docentes
• Ensino
• Pesquisa
• Temas inovadores
• Indicadores de impacto
acadêmico
• Reconhecimento
Empresas
• Funcionários e associados
• Produção
• Desenvolvimento
• Inovação
• Indicadores econômicos
• Relevância produtiva
Uma instituição de ensino não deve desenvolv
produto (nem se presta bem a tarefa).
≠

47. ETAPAS DE PESQUISA E
DESENVOLVIMENTO
Modelo de P&D com seis
etapas e três ciclos:
 Ciclo conceitual: Desenvolve
módulos ou elementos chave a
partir do estado da arte
(Pesquisa).
 Ciclo de protótipo: Desenvolve,
valida e testa protótipo de
prova de conceito.
 Ciclo de produto: Desenvolve,
valida e testa protótipo de linha
de produção.

48. Projeto
Informacio
nal
Projeto e
validação
conceitual
Validação
de
Protótipo
Projeto de
Protótipo
Projeto de
Produto
Teste e
Validação
de produto
• Maiores oportunidades de pesquisa original
• Vários experimentos, testes de alternativas e análises de re
• Projetos em linhas principais dos grupos de pesquisa
• Proximidade com aplicações locais pode ou não ser um fator
IFES

49. Projeto
Informacio
nal
Projeto e
validação
conceitual
Validação
de
Protótipo
Projeto de
Protótipo
Projeto de
Produto
Teste e
Validação
de produto
• Alguma possibilidade de produção de PI
• Proteção de confidencialidade para isso é fundamental
• Foco no desenvolvimento de know-how dentro do grupo
• Desenvolvimento de plataformas
• Bolsas de desenvolvimento tecnológico (pesquisadores associados)
IFES

50. Projeto
Informacio
nal
Projeto e
validação
conceitual
Validação
de
Protótipo
Projeto de
Protótipo
Projeto de
Produto
Teste e
Validação
de produto
• Oportunidades de mercado
• Protótipo de produção (cadeias de suprimento)
• Teste e qualidade de produção
• Normas e regulação.
Empresas*

51. Projeto
Informacio
nal
Projeto e
validação
conceitual
Validação
de
Protótipo
Projeto de
Protótipo
Projeto de
Produto
Teste e
Validação
de produto
• Novas tecnologias chave
• Proteção de confidencialidade é crucial
• Novas plataformas e desenvolvimento de know-how
• P&D é poupança de risco
• Projetos de desenvolvimento via editais
• Associação com empresas de P&D e startups
Empresas*

52. SITUAÇÃO IDEAL
 IFES mantém linha constante de pesquisa conceitual
 Aprofunda qualificação de corpo docente e dos cursos.
 Foco é sincronizar a pesquisa com temas de relevância para a
realidade local.
 Utilizam-se editais de pesquisa pura e IC.
 Projetos com empresas expandem know-how do grupo
 Foco em desenvolver RH e manter novas plataformas
 Ecossistema de inovação (incubadoras, empresas de P&D, startups,
pesquisadores associados)
 Produto é a propriedade intelectual (projetos ‘blue sky’).
 Projetos de transferência
 Editais de pesquisador na empresa
 Projetos de desenvolvimento de produto

53. RETOMADA DO GRUPO
DE PESQUISA
1. Convênio para
temas conjuntos e
PI.
2. Editais IF/Empresa
3. Empresa/IF (RHAE)

54. AÇÕES DE RETOMADA
Onde está nosso valor agregado?
Resolução de problemas de instrumentação aplicando
técnicas de modelagem, controle e compensação adaptativas
a plataformas embarcadas.
Duas linhas de pesquisa permanentes
Prototipação de Sistemas Embarcados
Aplicação de Sistemas Adaptativos
 Linhas de pesquisa específicas por convênio
Acréscimo de colaboradores eventuais
Marco legal para propriedade intelectual
Convênio GMC Fluído

55. AÇÕES DE RETOMADA
Qualificação dos membros orientadores do grupo
 Dois mestrados concluídos, um doutorado em andamento
 Novos membros em modelagem, controle e processamento de
sinais
 Desenvolvimento de ferramentas comuns
 Plataformas ARM/FPGA
 Sistemas de aquisição e prototipação
 Processamento de imagem e de sinal
 Parcerias para prototipação de sistemas
 Projetos de IC conjuntos com LAB14TRO

56. ALGUNS RESULTADOS
 Dois projetos de inovação e transferência no convênio
em andamento com empresa (Lifemed/GMC Fluído). Final
em 2016.
 Nove projetos de IC e IT concluídos.
 Três projetos de IC em andamento.
 Nove bolsistas atuais (SET, ITI, IC).
 Seis orientadores (1 afastado).
 4 PFC´s concluídos (3 convênio), 5 PFC´s em
andamento (2 convênio)
 Novo convênio firmado e projeto submetido (Contronic).

57. ALGUNS BONS PROBLEMAS
DE MODELAGEM APLICADA
Compensação de
reverberação em
aparelhos auditivos
E outros...
 Fusão de dados de
múltiplos sensores para
estimativa de pressão e
pulsação.
 Novas técnicas de
detecção e separação de
sinais biomédicos (HHT,
CWT, ...)

58. BONS PROBLEMAS DE
INTERFACE EM QUE SE PODE
DIGITALIZAR O
CONDICIONAMENTO
Correlação de imagem e
deformação
E outros...
 Aquisição compressiva
para redução de
throughput em arranjos
conversores
 Digitalização de sensores
baseados em impedância
 Aplicação de DDS e
 Processamento estocástico.

59. MOMENTO IMPORTANTE DE
TRANSIÇÃO DE
PLATAFORMAS DE
DESENVOLVIMENTOMigração para plataformas
móveis
 Processamento
 Conectividade
 Interfaces
acessíveis:
 Câmeras
 Transceivers de RF
 Gargalos...
 Como contornar?

60. FERRAMENTAS DE
PROTOTIPAÇÃO ACESSÍVEIS

61. PROTÓTIPOS MELHORES: MAIS
CAPACIDADE DE MODELAGEM
FAZER A DIFERENÇA
Projeto Open Source de ECG 12-
leads.
Dextrus hand.

62. DESAFIOS E MUDANÇAS
RELEVANTES RECENTES
 O envelhecimento da população mundial representa
grandes desafios

63. DESAFIOS E MUDANÇAS
RELEVANTES RECENTES
 Um dos maiores sistemas públicos de saúde e
problemas de financiamento a vista (horizonte de vinte a
trinta anos)

64. CONTATO
Contato:
adaojr@gmail.com
Site:
https://sites.google.com/site/professoradaojr/
Blog:
http://fxdfronteira.blogspot.com.br/

68. 2006
2007
2008
2009
2011
2012
2013
2014
2015
RFT TVD
TRANSPETR
O
FRI
EMBLES
PIC
GMC
2016