Department of Computer Engineering and Telecommunications

Baigiamajame bakalauro darbe projektuojamas, gaminamas ir tiriamas pjezoelektriku paremtas lietaus intensyvumo matuoklis. Darbe apžvelgiami skirtingi lietaus aptikimo ir matavimo jutikliai, išanalizuojami pjezoelektriniu principu veikiantys analogiški įrenginiai ir pagal jų savybes sudaromi reikalavimai kuriamam įtaisui. Suprojektuota įrenginio struktūrinė schema, elektrinė schema, spausdintinė plokštė ir korpusas. Įrenginyje naudojami pjezoelektriniai elementai, pjezo signalo apdorojimo grandinės, STM32 mikrovaldiklis, temperatūros ir drėgmės jutiklis, šildymo valdymo grandinė bei RS-485 duomenų perdavimo sąsaja. Darbe taip pat sudarytas mikrovaldiklio programos algoritmas ir programa. Mikrovaldiklis, vykdydamas programą, nuskaito pjezoelektrinių elementų signalus, apdoroja juos pagal nustatytas slenkstines reikšmes, aptinka lietaus lašų smūgius ir nustato lietaus būseną. Atlikti laboratoriniai bei lauko sąlygų bandymai parodė, kad įrenginys geba registruoti lietaus lašų sukeltus impulsus, kaupti matavimo duomenis ir perduoti rezultatus kompiuteriui. Lauko bandymų metu gauti duomenys panaudoti pirminiam įrenginio kalibravimui. Darbo apimtis – 59 p. teksto be priedų., 37 iliustr., 6 lent., 17 bibliografinių šaltinių.

This bachelor thesis presents the design, development and testing of a piezoelectric-based rain intensity meter. The thesis reviews different types of rain detection and measurement sensors, analyzes similar piezoelectric rain measurement devices and defines the main requirements for the developed system. The structural diagram, electrical circuit, printed circuit board and housing of the device were designed. The developed device consists of piezoelectric elements, piezo signal conditioning circuits, an STM32 microcontroller, a temperature and humidity sensor, a heating control circuit and an RS-485 communication interface. The microcontroller software was also developed in the thesis. It reads signals from the piezoelectric elements, processes them using defined threshold values, detects raindrop impacts and determines the rain state. Laboratory and outdoor tests were performed to evaluate the operation of the device. The results showed that the developed system is capable of detecting impulses generated by raindrop impacts, storing measurement data and transmitting the results to a computer. The data collected during outdoor testing were used for the initial calibration of the device. Thesis consist of: 59 pages of text excluding appendices, 37 illustrations, 6 tables, and 17 bibliographic sources.

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamos komparatorių architektūros skirtos įvykių vaizdo taškams, tikslai ir būtinybė. Išnagrinėta pagrindinė įvykių vaido taškų struktūra, kuria remiantis nustatomi reikalavimai komparatoriui. Klasifikuotos įvairios komparatorių architektūros, išanalizuoti šių tipų privalumai bei skirtumai. Baigiamajame darbe analizuojamos kelios atrinktos architektūros įvykių vaizdo taškams, tiriamas energijos sunaudojimas, nuosprendžio delsa bei triukšmų lygis. Gauti rezultatai rodo, kad dinaminiai komparatoriai veikia greičiau, tačiau reikalauja didesnių energijos sąnaudų, bei užima didesnį plotą ant lusto. Suformuluotos tolimesnės architektūrų tobulinimo kryptys ir pateiktas darbo apibendrinimas. Darbo apimtis - 33p. teksto be priedų, 28 iliustr., 1 lent., 28 bibliografiniai šaltiniai

In the master's thesis, comparator architectures for event-based image pixels are investigated, including their relevance and objectives. The main structure of event pixels is analyzed, which is needed to determine the requirements for the comparator. Various comparator architectures are classified, afterwards advantages and differences were presented. The thesis analyzes several selected comparator architectures for event pixel, investigating energy consumption, decision delay and noise. The obtained results shows that dynamic comparators operate faster, however, they require higher energy consumption, occupy larger are on the chip. Further directions for improving the comparator architectures are formulated, and a summary of the thesis is provided.

