Revista En Corto Circuito14 Diciembre2007

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UTPL Electrónica y Telecomunicaciones Diciembre 2007 Nº 14

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Contenidos Página Introducción Del editor al lector……………..………………………………………………………….… 3

Análisis, diseño y construcción de un piano basado en sistemas embebidos..…... 4 Stalin Jiménez Miranda

Diseño y construcción del “ETERMIN”…………….….…….……………………….….. 8 Servio M. Íñiguez, César M. Íñiguez

Controlador lógico programable…………………………….….…….……….………… 13 José Alejandro Quille

Desarrollo de aplicaciones paralelas utilizando MPI………………….…………... 17 Roberto C. Cueva S.

Diseño y construcción de un microbot rastreador de líneas…………………………. 22 Bruno Valarezo, Tayron Ramírez

Automatización de los procesos de adquisición y análisis de datos para ensayos de mecánica de suelos …..……………………………………………………… 27 Israel Darío Carrión Granda

Laboratorios virtuales con acceso remoto………………………..…………...……….. 35 Ing. José Raúl Castro Mendieta

Diseño de un modulador y demodulador QPSK usando System Generator de Xilinx …………………………….…………………………………………………….…….. 41 Diego Barragán G, Pablo Vallejo

Análisis de componentes principales de variables en imágenes satelitales en la ciudad de Loja (Años 1995 y 2000)………………………………….. 44 María del Cisne Torres Ojeda, Héctor Fernando Gómez A.

Concurso de proyectos “Avanzando 2007” Instrumentos Musicales……………….. 52 Organiza IEEE

Curso de Matlab realizado en la Universidad Técnica de Ambato……………….. 56 Diego Barragán G.

Capacitación en redes inalámbricas comunitarias……..………………………………57 Grupo de Radiocomunicaciones

Actividades de la Rama IEEE de la UTPL……………..…………………………….. 59

Intercambio Universidad de Nuevo México (UNM)………………………………… 62 Verónica Ordóñez

Biografía…………………………………………………………………………………… 64 Tomas Alva Edisson

Buen humor…………………………………………………………………………………. 65


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DEL EDITOR AL LECTOR

En esta nueva entrega de nuestra revista “En Corto Circuito” yo, Juan Carlos Veintimilla Ludeña, como nuevo editor, asumiendo este gran reto y tomando el nombre de todos nuestros lectores, quiero destacar el trabajo realizado por nuestro compañero Diego Barragán, anterior editor; por su excelente trabajo como encargado de este medio que es de todos quienes deseen colaborar con las causas del conocimiento.

Como un nuevo despertar en este semestre académico se vive la transición al Sistema de Créditos en la Universidad técnica Particular de Loja, dentro de este marco se están potenciando las actividades de creación y nuevos proyectos, los cuales esperamos poner a su consideración y servicio.

Para esta ocasión y continuando con los estándares alcanzados anteriormente, queremos seguir compartiendo gratas experiencias del saber, especialmente en nuestra rama; aspiro que este número cumpla con sus expectativas, siendo ustedes nuestros lectores parte fundamental para este medio; espero además sus debidas críticas y sugerencias hacia nosotros para de esta manera avanzar cada día a una mejor entrega para ustedes.

Nº 14

Diciembre 2 007

Director Ing. Jorge Luis Jaramillo

[email protected]

Editor Juan Carlos Veintimilla L.

[email protected]

Revisión Técnica Ing. Rafael Sánchez

[email protected]

EN CORTO CIRCUITO es una publicación de la

Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones de la

Universidad Técnica Particular de Loja

www.utpl.edu.ec/eet

“Quedan abiertas las puertas de este modesto medio de comunicación para que todos quienes deseen desarrollar, investigar e innovar dentro del maravilloso campo de la Electrónica y las Telecomunicaciones, lo hagan.” Rafael Sánchez Puertas


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ANÁLISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PIANO BASADO EN SISTEMAS EMBEBIDOS

(Proyecto Ganador del concurso Avanzando 2007) Stalin Jiménez Miranda

Electrónica y Telecomunicaciones Universidad Técnica Particular de Loja

Loja, Ecuador [email protected], www.sciencetronix.com

Resumen

El presente documento versa sobre la construcción de un instrumento musical, haciendo uso de sistemas embebidos; específicamente microcontroladores PIC16F84A, pertenecientes a la casa comercial Mircrochip, el resultado obtenido luego del análisis y diseño del sistema; cumple con requerimientos básicos en cuanto a funcionalidad y costos, consecuentemente el diseño resulta en un producto comercialmente viable, con la característica de fácil actualización; pues el elemento clave es el software cargado en los microcontroladores.

Abstract The following article deals with the creation of a musical instrument, using embedded systems, like the PIC16F84A microcontroller from Microchip. The results obtained after the corresponding analysis and design of this system covers the functional and low price requirements, in other words, the design is commercially viable, moreover it has the great characteristic of easy updating, due that the key factor here is the software that drives the microcontroller.

Análisis Entre los requerimientos indispensables cuando se inicia el diseño de “algo”; sin importar qué; siempre deben figurar detalles tales como: innovación, viabilidad comercial y funcionalidad, consecuentemente se hace necesario encontrar un punto de equilibrio entre las tres características mencionadas. Para el diseño que propicia estas líneas, el mencionado punto tiene como eje principal los sistemas embebidos, y concretamente microcontroladores de 8 bits de la casa comercial Microchip, en lo referente al modelo se ha elegido el PIC16F84A por varias razones; entre las que se pueden mencionar:

• Es todo un clásico en electrónica microprogramable.

• Existe abundante información acerca del

chip en mención.

• Es soportado por un sin número de programadores.

• Existe disponibilidad en el mercado local

a un módico precio. La razón para elegir los microcontroladores como pieza clave del diseño en desarrollo son tres:

• Al tratar de conseguir un producto comercialmente viable nos encontramos con el problema económico, a lo cual los tan afamados “micros” son la solución perfecta.

• La dificultad en cuanto a licencias de software de desarrollo; se ve solucionada con el entorno MPLAB de Microchip, el mismo que es de distribución gratuita aunque con ciertas limitaciones; que realmente no son críticas a la hora de programar.

• El conocimiento del lenguaje de

programación, y de la arquitectura de los chips.ç

Diseño Una vez que las ideas están claras en cuanto a la plataforma tecnológica a utilizar; es adecuado continuar con el proceso de diseño, dentro de esta etapa es posible distinguir dos cosas: el diseño del software y del hardware, el soft definitivamente es la pieza primordial del diseño, sin embargo depende mucho del soporte físico sobre el cual va a actuar, en vista de ello primero tienen que ser definidas las características del hardware. Diseño del hardware Hablando técnicamente las notas musicales vienen expresadas en octavas, la mayor parte de melodías pueden ser interpretadas con 2 octavas únicamente, por ello el piano dispondrá de 24 entradas,


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correspondientes a 12 notas musicales por octava; y una salida perteneciente a la ejecución de la nota misma. El PIC16F84A [desde ahora simplemente se llamará micro] dispone 13 pines para comunicarse con el mundo externo, en consecuencia; como mínimo serán necesarios 2 microcontroladores para cubrir con la necesidad de 24 entradas del sistema, en este punto es adecuado reflexionar sobre la linealidad de la ejecución del programa dentro del micro, pues al no utilizar el servicio de interrupciones; el problema se presenta en la generación simultánea de notas, sin embargo, esta dificultad tiene solución mediante conceptos de trabajo compartido, es decir; asignar a varios micros la ejecución de diversas notas no consecutivas, en vista de lo mencionado, es necesario aumentar el número de micros, la elección se ha hecho de acuerdo al análisis del siguiente cuadro:

Nº Entradas/Micro Nº Micros

1 24

2 12

4 6

6 4

8 3

12 2

Cuadro1. Relación entre el número de entradas y el número de micros.

Si observamos con atención el Cuadro 1. podemos concluir que:

• Con 2 micros se presenta el problema por la simultaneidad de notas consecutivas.

• Con 3 micros se reparte la interpretación; a 8

notas por micro y un desperdicio de menos del 50% de puertos disponibles.

• Con 4 micros y más disminuye el Nº

entradas/micro lo cual es bueno, pero en cambio aumenta por un lado el porcentaje de desperdicio de puertos por micro, y por otro el costo final de diseño se incrementa.

Como es posible deducir; aumentar el número de micros en una unidad es lo más viable.

Una vez solucionado el inconveniente, es momento de avanzar con las siguientes etapas:

a) Alimentación b) Generación de notas [PIC16F84A] c) Testeo de señales d) Mezclador de audio e) Amplificador de audio

Con la finalidad de reducir los costes al máximo; en la alimentación es posible utilizar un regulador integrado; modelo 7805 junto con los clásicos capacitores de filtro.

En lo referente a la generación de notas, este trabajo estará a cargo de 3 micros, comandados por un solo cristal oscilando a una frecuencia de 4Mhz.

La sección de testeo correspondiente a las teclas del piano, utilizará el concepto de pulsador; es decir opera un estado lógico por defecto, luego como respuesta a una acción mecánica ofrece un segundo estado lógico; para luego retornar al estado primario. La etapa mezcladora será similar al esquema de un DAC de resistores. A fin de no complicar excesivamente el sistema; la etapa de amplificación estará a cargo de una par de parlantes para PC.

Una vez hechas las aclaraciones respectivas; queda cubierta la etapa de hardware, el siguiente paso es el diseño del soft.

Diseño del software Al utilizar una plataforma completamente digital para la generación de notas musicales, es necesario utilizar algún tipo de concepto para tal efecto, es aquí donde hace su aparición la técnica de modulación por ancho de pulso o PWM, que es simplemente la emisión de una señal de reloj, a un frecuencia constante, pero con ciclo de trabajo variable. DT = Talta / T

DT = Ciclo de trabajo

Talta = Tiempo durante el cual la señal permanece en alto

T = Periodo de la señal de reloj


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Fig.1 Variables usadas en la técnica PWM

Para la generación de notas se emplean únicamente los recursos ofrecidos por el micro, siendo elemento fundamental el timer. La idea general para el funcionamiento del sistema es un testeo permanente de los puertos de entrada, en base a lo cual el micro responderá con la emisión de la nota solicitada.

CONSTRUCCIÓN Esta etapa es la final en todo proceso de producción, pues luego de realizar una investigación y haber dado solución a problemas que se presentan sobre la marcha, aquel trabajo se debe reflejar en un producto final. Esta fase ciertamente no es compleja pero sí altamente tediosa, pues con instrumentos que generalmente no son adecuados se debe conseguir un producto fiable.

