Civilingenjör i intelligenta system på Utexpo

Anomaly Detection in Ethernet Cables via Non-Intrusive Measurements

• Participants: John Hermanson and Ellinor Jonsson.
  
• Collaboration partner: HMS.

In industrial environments, unplanned downtime due to network failures can result in significant production losses. Predicting cable health can reduce system failures caused by physical degradation. Therefore, this project aims to investigate the possibility of non-intrusive diagnostics of Ethernet cables during active data transmission, with the long-term goal of enabling predictive maintenance. The measurement method consisted of a passive signal splitter (Y-splitter) used to tap into the communication. The cables were then subjected to controlled mechanical stress to simulate three different health conditions: healthy, degraded and broken. Voltage variations were continuously recorded with an oscilloscope, and the resulting peak-to-peak values were used to train a machine learning model (a Random Forest classifier) to classify cable condition. The results showed that the measurement method did not cause measurable packet loss, confirming its non-intrusiveness. Furthermore, the machine learning model achieved 90 % classification accuracy in determining cable condition. The study demonstrates that continuous monitoring of voltage levels is a potential method for detecting early cable degradation. Based on these results, a theoretical hardware architecture was also proposed, primarily consisting of a microcontroller and a peak detector, indicating that the method can be implemented cost-effectively in industrial networks.

Aktiv gatestyrning för SiC-MOSFET

• Deltagare: Olof Pettersson och Niels Lach.
  
• Samarbetspartner: Hannes Bydén.

Det här arbetet har undersökt utformningen av aktiva drivkretsar (AGD) för SiC-MOSFET:er i högspänningsapplikationer. Syftet är att genom simuleringar utvärdera olika metoder för att styra spänningsderivatan (dv/dt) och strömderivatan (di/dt) för att optimera balansen mellan switchningsförluster och elektromagnetiska störningar. Fyra styrningsmetoder analyserades: variabelspänning, ström, resistans och kapacitans. Två återkopplingsmetoder studerades också: återkoppling av gatespänning samt återkoppling av dv/dt och di/dt genom mätning av spänningsfallet över sourceinduktansen och på en kondensator mellan drain och source. Resultaten visar att adaptiv styrning via AGD effektivt kan reducera högfrekventa störningar samt ström- och spänningsderivata för att reducera den elektromagnetiska interferens som genereras av switchningen.

Design of an Arduino-based Industrial Gateway

• Participants: John Bodeklint and Kasper Jörgensen.
• Collaboration partner: HMS Networks AB.

The rapid growth of the Industrial Internet of Things has increased demand for low-cost, flexible edge gateways capable of handling real-time communication in industrial environments. This thesis aims to design and test a custom embedded edge gateway as a cost-effective alternative to existing commercial solutions while still meeting basic industrial communication requirements.

The project focuses on both hardware and software development. A custom multilayer PCB based on the STM32H747 microcontroller was designed, with communication interfaces including Ethernet, USB-C, and JTAG/SWD debugging. The software was implemented in embedded C using STM32CubeIDE.

The project demonstrates how a microcontroller-based edge gateway can provide a flexible and low-cost proof-of-concept solution for industrial communication and edge computing applications.

Harvesting thermoelectric energy from heating stove to power sensor system

• Participants: Edwin Skoog and Albin Gill.
  
• Collaboration partner: Contura AB.

This bachelor’s thesis investigates the feasibility of developing a self-sustaining safety system by harvesting electrical energy from waste heat in wood-burning stoves. Using the Seebeck effect, the thermal gradient between the stove’s hot surface and the surrounding air is converted to electricity via TEGs. The project addresses the need for reliable air quality monitoring in crises, such as blackouts, where the power grid is unavailable and conventional batteries have limited lifespans. The core solution is a PCB integrating an energy-efficient ESP32-S3 MCU. To manage the unstable voltage from the TEGs, MPPC is employed for dynamic impedance matching to ensure maximum power extraction. The system includes a linear charge management controller for a battery buffer to ensure operation when the stove is not in use. A major emphasis has been placed on making the energy-harvesting analogue, enabling cold starts when the battery is empty.

Experimental results from testing on a Contura 510 stove demonstrate that the system can generate a stable 5V output, meeting the requirements for charging mobile phones with USB-C and powering integrated sensors. The thesis emphasises the importance of thermal management. By simulating airflow with passive cooling, a sufficient temperature gradient was maintained for continuous harvesting. This work proves that thermoelectric harvesting is a viable method for creating autonomous safety systems in domestic environments.