Šio darbo tikslas – sukurti mažos galios, saulės energija maitinamą aplinkos stebėjimo mazgą, skirtą pažangiajam žemės ūkiui, kuris galėtų ilgą laiką autonomiškai veikti atokiose lauko sąlygose. Darbe aptariami LPWAN technologijos principai ir būdai, kaip sumažinti daiktų interneto (IoT) įrenginių energijos suvartojimą. Aparatūrą sudaro ESP32 mikrovaldiklis, LoRa modulis, saulės baterija, akumuliatorius ir aplinkos jutikliai. Programinė įranga užtikrina duomenų surinkimą iš jutiklių, paketų perdavimą per LoRaWAN tinklą ir informacijos pateikimą serverio pusėje. Siekiant patikrinti įrenginio funkcionalumą, bandymai buvo atliekami laboratorinėmis ir lauko sąlygomis. Rezultatai patvirtino stabilų duomenų perdavimą ir sistemos funkcionalumą realiomis eksploatavimo sąlygomis. Baigiamasis bakalauro darbas susideda iš įvado, 3 skyrių ir bendrų išvadų. Baigiamasis bakalauro darbas yra 69 puslapių. Jame yra 12 sunumeruotų formulių tekste, 11 paveikslų ir 13 lentelių. Baigiamajame bakalauro darbe panaudota 23 literatūros šaltiniai.

Final work aims to develop a low-power, solar-powered environmental monitoring node for smart agriculture for long-term autonomous operation in remote field conditions. Work discusses the principles behind LPWAN technology and methods for reducing the power consumption of IoT devices. The hardware comprises an ESP32 microcontroller, a LoRa module, a solar panel, a battery and environmental sensors. The software implements data collection from the sensors, packet transmission via the LoRaWAN network, and the display of information on the server side. To verify the device’s functionality, tests were conducted in laboratory and outdoor conditions. The results confirmed stable data transmission and the system’s functionality under real-world operating conditions. The Final Bachelor’s Work consists of the introduction, 3 chapters and general conclusions. The Final Bachelor’s Work is 69 pages. It has 12 numbered formulas in text, 11 figures, and 13 tables. The Final Bachelor’s Work used 23 literature sources.

Šiame darbe kuriamas ir tiriamas oro srauto aptikimo jutiklis veikiantis elektrines talpos pagrindu. Atliekama literatūros apžvalga susijusi su oro jutikliais veikiančiais elektrinės talpos pagrindu. Kuriamas oro jutiklis bei jo signalą apdorojančios spausdintinės plokštės. Atliekami matavimai testuojant sukurtų oro aptikimo jutiklių veikimą. Atlikus literatūros analizę, išanalizavus gautus tyrimo rezultatus, pateikiamos baigiamojo darbo išvados. Darbą sudaro šios dalys: įvadas; literatūros analizė; oro jutiklio projektavimas; sukurtų oro jutiklių tyrimas; išvados; literatūros šaltiniai, 9 priedai. Darbo apimtis – 92p. testo be priedų, 71 iliustracijų,24 lentelės,26 literatūros šaltiniai,6 priedai.

In this work, an airflow detection sensor based on electrical capacitance is developed and investigated. A literature review related to capacitive airflow sensors is conducted. The airflow sensor and its signal processing printed circuit boards are designed. Measurements are performed to test the performance of the developed airflow detection sensors. Based on the literature analysis and the evaluation of the research results, the final conclusions of the thesis are presented. The work consists of the following sections: introduction; literature analysis; design of the airflow sensor; investigation of the developed airflow sensors; conclusions; references; 9 appendices. The scope of the work is 92 pages of text (excluding appendices), featuring 71 illustrations, 24 tables, 26 references, and 6 appendices.