A continuación se exponen una serie de fotografías que resumen de alguna manera el proceso de fabricación del modelo final. Ciertamente el mayor problema se centró en la mecánica del teclado, pero la solución se dio gracias al uso de hojitas de fómix, y trocitos de aluminio; colocados de una forma adecuada

Fig.2 Circuito en etapa de pruebas

Fig.3 PCB en proceso de fabricación

Fig.4 Cerebro del sistema terminado

Fig.5 Electrónica del sistema finalizado

Luego de haber atravesado las etapas [análisis, diseño, construcción] con que se titula este documento y después de solucionar más de una docena de problemas; se ha arribado a un instrumento musical fiable y económico de 2cm de espesor, cuya apariencia final se la observa en la Fig.7. Independientemente de las funcionalidades que tenga; posee un trasfondo mucho más interesante el mismo que: “radica en torno a la generación de conocimiento y tecnología barata pero de calidad; de ecuatorianos para ecuatorianos”.


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Fig.6 Pruebas en el instrumento ensamblado

Fig.7 Instrumento terminado

El presente diseño fue ganador del primer puesto en la tercera edición del concurso de proyectos denominado AVANZANDO 2007 organizado por la rama IEEE de la Universidad Técnica Particular de Loja.

Análisis Económico Al ser los costes, un punto clave en el diseño del instrumento antes explicado, es necesario asignarle unas líneas a un breve análisis que consiste en observar brevemente el valor de elementos empleados. Como se podrá observar en el Cuadro 2. el precio del producto bordea los 18 dólares americanos, sin embargo la parte atractiva es que existe una relación inversa entre el número de unidades producidas y el costo final por unidad, es decir; a más unidades menor precio final del producto, dentro del listado los microcontroladores son los elementos más caros, pero es bueno saber que los pequeños computadores al ser adquiridos en múltiplos de 1000, reducen su precio final en un 50% o más.

Cantidad Elemento Valor

30 Resistencias 1k, 330ohms ½ watt

1.50

3 Microcontroladores PIC16F84A

12

2 Placas de cobre 1,50

1 Oscilador 4Mhz 1

1 Regulador 7805 0.45

Condensadores, fómix, otros. 1,50

TOTAL 17,95

Cuadro 2. Detalle de costos

Conclusiones • Los sistemas embebidos son una buena

opción, para la construcción de proyectos, debido a su bajo costo.

• El producto que se ha conseguido es

comercialmente viable. Bibliografía

• www.pic16f84a.com • www.pablin.com • www.digikey.com

Stalin Jiménez Miranda

Miembro del grupo de microcontroladores de la EET.

Página personal del autor: www.sciencetronix.com

[email protected]


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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL “ETEREMIN” (Proyecto 2º lugar del concurso Avanzando 2007)

Servio M. Iñiguez, César F. Iñiguez Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones

Universidad Técnica Particular de Loja Loja, Ecuador

[email protected], [email protected]

Resumen:

El presente trabajo desarrolla el diseño y construcción del Eter-min, basado en el instrumento musical inventado en la primera mitad del siglo pasado, llamado “Theremin”. Este estaba constituido en su totalidad por elementos analógicos propios de la época (válvulas de vacío). En funcionamiento el instrumento es operado a través del acercamiento de la mano a una antena, y con esas diferentes distancias generar los respectivos sonidos. Este trabajo no pretende competir con el instrumento original, pero si abrir las puertas al desarrollo de tecnología pensadas para personas con capacidades especiales.

Abstract:

The present work develops the design and construction of the Eter-min, based on the musical instrument invented in the last century, call "Theremin". It was constituted in its entirety by analogical elements characteristic of the time (vacuum valve). In operation the instrument is operated through the approach from the hand to an antenna, and with those different distances to generate the respective sounds. This work doesn't seek to compete with the original instrument, but if to open the doors to the technology development thought for people with special capacities.

Palabras claves: Theremin, Oscilador, Microcontrolador.

Introducción: La descripción básica del Theremin la constituye una antena que se conecta a un oscilador de radio-frecuencia, que es susceptible a las variaciones de capacitancia de la antena, producidos por los diferentes acercamientos del cuerpo humano; esta parte viene a ser

un oscilador de radio-frecuencia variable. En la siguiente etapa se tiene un mezclador, que resta la frecuencia de la señal de un oscilador fijo de la del oscilador variable, obteniendo una frecuencia intermedia (IF) en el rango audible, y estos son los sonidos que presenta el instrumento.

Se pretende utilizar el concepto básico del funcionamiento del Theremin y desarrollar uno basado en Electrónica Digital (Eteremin).

De partida reemplazamos el oscilador de radio-frecuencia con tubos de vacío, por uno diseñado a través de una compuerta NAND con histéresis, luego el trabajo hecho por el mezclador lo realiza un microcontrolador (pic 16F887A), que opera como tacómetro y generador de sonidos. Como segunda opción se incluye un reproductor de sonidos en el que se graban dos octavas (25 notas que incluyen naturales y sostenidos) de Chelo1 con la ayuda del circuito integrado ISD1420.

El Eteremin está destinado a las personas que no posean una de sus extremidades, o la vista, pero que les sobren capacidades musicales. Por otra parte se puede modificar el instrumento para agruparlo con otros iguales y así generar sonidos con la expresión corporal.

Diseño del Instrumento Como se ve en la Figura 1. el instrumento consta de una antena telescópica que es la encargada de receptar las descargas electrostáticas de la mano del intérprete y con esto presentar diferentes valores de capacitancia, la antena forma parte de un oscilador de radio-frecuencia que es sensible a las pequeñas variaciones de capacitancia producidas por el acercamiento de la mano.

1 Lev Sergeievitch Termen ("Léon Théremin") inventó el Theremin

inspirado en su gran afición al Chelo.


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Fig. 1 Diagrama de bloques del Eteremin

La segunda opción de creación de sonido es por medio de un reproductor de tonos que es controlado por el mismo microcontrolador dependiendo de los rangos de frecuencias ya obtenidas en el tacómetro.

Al final tanto la Generación como la Reproducción de tonos son amplificadas y enviadas a la bocina.

Diseño del Oscilador Se puede usar la configuración que muestra la Figura 2. para el diseño del oscilador utilizando una compuerta NAND Schmitt Trigger (CD4093B).

Fig. 2 Oscilador de RF

La frecuencia de oscilación para este circuito con unos lógicos de +5V está dada por:

RCf 23.1=

De ahí que para tener un oscilador sensible a las pequeñas variaciones de capacitancia colocamos un capacitor de 22pF, y por otra parte para que no prevalezca el valor del resistor sobre el capacitor y

cuidando las restricciones que impone el datasheet de la compuerta utilizamos un resistor de 15KΩ.

Considerando la antena como parte del oscilador, esta actúa como un capacitor variable en conjunto con la mano del instrumentista, como lo podemos modelar en el circuito de la Figura 3. Lo que la antena recibe son pequeñas descargas electrostáticas (ESD) que hacen variar la capacitancia de la antena de tal forma que cuando más cerca esté la mano a la antena, aumenta la capacitancia, y de la misma forma la capacitancia equivalente en el circuito, por consiguiente disminuye la frecuencia de oscilación.

Fig. 3 Circuito equivalente del oscilador y el intérprete.

Las variaciones de capacitancia de la antena están en el orden de los pF, pero la predicción de los cambios de capacitancia es un proceso complejo por cuanto el nivel de descarga electrostática depende de factores incontrolables como de las condiciones ambientales y características de la persona.

Cabe señalar que no nos interesa obtener una frecuencia específica, más bien tener un ancho de banda en donde pueda variar la frecuencia de oscilación y se permita dividir en intervalos disjuntos, utilizados en las siguientes etapas.

Diseño del Tacómetro y Generación de Tonos El microcontrolador usado para el tacómetro, generación de tonos y control del reproductor de tonos es el Pic 16F877A de Microchip. Para la programación usamos el software MicroCode Studio (Figura 4), que es un programa utilizado como editor basado en Basic, y para la programación y compilación del programa hemos usado el software IC-PROG(Figura 5). El microcontrolador trabaja con un cristal de cuarzo de 20MHz, por lo que especificamos esto en el programa con la sentencia:


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Define Osc. 20

Fig. 4 MicroCode Studio

Fig. 5 IC-PROG

Por la dificultad de predecir el nivel de descarga electrostática se procede a obtener experimentalmente los valores de frecuencia de oscilación, y establecemos los valores máximos y mínimos, y dentro de ese rango definimos 25 intervalos (25 notas).

La sentencia básica para el conteo de los pulsos es:

COUNT portd.5,10,revoluciones

Que cuenta los pulsos producidos en el puerto d.5 durante 10ms, y este valor lo almacena en una variable previamente declarada (revoluciones), para los procesos siguientes.

Para visualizar los valores de frecuencia utilizamos una pantalla LCD 2X16 con controlador Hitachi 44780,

para lo cual utilizamos el puerto b del microcontrolador.

La visualización en el LCD, luego de declarar el puerto b, se usa las sentencias:

LCDOUT $fe, 1,"OSCILA A:"

LCDOUT $FE,$c3,DEC revoluciones

Del valor de revoluciones máximo se resta progresivamente 10 unidades en adelante hasta completar los 25 intervalos de frecuencia.

Fig. 6 Diagrama de Flujo

Con la ayuda de un switch elegimos si el microcontrolador va a generar los sonidos o a controlar el reproductor. Si vamos a generar los sonidos en el microcontrolador, asignamos a cada intervalo de frecuencia una frecuencia audible, como lo resumimos en el diagrama de flujo de la Figura 6.

Generamos sonidos en el Pic con la siguiente sentencia:

SOUND parl,[101,5]

De donde se emite por un pin previamente declarado (parl) el tono numero 101 durante 5ms.


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Para modificar la rapidez del instrumento al generar los sonidos respecto a los movimiento de la mano del interprete, se lo hace modificando el tiempo de generación de la sentencia SOUND, y en el tiempo en que cuenta los pulsos en la declaración COUNT.

Reproductor ISD1420 Las señales que salen por el microcontrolador son digitales por lo que el sonido no tiene suavidad como otros instrumentos, por esto como segunda opción se utiliza un reproductor, donde se han grabado algunos sonidos para reproducirlos de forma más continua. El circuito reproductor que usamos es el CI: ISD1420, tiene 20 segundos disponibles de grabación. Usamos el circuito mostrado en la Figura 7 para el grabado de los sonidos.

Fig. 7 Circuito de grabación

Este circuito nos permite grabar mediante un micrófono o una señal de audio producida por algún dispositivo electrónico. Por lo que nos decidimos en escoger el grabado mediante una señal de audio extraída de la tarjeta de sonido de un computador.

Se utiliza el software Finale 2003 mostrado en la Figura 8 que nos permite escoger entre varios instrumentos y editar en pentagramas las notas de una melodía, y cuenta con un sistema de reproducción de la partitura editada.