Prototype Development of an Isolated DC/DC Converter for Modular​ Multi-Port E-Bike Charging

• Deltagare: Lucas Brunnegård och Vigor Turujlija Gamelius.
  
• Samarbetspartner: ID8 Engineering.

Det här examensarbetet behandlar skapandet av ett batteriladdningssystem för 48- och 36-voltsbatterier. Huvudmålet var att skapa ett effektivt system med telemetri och skydd mot problem som kan uppstå med ström, spänning och temperatur. För att uppnå detta mål simulerades och designades en aktiv clamp forward-omvandlare i LTSpice. Därefter designades styrsystem och övervakningsfunktioner på ett kretskort. I språket C designades funktioner för att skydda och övervaka mot ström, spänning och temperatur samt en laddningsalgoritm som säkerställde konstant ström och konstant spänningsladdning. Övervaknings- och skyddsfunktionerna för ström, spänning och temperatur implementerades framgångsrikt. Laddningssystemet lyckades nå spänningsnivåer för att ladda 48- och 36- voltbatterier. Ett 48-voltbatteri laddades framgångsrikt med hjälp av laddningssystemet. Det begränsades dock från att nå den avsedda maximala utgångseffekten. Det visade sig bero på oväntade spänningstoppar över MOSFET:erna som uppstod med ökad utgångseffekt och ström. Möjligen oberäknad parasitär spårinduktans på kretskortet ledde till detta fenomen och oförmågan att därmed utvärdera effektivitet och dess termiska tolerans. Således konstruerades ett intelligent laddningssystem med telemetri framgångsrikt, även om det inte kunde nå de uppsatta effekt- och effektivitetsmålen.

Sensorbaserad dosett för påminnelse och verifiering av tablettdosering

• Deltagare: Kevin Tóth.
  
• Samarbetspartner: SafeRadar Research Sweden AB.

Sensorbaserad dosett för påminnelse och verifiering av tablettdosering är ett inbyggt system utvecklat för att automatiskt påminna användaren om tablettintag samt verifiera när ett tablettfack har tömts eller fyllts på. Projektet undersöker hur ett kostnadseffektivt sensorsystem, baserat på minimal hårdvara, kan uppnå robust och tillförlitlig detektion trots variationer i tablettform, ytfinish, tablettposition och omgivande ljusförhållanden.

Systemet bygger på en Adafruit Feather RP2040-mikrokontroller integrerad med optiska proximitysensorer (VCNL4040), LED-indikering och akustisk signalering via en summer. Sensordata analyseras i realtid genom en tillståndsbaserad beslutslogik som skiljer mellan fyllt och tomt fack baserat på statistisk separation och ett optimerat tröskelvärde.

En central del av arbetet har varit utvecklingen av en iterativt optimerad 3D-printad fackdesign, där designen har utformats för att minimera överlappning i sensordata och därmed minska risken för felklassificering. Genom kombinationen av optimerad fackdesign, realtidsanalys och embedded firmware demonstrerar projektet hur hög tillförlitlighet kan uppnås i ett resurseffektivt inbyggt system baserat på minimal sensorhårdvara.

Resultatet är en intelligent prototyp som automatiskt hanterar signalering och verifiering av fackstatus med hög tillförlitlighet, samtidigt som användarens kognitiva belastning minskas genom ett minskat beroende av manuella påminnelserutiner och manuell kvittering.

Trycksensorer för undervattensmätningar

• Deltagare: Knut Andersson.
  
• Samarbetspartner: Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI).

Inom försvarsforskning är undervattensverkan en viktig aspekt för att kunna bekämpa och skydda mot fientliga plattformar. För att utvärdera prestandan hos olika sprängämnen används tryckgivare som registrerar undervattenstryckvågen. Från dessa mätningar kan energin beräknas, vilket blir ett direkt prestandamått. Mätningarna kan låta enkla, men under dessa explosioner kan trycket röra sig om hundratals megapascal (MPa), vilket ställer stora krav på givarna.
I dag använder många en typ av givare som kallas IEPE-givare (Integrated Electronics Piezoelectric). Dessa består av en kristall som genererar en laddning proportionell mot trycket samt en förstärkare direkt i givaren som omvandlar den högimpedanta signalen till en lågimpedant signal. På så sätt fås en robust signal som kan transporteras via kablar. Det finns dock flera fenomen i tryckmätningarna som har observerats och som väcker frågor om hur mätningarna ska analyseras. Det här projektet har karaktäriserat förstärkaren i en IEPE-givare genom att byta ut kristallen mot en ekvivalent krets för att se hur förstärkaren bidrar till mätkedjan.