Šiame magistro darbe nagrinėjamos ultragarsinio jutiklio panaudojimo galimybės medžiagos sluoksnio storiui ir jo savybėms nustatyti, kuriant medžiagos storio matavimo maketą, paremtą ultragarsiniu jutikliu su IO-Link išvesties sąsaja. Teorinėje dalyje apžvelgiama ultragarsinio jutiklio sandara, jo veikimo principas bei panaudojimas. Nagrinėjama geležies, vario ir aliuminio tankio priklausomybė nuo temperatūros bei jos įtaka ultragarso sklidimo greičiui. Projektinėje dalyje sudaryta sistemos blokinė schema, suprojektuotos principinės schemos ir spausdintinių plokščių moduliai – maitinimo valdymo modulis, įtampos keitikliai į 3,3 V ir 5 V, STM32F4 mikrovaldiklio modulis ir IO-Link ryšio modulis su L6362A mikroschema – bei parašytas programinis kodas, atliekantis sąsajų konfigūravimą, jutiklio žadinimą, duomenų paketo apdorojimą ir rezultatų atvaizdavimą žiniatinklio sąsajoje. Eksperimentinėje dalyje atlikta surinkto maketo rezultatų palyginamoji analizė su sertifikuotos įmonės „DEKRA Industrial, UAB“ etaloninėmis reikšmėmis, gautomis pramoniniu matuokliu „Olympus 45MG“, apskaičiuoti aritmetiniai vidurkiai ir suminė standartinė neapibrėžtis. Padarytos išvados patvirtina, kad sukurtas įrenginys tinkamas medžiagos sluoksnio storiui ir ultragarso sklidimo greičiui nustatyti, o sistema patikimai aptinka vidinius medžiagos netolygumus. Ateities tyrimams rekomenduojama modulius integruoti į vieną spausdintinę plokštę sukuriant visiškai autonominį įrenginį ir pagaminti tvirtinimo elementą rankiniam matavimui, mažinantį operatoriaus klaidų riziką. Šis darbas prisideda prie pažangos neardomųjų ultragarsinių matavimų srityje ir pateikia praktinio inžinerinio sprendimo įgyvendinimo įžvalgų. Darbo apimtis – 86 puslapiai teksto be priedų, 62 paveikslai, 17 lentelių ir 30 bibliografinių šaltinių.

This Master’s thesis investigates the possibilities of using an ultrasonic sensor for determining material layer thickness and its properties through the development of a material thickness measurement prototype based on an ultrasonic sensor with an IO-Link output interface. The theoretical part reviews the structure of the ultrasonic sensor, its operating principle and its applications. The temperature dependence of the density of iron, copper and aluminium and its influence on the ultrasonic propagation velocity is examined. In the design part, a system block diagram is developed, schematic circuits and PCB modules are designed – a power management module, voltage converters to 3.3 V and 5 V, an STM32F4 microcontroller module and an IO-Link communication module with the L6362A integrated circuit – and software code is written that performs interface configuration, sensor wake-up, data packet processing and the visualisation of the results in a web-based interface. In the experimental part, a comparative analysis is carried out between the results of the assembled prototype and the reference values provided by the certified company “DEKRA Industrial, UAB”, obtained with the industrial gauge “Olympus 45MG”; the arithmetic means and the combined standard uncertainty are calculated. The conclusions confirm that the developed device is suitable for determining material layer thickness and ultrasonic propagation velocity, and that the system reliably detects internal material non-uniformities. For future research, it is recommended to integrate the designed modules into a single PCB to create a fully autonomous device and to manufacture a fixture for manual measurement that reduces operator error. This work contributes to progress in non-destructive ultrasonic measurements and provides insights into practical engineering implementation. The thesis consists of 86 pages of text excluding appendices, 62 figures, 17 tables and 30 bibliographic references.