Con esta herramienta hemos editado una partitura que incluye las 25 notas divididas en semitonos (una escala cromática), elaboramos un cable de audio que nos permite extraer de la tarjeta de sonido del ordenador en el momento de la reproducción, los distintos sonidos, y llevarlas hacia el circuito de grabación.

Fig. 8 Finale 2003

Es importante indicar que para iniciar la grabación primero se debe ubicar mediante código binario la dirección de la ubicación de la memoria del ISD1410 en donde se almacenará el sonido, esto en el circuito de grabación.

Luego de ubicar la dirección de la memoria, se presiona el pulsador de RECORD del circuito de grabación conjuntamente con el play especificado en Finale 2003.

De esta forma se graban las 25 notas, divididas en los 20 segundos que permite el ISD1420

Terminada la grabación, los sonidos se los puede reproducir con el control del Pic, entre los pines necesarias para la reproducción, se utilizan ocho bits de direccionamiento y uno de control que es el PLAYL.

Agrupamos los elementos básicos para elaborar el circuito, tomando en cuenta la colocación de reguladores de voltaje, led de indicación de encendido, zócalos para salida de audio y el resto de componentes descritos anteriormente(figura 9), para luego realizar el esquema de la PCB, con la ayuda del software TraxMaker, mostrado en la figura 10.

Figura 9. Circuito del Eteremin


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Figura 10. PCB del Eteremin

Para terminar presentamos el interior del instrumento, construido sobre fibra de vidrio.

Figura 11. Vista superior del Eteremin

Conclusiones:

• Dado que las señales de salida, usadas para la generación del sonido por el microcontrolador son cuadradas, estos sonidos no son comparables con el instrumento analógico, por esto se puede pensar en incluir filtros variables para extraer de las señales cuadradas las frecuencias particulares analógicas y así acercarse más al instrumento analógico.

• El eteremin no sigue las convenciones de otros

instrumentos, su naturaleza es contraria en el sentido de no seguir un patrón discreto de notas musicales, lo que lo hace único.

• Con perfeccionamiento del prototipo, este tipo de

instrumentos va encaminado a satisfacer necesidades de personas con capacidades especiales.

Referencias Bibliográficas:

[1] Sebastián Franco José Luís, Fundamentos de Compatibilidad Electromagnética, Adison-Wesley Iberoamericana, España, 1999 [2] Eduardo J. Carletti , El Increíble Therémin, Axxón, 2004. Disponible en Internet en URL:

http://axxon.com.ar/zap/223/c-Zapping0223.htm

<[3] ChipCorder, Winbond Electronics Corporation America, 2007. Disponible en Internet en URL: http://www.winbond- usa.com/mambo/content/view/36/140

[4] Theremin World, Bariliant Portal v1.0, 2007. Disponible en Internet en URL: http://www.thereminworld.com

[5] Data sheet PIC 16F877A ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf – [6] Data sheet ISD1420 www.winbond-sa.com/products/isd_products/chipcorder/datasheets/1400/ISD1400_Rev1.2.pdf- [7] Data sheet CD4093 www.floka.com/cmos/pdf/4093.pd


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CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE PLC

José Alejandro Quille

Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones Universidad Técnica Particular de Loja

Loja, Ecuador [email protected]

Introducción El PLC es un instrumento electrónico que sirve de herramienta para dar solución a problemas de automatización (es el caso industrial) o de simulación de automatización en el laboratorio (es el caso de este proyecto).

Diseño En la Fig.1 se muestra de forma general todos los componentes que intervienen en éste proyecto. Utilizamos un microcontrolador PIC de 40 pines que en su estructura consta de 4 puertos de los cuales usamos uno (puerto B), que consta de 8 pines distribuidos de la siguiente forma: 4 pines de entrada y 4 pines de salida; para la comunicación serial habilitamos dos pines (18 y 19) para la Tx y la Rx que nos permiten la comunicación con la computadora en la que se encuentra la interfaz del usuario desarrollada en Visual Basic que es la que va a interactuar con el programador.

Fig.1 Diagrama en bloques PLC

Las bases principales del proyecto son dos; en primer lugar la programación y como parte complementaria pero no menos importante la construcción de la tarjeta.

Programación Se utilizan dos tipos de lenguajes; uno para programar al microcontrolador PIC que es la base desde la cual se construye la tarjeta, llamado microcode y otro lenguaje utilizado para construir la interfaz (en la PC), que es la que interactúa por medio de la comunicación serial con la tarjeta. Diagrama Para Visual Basic:

Diagrama para el Pic:

Construcción de La Tarjeta:


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Circuito del PLC

Fig.2 Circuito general PLC.

R4 – R11 = 330 R2 = 220 R3 = 22 K OSC = 4 K D1 – D8 = diodos leds P2 – P5 = pulsadores de dos patas OSC = Para el Reset

Fig.3 Circuito reset para el microcontrolador PIC. R1 = 10K P1 = pulsador de dos patas C1 = 10 uF PARA EL SWITCH

Fig.4 Circuito switch para poner en alto o en bajo el valor de un pin del PIC y así poder programar o no al PLC.

R12 = 10K S1 = switch de dos patas.

PARA LA COMUNICACIÓN SERIAL

Fig.5 Circuito para comunicación serial entre PC (DB 9 macho) y el microcontrolador PIC (DB 9 hembra).

Grabado del Circuito PCB A continuación se muestran dos figuras; en la Fig.6 tenemos el PCB de la tarjeta en sí del PLC, que consta de todos los elementos que se muestran en la Fig.2 y en la Fig.7 se muestra el PCB para la tarjeta en la que están los elementos de control del PLC. En la Fig.9 se detalla con más exactitud.

Fig.6 PCB para la tarjeta del PLC, realizado en el programa TraxMaker.

Fig.7 PCB para la tarjeta en la que se ubican todos los controles del PLC.

Montaje en Caja


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Esta caja es de metal dividida en dos tapas como se ve en la Fig.8; en la tapa inferior del gráfico es donde va atornillada la tarjeta de la Fig.2 y Fig.6 y en la superior se atornilla la tarjeta en la que se encuentran todos los controles (Fig. 9) como se ve en la Fig.1

Fig.8 Tapas para la caja del PLC.

Fig.9 Controles del PLC.

Fig.10 Caja final del PLC.

Ejemplo: Control de nivel de un tanque con dos censores

1. Inicio de llenado del tanque. Para que se inicie esta operación, es decir, para que se encienda la bomba, es necesario que los dos censores se encuentren desactivados (IN1=0, IN2 = 0), lo que quiere decir que el nivel del líquido se encuentra por debajo del censor de bajo nivel, a pesar de que s requisito que los censores estén desactivados para el encendido, una vez que el nivel empiece a subir, el censor inferior se enciende pero la bomba debe continuar encendida.

2. Fin de llenado del tanque. Para que la bomba sea desenergizada, la condición es la activación de dos censores, es decir, que el nivel del líquido esté por encima del censor de alto nivel. Si se evacua líquido del tanque, el nivel empezará bajar por lo cual el censor de alto nivel inmediatamente se desactivará, pero a pesar de la nueva condición, la bomba debe seguir apagada hasta que se cumplan las condiciones del encendido en el primer numeral.

SOLUCIÓN: 1.- Desarrollar en papel la posible solución gráfica al problema.

2.- Abrir el programa desde la computadora (consolador lógico programable). Se despliega en la pantalla una interfaz como la que se muestra en la Fig.11.

Fig.11

3.- Para mayor facilidad de programación se tiene en la barra de menú la opción Ver y dentro de ella otra llamada diseño gráfico. Con ésta ventana que se abre en la parte derecha de la ventana principal tenemos la posibilidad de ir observando de forma gráfica lo que estamos escribiendo en los cuadros de texto y así comprobar el perfecto desarrollo de nuestro programa, todo esto en tiempo real de diseño.


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Fig.12

4.- Empezamos a programar como se ve en la Fig.13. SALIDA = ENTRADA (i) - OPERACIÓN LÓGICA - ENTRADA (i).

Fig.13

5.- Presionamos el botón “añadir a tabla”; observamos que lo escrito en los cuadros de texto de la parte Izquierda en la pantalla se ubican en la “tabla de operaciones”, después de hacer clic. También se dibuja la operación que se programa como se puede observar en la Fig.14.

Fig.14

6.- Finalmente, una vez concluido el programa y después de verificar gráficamente el resultado procedemos a enviarlo a la tarjeta del PLC con el botón “TRANSFERENCIA”.

Fig.15

Referencias:

Revista Electrónica y computadoras No.28 / CEKIT

PIC microcontrollers

Autor: Nebojsa Matic


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DESARROLLO DE APLICACIONES PARALELAS UTILIZANDO MPI

Roberto C. Cueva S. Escuela de Ciencias de la Computación Universidad Técnica Particular de Loja

Loja Ecuador [email protected]

Resumen El presente artículo tiene como finalidad describir los pasos para la instalación y configuración de un entorno distribuido (clúster) específicamente con el software DeinoMPI, así como la ejecución de un programa que nos permita comprobar su correcto funcionamiento. Abstract This article aims to describe the steps for installation and configuration of a distributed environment (cluster) specifically with the software DeinoMPI, as well as the implementation of a program that allows us to verify their proper functioning. Introducción En la actualidad cada vez son mayores las necesidades computacionales para llevar a cabo una determinada tarea, para lo cual existen equipos especializados llamados servidores, estos equipos por su precio se encuentran fuera del alcance de las mayoría de las empresas, sin embargo existen tecnologías alternas que nos permite alcanzar las mismas capacidades computacionales a un menor costo, entre ellas tenemos la arquitectura Clúster la cuál definiremos a continuación. CLUSTER o racimo de computadoras consiste en un grupo de computadoras de relativo bajo costo conectadas entre sí mediante un sistema de red de alta velocidad y un software que realiza la distribución de la carga de trabajo entre los equipos que se encuentran conectados en un mismo lugar2.

2 http://es.wikipedia.org/wiki/Cluster_de_

computaores

MPI3 es un estándar que define la sintaxis y la semántica de las funciones contenidas en una librería de paso de mensajes diseñada para ser usada en programas que exploten la existencia de múltiples procesadores. El paso de mensajes es un modelo de interacción entre los procesadores que forman un sistema paralelo. A grandes rasgos un mensaje es un conjunto de datos definido mediante software por un procesador y enviado a través de una red de comunicaciones hacia otro procesador, el cual debe aceptar el mensaje y actuar según su contenido.

Fig. 1 Ubicación de MPI en el proceso de programación de aplicaciones paralelas. Fuente: Programación de aplicaciones paralelas con MPI – José Miguel Alonso.

MPI es, como su nombre indica, un interfaz, lo que quiere decir que el estándar no exige una determinada implementación del mismo. Lo importante es dar al programador una colección de funciones para que éste diseñe su aplicación, sin que tenga necesariamente que conocer el hardware concreto sobre el que se va a ejecutar, ni la forma en la que se han implementado las funciones que emplea.

MPI ha sido desarrollado por el MPI Forum, un grupo formado por investigadores de universidades,

3 MPI – “Message Passing Interface” http://www.mpi-forum.org


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laboratorios y empresas involucrados en la computación de altas prestaciones. Entre los objetivos fundamentales del MPI Forum tenemos:

1. Definir un entorno de programación único que garantice la portabilidad de las aplicaciones paralelas.

2. Definir totalmente el interfaz de programación, sin especificar cómo debe ser la implementación del mismo

La estructura típica de un programa MPI es la siguiente:

# include "mpi.h" main (int argc, char **argv) int nproc; /* Número de procesos */ int yo; /* Mi dirección: 0<=yo<=(nproc-1) */

MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &yo);

/* CUERPO DEL PROGRAMA */

MPI_Finalize();

Este segmento de código ya nos presenta cuatro de las funciones más utilizadas de MPI: MPI_Init() para iniciar la aplicación paralela, MPI_Comm_size() para averiguar el número de procesos que participan en la aplicación, MPI_Comm_rank(), para que cada proceso averigüe su dirección (identificador) dentro de la colección de procesos que componen la aplicación, y MPI_Finalize() para dar por finalizada la aplicación.

En este ejemplo podemos observar las convenciones de MPI, todos los nombres de las funciones empiezan con “MPI_” seguido de una letra mayúscula y el resto con minúsculas.

Instalación y configuración de la Herramienta DeinoMPI

DeinoMPI es una implementación del estándar MPI-2 para Microsoft Windows derivado originalmente de la

distribución MPICH24 desarrollado por el Laboratorio Nacional Argonne.

Los requerimientos para instalar ésta herramienta son:

• Windows 2000/XP/Server 2003

• .NET Framework 2.0

El software puede ser descargado desde la página oficial www.deinompi.com, una vez descargado el paquete DeinoMPI.msi instaládo en cada una de las maquinas que van conformar el clúster. La instalación es idéntica en cada una de las maquinas para lo cual deberás tener privilegios de administrador. Adicionalmente las librerías del software y el administrador de procesos se instala como un servicio de Windows. Una vez instalado el paquete en las maquinas todos los usuarios pueden usar DeinoMPI sin tener privilegios de administrador

Después de instalar el software en todas las maquinas cada usuario necesitará crear un almacén de credencial. Este almacén será usado para lanzar procesos seguros. No se podrá ejecutar ningún trabajo sin antes haber creado un almacén de credenciales.

Por defecto todos los usuarios tienen acceso a todas las maquinas donde DeinoMPI está instalado y pueden lazar trabajos en cualquier maquina donde ellos tengan creadas las mismas cuentas de usuario.

Herramientas Las siguientes herramientas son instaladas:

• Mpiexe.exe – Administrador de trabajos MPI

• DeinoMPIwin.exe – Interfaz gráfica

• DeinoPM.exe – Servicio de administración de procesos

• Línea de comandos:

o create_credential_store.exe

o manage_credentials.exe

o manage_public_keys.exe

• Jumpshot – Herramienta java que permite ver los archivos log creados cuando inicia un trabajo MPI.

4 MPICH – “MPICH2 home page” http://www.mcs.anl.gov/mpi/mpich


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Seguridad Todas las comunicaciones usadas son encriptadas. Las llaves públicas y privadas en cada almacén de credenciales de cada usuario son utilizadas para establecer una conexión segura entre las máquinas del clúster. La llave privada tiene 2048 bits y la sesión encriptada usa el algoritmo de Rijndael. Archivos Los siguientes subdirectorios son creados en la dirección que se escoge al instalar DeinoMPI: bin, include, lib, examples y java. El directorio bin contiene los archivos ejecutables mpiexe.exe, DeinoPM.exe, Jumpshot.jar y herramienta de línea de comandos. El directorio include contiene los archivos de encabezado requeridos para compilar las aplicaciones MPI. El directorio lib contiene las librerías necesarias para vincular las aplicaciones MPI. El directorio examples contiene ejemplos pre-compilados y el código de cada uno. El directorio java contiene un manual de la aplicación Jumpshot. Las dlls usadas para implementar DeinoMPI son instaladas en el directorio de Windows, además dos assemblies son instalados en el GAC(Global Assembly Cache), DeinoMPI.dll y DeinoLP.dll Ejecutar Aplicaciones Podemos usar la interfaz gráfica DeinoMPIwin.exe o desde la línea de comandos utilizar mpiexec.exe.

DeinoMPIwin.exe

Esta herramienta posee cuatro pestañas:

• Mpiexec

Esta es la página principal usada para iniciar e interactuar con los trabajos MPI.

Fig. 2 Ventana Mpiexec Fuente: www.deinompi.com – DeinoMPI.pdf

• Almacén de Credenciales

Esta ventana nos permitirá administrar las credenciales del usuario.

Fig. 3 Ventana Credential Store Fuente: www.deinompi.com – DeinoMPI.pdf

• Clúster

Esta ventana es usada para ver las maquinas que se encuentran en la red local y para ver la versión que se tiene instalada de DeinoMPI.

Fig. 4 Ventana Clúster Fuente: www.deinompi.com – DeinoMPI.pdf

En esta ventana puedes ver la página web de DeinoMPI.

Fig. 5 Ventana Web Fuente: www.deinompi.com – DeinoMPI.pdf


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Para más detalle de esta herramienta podemos visitar la página oficial www.deinompi.com Ejemplo El siguiente ejemplo realiza el cálculo del número PI, el algoritmo para calcular el número PI divide el área bajo la curva en un gran número de rectángulos, cada proceso realiza el trabajo de calcular la sub-área luego toda la suma es recolectada por el nodo raíz y presentada en pantalla. A continuación se presenta el código de la aplicación: #include "mpi.h" #include <stdio.h> #include <math.h> double f(double); double f(double a) return (4.0 / (1.0 + a*a)); int main(int argc,char *argv[]) int n, myid, numprocs, i; double PI25DT = 3.1415926535897932; double mypi, pi, h, sum, x; double startwtime = 0.0, endwtime; int namelen; char processor_name[MPI_MAX_PROCESSOR _NAME]; MPI_Init(&argc,&argv); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid); MPI_Get_processor_name(processor_name,&namelen); fprintf(stdout,"Process %d of %d is on%s\n",myid,numprocs,processor_name); flush(stdout);

n = 10000;/*default # rectangles*/

if (myid == 0) startwtime = MPI_Wtime(); MPI_Bcast(&n,1,MPI_INT,0,MPI_COMM_WORLD); h = 1.0 / (double) n; sum = 0.0; /*A slightly better approach starts from large and works back */ for(i=myid+1;i <= n; i += numprocs) x = h * ((double)i - 0.5); sum += f(x); mypi = h * sum; MPI_Reduce(&mypi, &pi, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, 0, MPI_COMM_WORLD); if (myid == 0) endwtime = MPI_Wtime(); printf("pi is approximately %.16f, Error is %.16f\n",pi,fabs(pi - PI25DT)); printf("wall clock time = %f\n", endwtime-startwtime); fflush(stdout); MPI_Finalize(); Return 0; Para su ejecución deberás crear un ejecutable y copiarlo en cada nodo bajo el mismo directorio de trabajo.

Fig. 6 Resultado de la ejecución del programa

cpi.exe


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Este ejemplo y otros los puedes encontrar en el directorio de ejemplos de DeinoMPI. Recomendaciones de Uso Antes de instalar DeinoMPI verifica si tienes instalado el .NET Framework 2.0 en cada máquina que conformará el clúster. En cada máquina deberás crear una misma cuenta y con el mismo password, de esta manera en el almacén de credenciales deberás ingresar la cuenta creada y su password para poder enviar los trabajos a cada máquina.

Debes tener en cuenta que tanto el antivirus como el firewall de Windows puede traer problemas de comunicación entre las maquinas. Referencias

1. Programación de aplicaciones paralelas con MPI (Message Passing Interface) (1997); Facultad de Informática UPV/EHU

2. DeinoMPI: Sitio Oficial: www.deinompi.com

3. MPI – Message Passing Interface (MPI) Forum Home Page Sitio Oficial: http://www.mpi-forum.org

4. MPICH: Sitio Oficial: http://www.unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich2/

5. http://es.wikipedia.org/wiki/Cluster_de_computadores


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Tayron E Ramírez M, Bruno M. Valarezo Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones



Resumen

Parase fantástico que un robot puede rastrear y entender algo de información, pero se lo puede hacer, este artículo presenta el desarrollo de un prototipo capaz de seguir líneas pintadas en el piso que funcione autónomamente y en tiempo real. La parte electrónica esta basada en sensores cny70 y luego analizando los datos con un microcontrolador para en función de los resultados crear movimientos a través de los servo motores. Según la etapa de entrenamiento y prueba nuestro microbot DSPerformace II será más robusto para resolver trayectorias complejas.

Abstract

It seems fantastic that a robot can track and understand some information, but it can be done, this article presents the development of a prototype able to follow lines painted on the floor to operate autonomously and in real time. The party is based on electronic sensors cny70 and then analyzed the data with a microcontroller according to the results create movements through the servo motors. Depending on the stage of training and test our microbot DSPerformace II will be more robust to solve complex trajectories. Términos Clave - Microcontrolador Pic, Servo Motor, sensor infrarrojo CNY70. Introducción El desarrollo de microbots, es una tarea de creatividad y experimentación ya que la ubicación de cada uno de sus sensores y actuadores la realizamos de una forma empírica, observando la posición que presente mejores resultados. Esta categoría [1] se basa en el rastreo de líneas pintadas

en el piso (generalmente de color negro con fondo blanco y grosor de 16-20 mm), tomando las decisiones respectivas en función de las bifurcaciones, giros, intersecciones, etc.; resultado ganador el que termine la ruta en menor tiempo. Ver figura 1.

Fig. 1. Ejemplo de una trayectoria

Basado en la trayectoria debemos crear un algoritmo que cumpla con cada una de la reglas de la categoría y además se adapte de una forma perfecta al recorrido de la pista.