Baigiamajame magistro darbe suprojektuoti ir ištirti fazės-dažnio detektorius ir krūvio pompa, skirti X dažnių juostos fazės derinimo kilpai, realizuojamai naudojant 90 nm TSMC KMOP technologiją. Projektavimas ir tyrimai atlikti „Cadence“ programinėje aplinkoje. Suprojektuoti likę fazės derinimo kilpos blokai fazės-dažnio detektoriaus ir krūvio pompos testavimui realiomis sąlygomis. Atlikti tyrimai su visa fazės derinimo kilpos grandine. Naudojant 5–15 MHz etaloninį signalą gautas 9–13,2 GHz išėjimo signalas. Darbo metu atlikta mokslinės literatūros analizė, aptarti fazės-dažnio detektorių ir krūvio pompų veikimo principai, pagrindiniai trūkumai, architektūriniai sprendimai. Darbo apimtis – 76 psl., 65 iliustracijos, 25 lentelės, 15 literatūros šaltinių.

In this master’s thesis, a phase-frequency detector and a charge pump intended for an X-band phase-locked loop, implemented using 90 nm TSMC CMOS technology, were designed and analyzed. The design and simulations were carried out in the Cadence software environment. The remaining phase-locked loop blocks required for testing the phase-frequency detector and charge pump under realistic operating conditions were also designed. Analysis of the complete phase-locked loop system was conducted. Using a 5–15 MHz reference signal, an output signal in the 9–13.2 GHz range was generated. During the work, a review of scientific literature was carried out, and the operating principles, main drawbacks, and architectural solutions of phase-frequency detectors and charge pumps were discussed. The thesis comprises 76 pages, includes 65 figures, 25 tables and references 15 literature sources.

Magistro baigiamasis darbas skirti elektromagnetinių trukdžių (EMT) poveikio grįžtamojo ryšio valdymo sistemoms problemai. Parodyta, kad pramonėje populiarus proporcinis-integralinis-diferencialinis (PID) valdiklis yra jautrus EMT generuojamiems triukšmo signalams. Šiame darbe, naudojant dinaminių sistemų modeliavimo programą Matlab/Simulink“, analizuojamos grįžtamojo ryšio valdymo sistemos, pagrįstos kombinuotu PID/PI/I valdikliu, kuris leidžia pagerinti sistemos atsparumą triukšmo signalui. Kombinuotas PID/PI/I valdiklis buvo tiriamas su valdomaisiais objektais kurių dinamika turi atsako vėlavimą ir yra aprašoma pirmos eilės perdavimo funkcija, kai triukšmo signalas veikia valdymo sistemos grįžtamojo ryšio signalą. Valdymo sistemos buvo tiriamos esant įvairioms triukšmo signalų amplitudėms, o gauti rezultatai palyginti su atvejais, kai naudojamas PID ir PID su žemo dažnio filtru diferencialiniame naryje. Analizės rezultatai rodo, kad kombinuoto PID/PI/I valdiklio taikymas vietoje analizuotų PID valdiklių leidžia pagerinti tirtų valdymo sistemų atsparumą EMT, nepabloginant valdymo sistemos dinamikos. Taip pat buvo tiriamas kombinuotu PID/PI/I valdikliu pagrįstų valdymo sistemų darbo stabilumo atsparumas valdomojo objekto parametrų kitimui. Darbą sudaro: 62 psl. teksto be priedų, 61paveikslėlių,2 lentelių,37 bibliografinių įrašų. Priedai nepridedami.