Fig. 2 Prototipo

Plataforma Mecánica La plataforma mecánica esta construida de aluminio formando un chasis, en las partes laterales se ha ubicado los servomotores debidamente trucados, la placa de aluminio donde están los sensores esta sujeta mediante unos tornillos lo que permite la calibración de

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La tarjeta de control consta de un microcontrolador PIC16F876A [4], dispositivo embebido al cual le descargamos los algoritmos y este procesara la información y obtiene resultados provocando que el robot rastree la línea graficada en el piso. Para el control de los motores se ha utilizada un circuito integrado L293D [5] que posee los puentes H para la manipulación y control bidireccional de los mismos. La parte de alimentación esta proveída por dos sistemas de baterías: una Batería de 9Vdc que acompañada de un regulador 7805 provee la alimentación Vcc para el microcontrolador y la compuerta, mientras que un arreglo de 6 baterías recargables de 1.2V de Ni-MH 3000 mA que proveen la alimentación directa para los motores. Software y Estrategias de Control Este prototipo contiene una estrategia de control que se ejecuta en tiempo real, en el microcontrolador logrando así velocidad y precisión que son los parámetros requeridos. Para la realización del algoritmo partimos de las reglas básicas, salidas por derecha o izquierda y corrección de la trayectoria como vemos en la figuras Caso 1: Microbot sigue siempre adelante.

Caso 2: Microbot sale por la izquierda; solución girar rueda derecha hacia atrás, rueda izquierda adelante corrigiendo la trayectoria y ubicándolo en el caso 1.

Caso 3: Microbot sale por la derecha; solución girar rueda derecha adelante, rueda izquierda atrás corrigiendo la trayectoria y ubicándolo en el caso 1.

Caso 4: Microbot encuentra bifurcación por la derecha solución girar a la derecha hasta encontrar el caso 1 y seguir de frente y viceversa para la izquierda.

Caso 5: Microbot pierde la trayectoria solución girar a la derecha o izquierda hasta encontrar el caso 1 y proseguir.

Caso 6: Microbot cruce por la izquierda, curva con menos de 90 grados en este caso girar a la izquierda hasta encontrar el caso 1. Cada uno de estos casos y muchos mas se pueden dar en función de la trayectoria planteada, con lo que se pretende dar una idea de cómo solucionar y entrenar al prototipo para la tomar las decisiones adecuadas. En la tabla 1 se muestra las reglas que posee nuestro microbot rastreador.


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TABLA 1

Casos evaluados por el prototipo.

Casos Tarea S6 S5 S4 S3 S2 S1

delante erecha erecha quierda quierda uelta 180º erecha quierda if Izquierda if Derecha quierda erecha

S1-> sensor CNY70 1 S2-> sensor CNY70 2 S3-> sensor CNY70 3 S4-> sensor CNY70 4 S5-> sensor CNY70 5 S6-> sensor CNY70 6 Además todas estas rutinas han sido programadas en Microcode V3.0 [6] y luego descargado en el PIC 16F876A.

Características Físicas y Eléctricas del Microbot

TABLA 2 Características de DSperformace II

Dimensiones 22(L)x16(Al)x8(Ac) cm.

Peso 0.475 Kg. Tiempo de funcionamiento con baterías cargadas

60 min.

Corriente de motores

500 mA nominal

Conclusiones Se ha logrado desarrollar un prototipo de acuerdo a las características establecidas para competir en esta categoría. Para resolver todos los casos que van generándose se ha aprendido a dar solución en función de las pruebas realizadas en las distintas pistas probadas. Se recomienda antes de conectar los datos al pic realizar las respectivas pruebas con leds, ya que esto acelera la resolución de cada uno de los casos que surgen. Agradecimientos. Formalmente agradecemos a la escuela de Electrónica y Telecomunicaciones por el apoyo brindado para poder estar presentes en el CER 2007, y lograr adquirir la experiencia necesaria para participar en posteriores concursos.

APÉNDICE Imagen de las respectivas pruebas

Imagen del Prototipo en funcionamiento.

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Referencia [1] Reglamen[2]- J. Boream I?. SenPositioning. [3] Cny70 ww

[4] PIC16F87[5] L2cybertaller/el[6] Carlos a. microcontrol Biografia

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AUTOMATIZACION DE LOS PROCESOS DE ADQUISICION Y ANALISIS DE DATOS PARA ENSAYOS DE MECÁNICA DE SUELOS

Israel Darío Carrión Granda Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones


[email protected]

Resumen

El implementar un sistema de precisión para uso en laboratorio requiere del uso de sensores fiables y de una plataforma de trabajo de alto rendimiento. Es por este motivo que la implementación de este sistema se realizó utilizando sensores de la marca Omega, reconocidos por su alta calidad, además de hardware y software de National Instruments, empresa líder en tecnología de automatización y control. Con estas herramientas se logró implementar un sistema de muy buena precisión, estable, escalable y de gran utilidad para sus usuarios.

Abstract

Implementing a system of precision to be used in laboratory requires of the use of reliable sensors and a high yield platform of work. For this reason the implementation of this system was carried out using sensors of Omega company, recognized by its high quality, besides hardware and software of National Instruments, company leader in automation and control technology. With these tools was possible to implement a system of very good precision, stable, scalable and with great utility for their users

Introducción El presente proyecto consta en crear un sistema de adquisición de datos, acondicionamiento de señales producidas por los sensores, manipulación de datos y generación de reportes para los diferentes ensayos que se llevan a cabo en el área de geotecnia, donde los ensayos requerían de la participación de varias personas para llevarse a cabo, además de influir en los ensayos la apreciación del observador.

El presente proyecto indica el procedimiento que se llevo a cabo para llegar a crear un sistema que permita la adquisición de señales eléctricas producidas por los diferentes sensores utilizados, las cuales se debieron

acondicionar para ser manejadas en un computador con un programa creado en la plataforma LabVIEW el cual va a realizar la recolección y manipulación de estos datos, además que se encargará de generar un reporte en Excel que contará con los datos leídos, datos calculados y las gráficas correspondientes a la muestra probada. Este programa contará además con algoritmos de corrección de errores para evitar la pérdida de los datos obtenidos, creará una carpeta con la fecha de realización de los ensayos y guardará el reporte con el nombre del laboratorista, el número de la práctica y el nombre del ensayo que se realizó.

De esta forma se mejorará las condiciones del laboratorio con un sistema automatizado.

1.Estado Actual del Laboratorio Con el objetivo de crear espacios de vinculación entre la práctica y la teoría la Universidad Técnica Particular de Loja cuenta con un laboratorio en el que se permite a los estudiantes verse involucrados en proyectos reales en los que se encargan de medir esfuerzos, consolidación, resistencia al corte y características esfuerzo-deformación, entre otras características de los diferentes tipos de suelos con propósitos de adiestramiento para un futuro desenvolvimiento dentro de su campo laboral. Es por este motivo que en el laboratorio de resistencia de materiales se realizan ensayos como el triaxial, de corte directo, consolidación y de tracción indirecta.

A continuación se hará una breve descripción del laboratorio en el cual se implemento el sistema de adquisición de datos con el objetivo de entender el proceso de los ensayos y la mejora referente al ahorro de valiosos recursos, como el tiempo y el número de laboratoristas que intervienen en la ejecución de los diferentes ensayos. Aunque cabe recalcar que todos ellos tienen un factor común; el utilizar varias personas para la ejecución de un ensayo, puesto que en el laboratorio los medidores usualmente utilizados han sido análogos, por lo tanto, se ha optado por tomar muestras de los medidores de carga al haberse llegado a


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un número determinado de divisiones en el medidor de deformación, teniendo de esta forma en el ensayo mas sencillo un número de por lo menos 2 laboratoristas para la ejecución del ensayo.

Ensayo triaxial El ensayo triaxial, constituye el método más versátil en el estudio de las propiedades esfuerzo-deformación. Esta prueba es la más común para determinar dichas propiedades. Una muestra cilíndrica de suelo es sometida a una presión de confinamiento en todas sus caras. A continuación se incrementa el esfuerzo axial hasta que la muestra se rompe.

Fig. 1 Máquina versa tester para ensayos triaxial

En este ensayo se requiere de dos personas para poder tomar los datos, tanto de la deformación sufrida por la muestra como de la carga aplicada a la misma, para luego poder realizar la tabulación de los datos obtenidos, utilizar fórmulas para los cálculos requeridos y graficar dichos datos. [1]

Existen tres tipos de ensayos triaxial, el ensayo triaxial no consolidado – no drenado (UU), el ensayo triaxial consolidado – no drenado (CU), y el ensayo triaxial consolidado – drenado (CD).

Como esta expresado en los nombres de los ensayos las diferencias entre ellos es el previo compactado o no de las muestras y el drenado o no de las mismas.

Ensayo de corte directo

Fig. 2 Máquina de corte directo

Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo. Producto de estos esfuerzos se producen deformaciones, y una de las formas en las que se puede deformar el suelo es por deslizamiento de las partículas, lo que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo, lo que corresponde a fallas de tipo catastrófico y para evitarlas se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. Este análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que una obra siendo segura, sea económicamente factible de llevar a cabo.

Es por esto que se realiza este ensayo donde se impone sobre un suelo condiciones idealizadas, es decir indica la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas, una normal por una carga vertical aplicada y un esfuerzo cortante debido a la acción de una carga horizontal lo que es posible de realizar gracias al equipo indicado en la Figura 2.

La carga se aplica de forma manual utilizando una manivela, mediante la cual se intenta aplicar la carga de manera constante, lo cual es prácticamente imposible. Por la necesidad de aplicar la carga, tomar mediciones de la misma, además de tomar mediciones de las deformaciones de la muestra tanto horizontal como vertical, este ensayo requiere de la participación de por lo menos tres personas para la realización del mismo. [2]


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Ensayo de tracción indirecta

Fig. 3 Maquina Marshall

La mezcla asfáltica constituye el material pétreo convenientemente recubierto con una película de asfalto y luego sometida a un proceso de compactación, que hace que esta mezcla adquiera propiedades de resistencia al desgaste producido por los vehículos y a su vez pueda traspasar la solicitación del peso de ellos hacia las capas inferiores. [3]

El método Marshall para el que utiliza un equipo como es expuesto en la Figura 3, es aplicable solo a mezclas en caliente con cementos asfálticos. El método puede usarse tanto para el diseño en laboratorio como en el control de terreno.

Ensayo de consolidación Su finalidad es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga.

Fig. 4 Máquina de consolidación

El fenómeno de consolidación, se origina debido a la saturación parcial o total de carga de un suelo, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada. [4] El equipo para realizar esta práctica se puede observar en la Figura 4.

2. Implementación del Sistema El sistema de adquisición de datos consta de varias etapas: la adquisición de las señales de los sensores, el acondicionamiento de estas señales, el análisis, procesamiento y visualización de los datos adquiridos y finalmente la generación del reporte. Estas etapas se encuentran ilustradas en la Figura 5.

A continuación se detalla cada una de las etapas que integran el sistema de adquisición de datos.