Master thesis are dedicated to the problem of impact of electromagnetic interferences (EMI) on feedback control systems. It is shown that popular in industry Proportional-Integral-Derivative (PID) controller is sensitive to the noise signals produced by the EMI. In this work the feedback control systems based on the combined PID/PI/I controller, which allows to improve the noise signal resistance of system, are analysed using dynamic system simulation software Matlab/Simulink. The combined PID/PI/I controller was investigated with the plants presented by the first order plus dead time transfer functions, when noise signal affects the feedback signal of control system. The control systems were investigated at various noise signals amplitudes and obtained results were compared with the cases when PID and PID with the low-pass filter in the derivative term is used. The analysis results show that application of combined PID/PI/I controller instead of analysed PID controllers allows to improve the EMI immunity of analysed control systems without deteriorating of the dynamics of the control system. The robustness of control systems based on the combined PID/PI/I controller was investigated as well. Thesis consist of: 62 p. text without appendixes, 61 pictures, 2 tables, 37 bibliographical entries. Appendixes are not included

Bakalauro baigiamajame darbe suprojektuotas ir pagamintas veikiantis oro užterštumo dalelėmis matuoklis. Atlikta analogiškų oro užterštumo dalelėmis matuoklių projektų apžvalga, sudaryta matuoklio struktūrinė ir elektrinė schemos, parinkti schemos elementai. Matuoklis suprojektuotas naudojant ESP32 mikrovaldiklį ir lazerinį dalelių jutiklį PMSM5003, leidžiantį matuoti dalelių, kurių skersmuo 0.3–10 μm, koncentraciją. Rodmenys atvaizduojami matuoklio OLED ekrane arba kompiuterio ekrane, naudojant Wi-Fi sąsają. Dalelių koncentracijai viršijus leistiną ribą, matuoklis generuoja garsinį pavojaus signalą.

In the bachelor's thesis, a working prototype of air pollution by particles meter was developed. A review of similar air pollution meter projects was carried out, the block diagram and electrical circuit diagram of the meter were developed, and the circuit componentss were selected. The meter was designed using an ESP32 microcontroller and a laser particle sensor PMSM5003, which allows measuring the concentration of particles with a diameter of 0.3 to 10 μm. The readings are displayed on the meter's OLED screen or on a computer screen using a Wi-Fi interface. When the particle concentration exceeds the permissible limit, the meter generates an audible alarm.

Šis bakalauro baigiamasis darbas skirtas nešiojamojo širdies ritmo stebėjimo įrenginio, skirto teikti vartotojams realaus laiko širdies ir kraujagyslių sistemos duomenis, projektavimui, kūrimui ir vertinimui. Tyrime pateikiama panašių esamų įrenginių apžvalga, nagrinėjamas tinkamų aparatinės įrangos komponentų parinkimas, signalo apdorojimo algoritmų diegimas, taip pat vertinami naudotojo patogumo ir akumuliatoriaus efektyvumo aspektai nešiojamosiose technologijose. Įrenginyje integruotas pulso oksimetro jutiklis nuolatiniam širdies ritmo stebėjimui, mikrovaldiklis duomenų apdorojimui ir „Bluetooth Low Energy“ (BLE) modulis belaidžiam duomenų perdavimui į mobiliąsias programas. Projektas orientuotas į aparatinės įrangos kūrimą, ypač – specialios spausdintinės plokštės (PCB) projektavimą, bei mobiliosios programėlės kūrimą. Aparatinė įranga paremta ESP32 mikrovaldikliu su integruotais „Wi-Fi“ ir „Bluetooth“ moduliais, kurie sumažina PCB dydį ir pagerina įrenginio nešiojamumą. Mobilioji programėlė sukurta naudojant „Flutter“ ir .NET technologijas, o duomenys saugomi „PostgreSQL“ duomenų bazėje. Gauti rezultatai parodė įrenginio potencialą naudoti prevencinėje sveikatos priežiūroje, fizinio aktyvumo stebėjime ir nuotoliniame pacientų stebėjime. Darbas susideda iš 53 puslapių pagrindinio teksto (be šaltinių ir priedų), 34 paveikslėlių, 1 lentelės ir 22 šaltinių.