Etapa de adquisición de señales Para realizar la adquisición de las señales proporcionales a las medidas de carga, deformación y presión involucradas en los diferentes ensayos se adquirió dos celdas de carga que soportan una carga máxima de 5000 y 10000 Libs, 2 LVDTs (Transformador Diferencial Lineal Variable) y dos sensores de presión.

Los sensores son de la empresa Omega, destacada por la fiabilidad de sus productos y corresponden a las series expuestas en la Tabla 1.

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ensor de carga 5000 LibsC-101 5K

ensor de carga 10000 LibC-101 10K

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Tabla 1. Sensores utilizados

El porqué se ha seleccionado estos sensores es por el hecho de haber tomado en cuenta las cargas máximas aplicadas en los diferentes ensayos con los que va a trabajar el sistema y de igual forma con las deformaciones puesto que según la práctica las deformaciones no sobrepasaran los 15 mm, es por


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esta razón que los LVDTs utilizados tienen esta deformación máxima.

Etapa de acondicionamiento de señales Para poder realizar el acondicionamiento de las señales adquiridas de los sensores se utilizó hardware y software de National Instruments.

En cuanto a hardware, se utilizó un FieldPoint de la serie FP-1000 con sus respectivos módulos de entradas analógicas (NI-FP-AI-110) para adquirir las muestras tanto de deformación como de presión, además del módulo de lectura de strain gauges (NI-FP-SG-140) para realizar la adquisición de las celdas de carga que funcionan bajo este principio.

FP-1000: Es un módulo que sirve como interfaz para el sistema de entradas y salidas del FieldPoint, puede conectar un nodo de más de 9 módulos de entradas y salidas a una red RS232. Una red de FieldPoints puede constar de más de 25 nodos de red para un total de 225 módulos de entrada/salida.

El FieldPoint maneja comunicacion entre el PC y los módulos por medio de un bus de alta velocidad formado por las bases terminales del FieldPoint. El FP-1000 proporciona varios diagnósticos y rasgos de autoconfiguración simplificando su instalación, uso y mantenimiento. [5]

FP-SG-140: Este modulo permite tomar mediciones en un campo industrial muy confiables en cuanto a medidas de tensión distribuidas. Cuenta con una resolución de 16 bits, el FP-SG-140 esta diseñado para una medición precisa de tensión en una variedad de aplicaciones, tal como monitoreo estructural y control. Este módulo puede servir como interfase para una amplia variedad de transductores como celdas de carga y sensores de presión permitiendo al usuario programarlo para configuraciones de puente completo o medio puente en cada uno de sus ocho canales.

Estas entradas analógicas tienen habilitado por software un filtro que se puede configurar a frecuencias de 15, 60, o 240 Hz, una característica importante y que puede llegar a ser una limitante es la frecuencia de muestreo de este módulo puesto que no puede ser mayor a 1 Hz (una muestra por segundo). Puesto que para proceder a tomar una muestra en primer lugar, alimenta al sensor con el voltaje que este requiere, hace la adquisición, y luego corta la alimentación para evitar errores por calentamiento de los sensores strain gauge que se encuentran en la celda de carga. [6]

FP-AI-110: Es un módulo de 8 canales de terminación simple para mediciones directas de milivoltios, bajo voltaje, o señales de miliamperios de una variedad de sensores y transmisores.

Diseñado para tener una máxima productividad y rentabilidad el NI FP-AI-110 contiene filtros bajos en ruido en sus entradas analógicas con una resolución de 16 bits, características contra desbordamiento, operación Hot PnP (plug and play), y diagnóstico para impedir problemas de instalación y mantenimiento.

Una característica muy importante en estos módulos es que la señal que se adquiere de estos es linealizada y escalada, lo que permite un fácil manejo de estas señales, además de que utiliza un ADC de 16 bits Delta-Sigma con filtros paso-bajo integrados en cada canal. La tasa de actualización que tiene este módulo va desde 0.66 hasta 5 Hz dependiendo del filtro que se configure. Este módulo puede leer entradas o sensores que no estén calibrados dentro de los rangos estándar.

Ofrece además un aislamiento óptico de 2300 Vrms y un doble aislamiento operacional para voltajes sobre los 230 Vrms [7]

Como parte de esta etapa se creó una caja de acondicionamiento para que pueda contener el FieldPoint y la fuente de poder requerida para la alimentación de los sensores, además de servir como interfaz de conexión de los sensores. Esta caja de acondicionamiento se puede observar en la Figura 6.

Fig. 6 Caja de acondicionamiento

La caja cuenta con una entrada para celda de carga, dos entradas para LVDTs y dos para sensores de presión, puesto que es el máximo de entradas requeridas en los ensayos.


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Fig. 5 Diagrama esquemático de las etapas del sistema de adquisición .automático de datos.

El contar con esta caja que integra los elementos físicos del sistema nos ayuda a hacerlo portable, y cumple con el objetivo de acondicionar las señales adquiridas de los sensores para poder trabajar con ellas en el computador.

Existen varias conexiones dentro de la caja de acondicionamiento. En primer lugar los sensores se encuentran conectados a un PCB diseñado para poder alimentar los sensores y para canalizar los cables de lectura de las muestras, además de permitir dar mantenimiento a los diferentes componentes que se encuentran en la caja.

Si se llegó a requerir esto es para hacer que el voltaje referencial de los diferentes sensores sea el mismo utilizando para esto las pistas del PCB y, tratando de eliminar con esto el uso de innecesario de cables.

En las siguientes tablas se indica el cómo están conectados los diferentes sensores.

Conexión de las celdas de carga: las celdas de carga de omega cuentan con un color de cable para las diferentes señales que corresponden a los mismos.

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Donde tanto el voltaje de excitación como los voltajes proporcionales a la carga entregados por el sensor se conectan al módulo NI-FP-SG-140, el cual

entrega la alimentación que requiere este tipo de sensores.

Conexión de los LVDTs: Este tipo de sensores requieren de alimentación tanto positiva como negativa por lo que se precisó una fuente de poder simétrica adjunta al sistema para poder alimentar a estos sensores. Cada LVDT cuenta con una unidad de acondicionamiento llamada BICM (Boxed Inline Conditioning Unit) la cual entrega la señal de voltaje proporcional a la deformación producida.

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Tabla 3: correspondencia de señales a cada hilo del sensor

Los cables de alimentación positiva, negativa y de referencia para el sensor van conectados a la fuente de poder, mientras que la señal entregada ira conectada al módulo NI-FP-AI-110 junto con la referencia de la señal, para estos sensores se ha destinado los canales 0 y 3 de este módulo

Conexión de los sensores de presión: Estos sensores también requieren de la alimentación de la fuente de poder para poder entregar un voltaje proporcional a la presión a la que están sometidos. De esta forma cuentan con 2 cables de alimentación que iran

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• Permite indicarle al programa el momento para empezar a grabar los datos.

• Permite visualizar los datos adquiridos y los datos calculados en base a estos.

• Permite indicar al programa el intervalo de tiempo entre muestras.

• Permite visualizar la curva necesaria para cada ensayo que permite observar el punto en el cual una muestra de suelo se rompe.

Fig. 9 Panel principal del ensayo triaxial UU

Estos reportes se grabarán con el siguiente formato:

Israel Carrión_Práctica 1_TCU.xls

Donde se puede observar que consta, el nombre del laboratorista, el número de la práctica y el tipo de ensayo en abreviatura, en este ejemplo en específico la abreviatura significa Triaxial Consolidado no drenado.

Además estos archivos se grabaran dentro de una carpeta que tendrá el nombre de la fecha actual para que la base de datos de los ensayos se encuentre organizada por fechas.

3. Análisis de Resultados Con la finalidad de comprobar la precisión del sistema se tomo como parámetro de referencia un anillo de carga calibrado para poder realizar la adquisición de datos de forma paralela durante el transcurso del ensayo, además se utilizó deformímetros con los que contaba el laboratorio para compararlos con los LVDTs y los sensores de presión de compararon con los medidores análogos a estos. Llegándose a determinar la precisión del sistema al comparar uno a uno los datos obtenidos dando como resultado que en el peor caso la precisión del sistema en cuanto a medición de carga fue de 98.08% mientras que respecto a la

deformación en el peor de los casos la precisión fue de 98.737 % y la precisión en cuanto a presión fue de 99.205 %. Uno de los ensayos con los que se empezó la realización del proyecto fue el de tracción indirecta, que se realiza en la máquina Marshall. Mas este presentó un inconveniente para su ejecución, puesto que se utilizó equipos con los que el laboratorio ya contaba como el FieldPoint y sus módulos, por lo tanto no se tomó en cuenta el hecho de ser este un ensayo que aplica carga de manera muy rápida con respecto a los demás ensayos del proyecto, y como se indicó en el item 3.2 una limitante del módulo FP-SG-140 es su frecuencia de muestreo.

Por lo tanto el hecho de tomar solamente una muestra por segundo en un ensayo que tiene como duración promedio 4 segundos es totalmente insuficiente. Mientras los demás ensayos requieren de la adquisición de una muestra cada 4, 6 o 10 segundos por lo que el sistema se comporta muy bien para estos ensayos.

4. Conclusiones Se ha llegado a la conclusión que la solución brindada en la ejecución del proyecto es óptima para este tipo de laboratorios puesto que tiene como principal característica el ser escalable y flexible, por lo que en cualquier momento al necesitar el aumento de uno o mas ensayos al sistema existente se lo realizaría de una forma sencilla, y si se requiere modificar parámetros de calibración o de sensibilidad igualmente será sencillo.

Escalable: El sistema esta sobredimensionado para que sea escalable ya que existen varias entradas tanto de strain gauges como analógicas que se encuentran libres por lo que, en el caso de falla de una de las entradas que se están utilizando se puede recurrir a cualquiera de las entradas sobrantes al hacer un simple cambio en la entrada leída desde el programa y en la conexión de la entrada que se encuentre fallando o se las puede utilizar para añadir mediciones con mas sensores.

Rendimiento y precisión:

El sistema cumple a cabalidad con los requisitos de los laboratoristas a los cuales esta destinado, además que se asegura la precisión en la adquisición en un 98,03 % en cuanto a la deformación, y de 98,736 % respecto a la carga tomando como referencia al sistema de medición previamente utilizado. Mas el ensayo de


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tracción indirecta del equipo marshall cuenta con una limitante impuesta por el módulo FP-SG-140 que recoge la señal de carga aplicada, puesto que tiene como frecuencia de adquisición máxima 1 Hz (una muestra por segundo) y, ya que este ensayo dura muy poco tiempo, el error producido por la baja frecuencia de muestreo del módulo no se podrá corregir, por lo tanto se recomienda el uso de dispositivos de alto rendimiento como el chasis SCXI, de la empresa National Instruments con el cual se puede utilizar el mismo software diseñado para el sistema teniendo la ventaja de un número superior a 1000 muestras por segundo.