This bachelor thesis focuses on the design, development, and evaluation of a wearable heart monitoring device intended to provide users with real-time cardiovascular data. The study includes a review of similar existing devices, the selection of appropriate hardware components, the implementation of signal processing algorithms, as well as considerations of user comfort and battery efficiency in wearable technologies. The device integrates a pulse oximeter sensor for continuous heart rate monitoring, a microcontroller for data processing, and a Bluetooth Low Energy (BLE) module for wireless data transmission to mobile applications. The project emphasizes hardware development, particularly the creation of a custom printed circuit board (PCB), and the development of a mobile application. The hardware is based on the ESP32 microcontroller, which features integrated Wi-Fi and Bluetooth modules, reducing the size of the PCB and enhancing the device’s wearability. The mobile application was developed using Flutter and .NET, with data stored in a PostgreSQL database. The results demonstrate the potential of the device for preventive healthcare, fitness tracking, and remote patient monitoring. The thesis consists of 53 pages of main text (excluding references and appendices), 34 figures, 1 table, and 22 references.

Šiame baigiamajame bakalauro darbe aprašomas mikrobanginių rezonansinių jutiklių projektavimas, gamyba ir analizė, siekiant tirti biologinių terpių savybes. Darbo tikslas – suprojektuoti mikrobanginį rezonansinį jutiklį (arba jutiklius), kurie leistų analizuoti biologinių terpių koncentracijas bei savybes. Mikrobangų rezonanso principu pagrįstos jutiklinės sistemos pastaruoju metu plačiai naudojamos sveikatos priežiūros ir biomedicinos srityse dėl jų minimalaus invaziškumo, didelio universalumo ir jautrumo. Tyrimo metu buvo kuriami ir analizuojami skirtingų tipų jutikliai – lopinės, plyšinės ir DR-CSRR, naudojant įvairias dielektrines medžiagas. Jutikliai buvo suprojektuoti pagal antenų konstrukcijos principą ir prijungti prie vektorinio grandinių analizatoriaus, kad būtų galima stebėti rezonansinio dažnio pokyčius, kai jutikliai sąveikauja su įvairiomis biologinėmis medžiagomis. Atlikti tyrimai parodė, kad jutikliai efektyviai reaguoja į biologines terpes, o rezonansinis dažnis kinta priklausomai nuo terpių savybių, tačiau gauti rezultatai rodo, kad patobulintas matavimo stendas būtų reikalingas tiksliesniems duomenims gauti. Darbo struktūra susideda iš penkių dalių: 1) Įvadas ir užduoties analizė, 2) Panašių tyrimų apžvalga, 3) Antenų projektavimas ir skaičiavimai, 4) Suprojektuotų spausdintinių plokščių su jutikliais testavimas, 5) Išvados. Baigiamasis darbas apima 52 puslapius teksto, be priedų, ir 23 puslapius priedų. Darbe pateikiamos 5 lentelės ir 37 iliustracijos. Naudota 18 literatūros šaltinių.

This bachelor's thesis describes the design, manufacturing, and analysis of microwave resonant sensors intended for the analysis of the properties of biological media. The goal of the work is to design a microwave resonant sensor (or sensors) that would allow for the analysis of the concentrations and properties of biological media. Sensor systems based on the principle of microwave resonance have recently been widely used in healthcare and biomedicine due to their minimal invasiveness, high versatility, and sensitivity. During the study, different types of sensors were designed and analyzed: patch, slot, and DR-CSRR, using various dielectric materials. The sensors were designed according to the principles of antenna construction and connected to a vector network analyzer to observe resonant frequency changes as the sensors interact with various biological materials. The conducted experiments showed that the sensors effectively respond to biological media, and the resonant frequency changes depending on the properties of the media; however, the results indicate that an improved measurement setup would be required for more accurate data. The structure of the thesis consists of five parts: 1) Introduction and task analysis, 2) Overview of similar studies, 3) Antenna design and calculations, 4) Testing of the designed printed circuit boards with sensors, 5) Conclusions. The thesis consists of 52 pages of text, excluding appendices, and 23 pages of appendices. The work includes 5 tables and 37 illustrations. 18 sources of literature were used.