Acceso a los datos: La forma de acceso a los datos es muy fácil puesto que los datos adquiridos por el sistema se almacenan en archivos con el nombre del laboratorista y el ensayo realizado, y estos a su vez se encuentran en una carpeta que tiene por nombre la fecha en la cual se han realizado dichos ensayos para facilitar el acceso a los mismos.

Corrección de errores: El programa realizado cuenta con algoritmos que permiten corregir errores en la ejecución del programa o errores de parte del usuario del sistema para asegurar que los datos adquiridos en los diferentes ensayos no se pierdan.

Tiempo de desarrollo: Sin tomar en cuenta el tiempo que toma importar los sensores necesarios para el desarrollo de este tipo de aplicaciones y el desarrollo de la caja de acondicionamiento, la etapa de integración de tecnologías es bastante corta y el desarrollo del software utilizando las herramientas que en este informe se indican es igualmente corto.

Reportes: Se han creado reportes para cada uno de los ensayos, dichos reportes cuentan con lo que el laboratorista necesita para el análisis de la reacción de la muestra a suelo utilizada en el ensayo.

Calibración: Los sensores utilizados en el proyecto fueron calibrados tomando como punto de referencia los medidores analógicos existentes en el laboratorio de la UCG que fueron recientemente calibrados por personal calificado con la finalidad de asegurar mediciones precisas en cada uno de los ensayos del sistema de adquisición.

5. Recomendaciones • Dado que los ensayos realizados en la

máquina marshall requieren de un número de

muestras mayor al que se puede adquirir con el FieldPoint, se recomienda para este y otros ensayos rápidos realizar la adquisición de un chasis SCXI con sus respectivos módulos de strain gauges y entradas analógicas, con los cuales se puede realizar la adquisición de un número de muestras muy superior dado que son equipos de alto rendimiento. Y si el número de muestras aún se encuentra insuficiente se recomienda el uso de un PXI de la misma empresa, el cual cuenta con un sistema operativo de tiempo real que corre dentro del mismo equipo, el cual aseguraría su funcionamiento.

• Para mantener un sistema confiable se recomienda realizar la calibración de las celdas de carga por lo menos una vez cada dos años para lo cual se requiere de personal certificado que realice este trabajo.

6. Referencias [1] Escuela de ingeniería de Antioquia -

Laboratorio de suelos -, “Ensayo de compresión triaxial”, http://suelos.eia.edu.co/suelos2/enstriax.htm

[2] Escuela de ingeniería de Antioquia –Laboratorio de suelos -, “Ensayo de corte directo”, http://suelos.eia.edu.co/laboratorio/corte.htm

[3] “Diseño de mezclas asfálticas”, http://icc.ucv.cl/obrasviales/asfalto%20dise%F1o.htm

[4] Universidad católica de Valparaíso, Escuela de ingeniería en construcción, “ensayo edometrico o de consolidación”, http://icc.ucv.cl/geotecnia/11_nuestro_laboratorio/laboratorio/consolidacion/consolidacion.htm

[5] National Instruments Inc.,NI FP-1000, http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/2180

[6] National Instruments Inc., FP-SG-140, http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/10874

[7] National Instruments Inc., FP-AI-110, http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/2185

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Realizar un laboratorio remoto esta contemplado en la primera fase.

1.2 Laboratorios Virtuales Podríamos diferenciar 2 tipos de laboratorios virtuales, el primero que es de simulación y el segundo que permite realizar las conexiones reales por acceso remoto. Estos 2 tipos serán utilizados en el proyecto, el primero permitirá trabajar con estudiantes que inician sus estudios mientras que los segundos son para realizar prácticas de laboratorios reales, en donde el estudiante, tiene que realizar las conexiones de la práctica, debe analizar los resultados, tiene que realizar las diferentes presentaciones de resultados y entregar los informes al profesor. Este último punto se lo realizará en forma automática.

2. Estructura del proyecto Se basa en 4 partes. 1. Creación de una plataforma en software capaz de

administrar a los estudiantes, profesores, entrega de materiales y recepción de trabajos.

2. Los Laboratorios remotos 3. El Laboratorio Virtual con acceso remoto. 4. Nuevas aplicaciones.

2.1 Forma de Implementación Fase 1. (En ejecución) Comprende la realización de las etapas 1 y 2. Nuestra universidad actualmente tiene la infraestructura para desarrollar las 2 primeras etapas con inversiones económicas pequeñas pero con fuerte inversión de tiempo. Para esta primera fase se han propuesto varios temas de tesis todas dirigidas hacia el proyecto. Posteriormente empezaremos a unir estos trabajos y sugerir nuevos temas y alternativas para continuar el desarrollo. Al final de esta fase, cada puesto de trabajo se convertirá en un Laboratorio remoto.

Actualmente, un estudiante de un laboratorio tradicional, debe realizar las conexiones en su puesto de trabajo, obtener sus mediciones y los resultados deben entregar al profesor. Al final de esta fase, los laboratorios remotos tendrán que realizar todas las conexiones, estas serán ordenadas por el estudiante que se encuentra delante del computador, las mediciones y los resultados estarán disponibles tanto para el alumno como para el profesor.

En esta fase, es importante la constante capacitación del personal encargado del proyecto en uso y manejo de nuevas tecnologías.

Fase 2. El Laboratorio Virtual con acceso remoto. Una vez concluida la primera fase, se requerirá:

1. Una área física para el funcionamiento del Laboratorio Virtual

2. Equipos para el manejo de los laboratorios (Computadores Industriales, servidores, PXIs, Muebles)

3. Personal para la creación de las diferentes practicas 4. 5. Esta fase es la en la que se necesitará la mayor inversión

económica, y debe coincidir con el inicio de los tramites


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para proponer la ETAD en los diferentes organismos de educación superior, de manera que coincida la terminación de los laboratorios virtuales con la posibilidad de tener Ingeniería electrónica a distancia en el país.

Con la experiencia obtenida en la fase 1, estaremos en la posibilidad de dar los tiempos necesarios para que los laboratorios estén listos. Se iniciará con las diferentes capacitaciones al personal que trabajará en esta modalidad.

Fase 3. Comprende la expansión del Laboratorio, dependerá de los diferentes sueños que tenga los visionarios de la Universidad, crecerá tanto como ideas rentables existan. Todas las actividades técnicas que requieran de un laboratorio o de un Instrumento podrán ser incrementadas.

Crear otras carreras de Ingenierías que requieran del uso de laboratorios.

Estudios de Postgrado, maestrías, doctorados serán los siguientes pasos.

2.2 ETAD: implementación

El sistema será lo mas amigable posible, de uso lógico de manera que no se rompa la relación profesor – estudiante ni la relación aprendizaje – practica.

Al igual que ahora, para poder usar los instrumentos de un laboratorio es necesario primero tener los conocimientos del proyecto y luego tener los permisos necesarios, igualmente será en los laboratorios virtuales. La diferencia será que el alumno podrá acceder a cualquier hora desde el lugar que el elija, igualmente el profesor ofrecerá tutorías en línea a horas establecidas para contestar preguntas referentes a las practicas.

El profesor no necesariamente debe estar en la Universidad, al igual que el estudiante, puede acceder desde cualquier sitio.

2.3 ETAD: Manejo del sistema

Estudiante: Solicitar el ingreso al sistema.

Validar su ingreso Búsqueda del material de apoyo Almacenar su ingreso, su práctica y resultados. Sugerir rectificaciones El sistema debe Cuantificar la entrada. Profesor: Solicitar el ingreso al sistema Validar su ingreso. Asistir a las diferentes actividades. Externos: Permitir observar los sistemas Realizar demostraciones de uso. Realizar talleres prácticos a la Industria usando nuestros laboratorios virtuales. 2.4 ETAD: Ventajas 1. Disponer de un currículo de las materias que se va ha enseñar. 2. Menor mantenimiento a las instalaciones. 3. Uso más continuo de los equipos 4. Infraestructura actualizada 5. Menor desplazamiento de profesores y estudiantes. 6. Trabajos en casa a cualquier hora. 7. Evaluaciones en línea. 8. Diseñar nuevos libros, prácticas y publicaciones 2.5 Situación inicial del proyecto. Con la adquisición de 20 equipos ELVIS de National Instruments en Diciembre del 2006, comenzó la ETAD, estos son equipos que contiene instrumentos virtuales y que el usuario puede interactuar, si a este equipo le añadimos LabVIEW, un software de programación grafica, el usuario puede crear cualquier instrumento que requiera o que se invente. Los profesores que usan el laboratorio, deben presentar documentadamente las practicas, esto ha permitido conocer todos los pasos necesario que se deben dar para realizar las prácticas, el mismo trabajo se debe ahora hacer pero usando computadores.

3. Implementación La ETAD como mencionamos anteriormente, ya inició, lo que estamos haciendo actualmente es crear una infraestructura para que nuevas carreras especialmente del área técnica, se incluyan como estudios a distancia. 3.1 Fase 1. (Duración aproximada 2 años)


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Inicio Marzo 2007: La primera fase se realizará en forma conjunta con alumnos que deseen realizar tesis propuestas y trabajos de gestión, todas dirigidas a la creación de los laboratorios remotos.

Tesis y trabajo de gestión (fase 1): o Software de un Banco de pruebas. Selección de

trabajos. o Software para un administrador de materiales y

recepción de resultados. Manejo interno de Base de datos.

o Desarrollo de un laboratorio remoto. Aplicaciones y uso.

o Comando remoto de Instrumentos y mediciones. Desarrollo de prácticas virtuales.

o Monitoreo en línea. Diagnostico de fallas. Reporte de errores.

o Entrenadores didácticos basados en Instrumentación Virtual.

o Montaje e instalación de un laboratorio remoto desde EVA (Entorno Virtual de aprendizaje).

Capacitación del personal.- Paralelamente al desarrollo de las tesis el personal encargado del proyecto (Academia LabVIEW) deben capacitarse en las siguientes áreas:

1. Automatización y Control.

2. VISION. Adquisición, control y análisis usando cámaras.

3. Seguridad Industrial

4. Control de procesos remotos.

5. Ingeniería de procesos.

Esta fase finaliza con la creación y funcionamiento de los Laboratorios remotos manejados desde EVA.

3.2 Fase 2. (Duración aproximada 3 años) Es la parte de mayor inversión económica. Luego del desarrollo de los Laboratorio Remotos el siguiente paso es masificarlo. En forma conjunta se debe trabajar en:

1. Área física de los nuevos laboratorios. (Costos)

2. Adquisición de los equipos. (Costos)

3. Estudio económico. Análisis Técnico económico de las diferentes alternativas.

4. Trabajos por parte de la Universidad para poder tener Ingeniería Electrónica a Distancia.

Este proceso puede subdividirse en etapas. Al inicio, se debe disponer de los primeros laboratorios para los primeros 2 ciclos, posteriormente se incrementaran para estudiantes que vayan aprobando las materias y continúen la carrera. En un lapso de 3 años se tendrá la infraestructura para poder realizar las tesis de los alumnos que egresen en la modalidad a distancia.

Tesis y trabajo de gestión (fase 2): o Diseño de un experimento interactivo controlado vía

Web. o Laboratorio de acceso remoto. o Automatización de procesos. Selección de prácticas,

seguimiento y análisis de resultados. o Monitoreo y control vía Internet. o Arquitectura de automatización actual. Universidad -

Empresa. o Software de análisis y procesamiento de señales de

comunicación para laboratorios, desde EVA.

3.3 Fase 3. Crear nuevos laboratorios para las nuevas necesidades de la Universidad. Maestrías, doctorados, diplomados y todas las opciones de capacitación que requieran de la modificación o creación de los laboratorios virtuales.


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4. Rentabilidad del proyecto Mediante el desarrollo de laboratorios virtuales es posible trabajar a distancia en desarrollo y producción. (Tele trabajo) Hacer que los equipos colaboren y trabajen a tiempo completo y a distancia, operados por reles programados (Matrices de reles de estado solidó y electromecánicos), reduce considerablemente los costos.

Con una pequeña inversión adicional a los laboratorios para los alumnos presénciales, se usarán para los alumnos a distancia.

Ser pioneros en nuestro país (ETAD), es estar un paso adelante, es tener todo un mercado libre de competencia.

Crear alianzas con universidades extranjeras para el dictado de talleres prácticos utilizando nuestra infraestructura.

4.1 Situación actual vs implementación del ETAD Actualmente, disponemos de laboratorios que ocupan un espacio físico, el uso de este laboratorio esta restringido para ciertas horas y requieren de la presencia física de un profesor. Con la creación de los laboratorios virtuales, el laboratorio estaría abierto todo el tiempo y no requieren de un profesor que se encuentre físicamente en el laboratorio, su presencia puede estar programada para ciertas horas y el profesor puede acceder a esta tutoría desde cualquier sitio.

El sistema de evaluación de la práctica de laboratorio será automatizado.

4.2 Aumentar el uso de los equipos Si el laboratorio esta abierto siempre, el uso de los equipos será superior por lo que obtendremos el máximo de rendimiento. Permitirá realizar un mayor número de prácticas de laboratorio y la infraestructura instalada siempre estará siendo usada. Cuando se requiera el uso del laboratorio para otras nuevas aplicaciones, se podrá usar sus partes del laboratorio anterior, solo cambia la combinación de los recursos.

En resumen un mismo laboratorio virtual puede servir para varias aplicaciones, solo deben ser programadas por los encargados de los laboratorios.

4.3 Aumentar el número de estudiantes Si el laboratorio esta siempre abierto, se puede aumentar el uso de los equipos y por lo tanto aumentar el número de estudiantes que puedan realizar sus prácticas, todo con la misma infraestructura. No existen carreras de Ingeniería Electrónica (ni relacionadas) a distancia, muchas personas estudian otras carreras por no tener esta alternativa. La creación de los laboratorios virtuales permitirá participar de este nuevo mercado.

4.4 Costos Para la educación presencial, la UTPL debe seguir equipando sus laboratorios, todas las futuras adquisiciones debe estar enfocadas a cubrir el requerimiento inicial pero pensando ya en el futuro. Los laboratorios o equipos que se adquieran deben poder ser manejados por computadores, permitir conectarse a una red y deben tener un software abierto. De esta manera ya estaremos invirtiendo en el laboratorio Virtual. El costo dependerá de los resultados de los estudios de mercado, para poder saber el número de estudiantes, de esta manera y con la experiencia de los laboratorios remotos podremos dimensionar el Laboratorio virtual.

4.5 Oportunidades En nuestro país, actualmente, hay apenas pequeños esbozos, pero hay iniciativas importantes de otras Universidades extranjeras a las cuales se puede pedir algún tipo de colaboración. Por ejemplo: El tecnológico de Monterrey está trabajando en una iniciativa para conectar Ciudad Juárez, El Paso, Chihuahua, Monterrey y La Universidad de Texas y generar la infraestructura necesaria para realizar educación virtual, donde se realizarán trabajos reales pero utilizando la tecnología de realidad virtual. (Noviembre del 2006)


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Gru

po d

e R

obót

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Los nuevos profesionales, tendrán las ideas y la forma de crear nuevas áreas de trabajo al terminar sus estudios.

4.6 El futuro crecimiento No solo se puede tener nuevas aplicaciones dentro de la educación, al realizar este proyecto, se presentarán otras aplicaciones al proyecto. Tales como: Tareas que para el humano sean peligrosas (temperaturas altas, zonas peligrosas, etc.,) se puede automatizar con el mismo criterio de los laboratorios virtuales.

Ser referencia en el área de automatización y control remoto tanto a nivel Educativo como Industrial.

Estrategias de distribución y ventas de sistemas para la ETAD.

Bibliografía Proyecto piloto para producir cursos virtuales. IX Congreso Internacional sobre Tecnología y Educación a Distancia. Universidad Estatal a Distancia. Costa Rica. 1998. Cañas, A. Programa de capacitación sobre Quórum. UNED – Universidad de Florida. Costa Rica. 1997.

Jesús A. Calderón, Postgrado en Automatización e Instrumentación de la Facultad de Ingeniería de los Andes. 2006

M.s.C. Omar Lengerke Pérez. Laboratorio de Automatización Industrial. UNAB 2006

Docente – Investigador UTPL Tel: 072 570275 ext 2656 Cel: 096105874 E-Mail: [email protected] Responsable: Ing. Raúl Castro.


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DISEÑO DE UN MODULADOR Y DEMODULADOR QPSK USANDO SYSTEM GENERATOR DE XILINX

Diego Barragán G, Pablo Vallejo Electrónica y Telecomunicaciones



Resumen.

El presente paper contiene la simulación de un modulador QPSK y su correspondiente demodulador. Se usó la herramienta System Generator de Xilinx. Este programa puede ser descargado y ejecutado sobre las FPGA Spartan 3 y Virtex II Pro.

Abstract

This paper contains the simulation of a QPSK modulator and its corresponding demodulator. We used the Xilinx´s tool System Generator. This program can be downloaded and run on the FPGA boards Spartan 3 and Virtex II Pro.

Introducción. La modulación por desplazamiento de fase o PSK (Phase Shift Keying) es una forma de modulación angular consistente en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado. Dependiendo del número de posibles fases a tomar, recibe diferentes denominaciones. Dado que lo más común es codificar un número entero de bits por cada símbolo, el número de fases a tomar es una potencia de dos. Así tendremos BPSK con 2 fases (equivalente a PAM), QPSK con 4 fases (equivalente a QAM), 8-PSK con 8 fases y así sucesivamente. A mayor número de posibles fases, mayor es la cantidad de información que se puede transmitir utilizando el mismo ancho de banda, pero mayor es también su sensibilidad frente a ruidos e interferencias. Las modulaciones BPSK y QPSK son óptimas desde el punto de vista de

protección frente a errores. Conceptualmente hablando, la diferencia entre distintos símbolos (asociados a cada fase) es máxima para la potencia y ancho de banda utilizados. No pasa lo mismo con 8-PSK, 16-PSK o superiores, para las que existen otras modulaciones más eficientes.

System Generator Para la simulación de estas modulaciones se utilizó la herramienta System Generator de Xilinx. Esta herramienta se ejecuta sobre el software Simulink de MathWorks. Esta aplicación contiene un completo blockset de funciones útiles para programar simulaciones de comunicaciones digitales.

Otro aspecto a tomar en cuenta es que para realizar el procesamiento de cualquier señal en System Generator es imprescindible el uso de los llamados Gateways de entrada y/o salida, los cuales son una especie de traductores entre el lenguaje de Simulink y de SysGen.

Fig.1 Bloque de entrada a SysGen.

Diseño del programa Modulador Un modulador QPSK tiene la características particular de necesitar una interfaz serie-paralelo para la separación de los canales I y Q (fase y cuadratura). Para esto se usó un clock seteado su ancho de pulso igual al tiempo de bit de la señal a modular.

Luego de esto, este reloj es multiplicado por la señal binaria para obtener el canal I.


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Para el canal Q simplemente se invierte la amplitud del reloj y se la multiplica por la señal binaria.

La señal binaria de entrada es generada por el bloque Bernoulli Binary, que genera la siguiente secuencia:

Fig.2 Generador de bits aleatorios.

Luego de separar los canales I y Q, es necesario mantener el tiempo de bit. Se lo logra gracias a la ayuda de un registro (FF), que recupera el tiempo de bit. Este proceso se muestra en la siguiente figura:

Fig.3 Separador de bits pares e impares.

El resultado de este bloque se muestra en la siguiente figura:

Fig. 4 Bits pares e impares.

El siguiente paso es la conversión a un código de línea ideal para la transmisión: código polar sin retorno a

cero. Esto se logra de forma sencilla tal como lo muestra el siguiente esquema:

Fig.5 Conversión a código polar.

Luego de esto ya es posible multiplicar los canales por las portadoras como muestra la siguiente figura:

Fig.6 Modulación de canales I y Q.

El siguiente y último paso del modulador es simplemente sumar los dos canales en cuadratura para transmitir la señal. Con esto se tiene la siguiente señal:

Fig. 7 Señal binaria y QPSK.


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El diseño del modulador queda:

Fig.8 Modulador QPSK. Demodulador A la salida del modulador agregamos un bloque que genera ruido gaussiano. Para el demodulador se inicia con un par de filtros sintonizados a la misma frecuencia y fase de transmisión del modulador. Con esto se logra separar nuevamente la señal en los canales I y Q, con la particularidad de que el tiempo de bit se ve ensanchado por dos razones: el ruido añadido al sistema y la banda imperfecta del filtro. Sin embargo, esto no es problema ya que se puede usar un detector de flanco que reconstruya nuevamente los bits con su ancho original.

Para generar los coeficientes del filtro se usó la herramienta FDATool. Se usó un bloque de filtro FIR, configurado de la siguiente manera:

Fig. 9. FDATool.

Con esto, el diseño del demodulador queda:

Fig. 10 Demodulador QPSK.

Conclusiones La herramienta System Generator es una aplicación muy útil en el campo de las comunicaciones, ya que nos permite obtener simulaciones muy precisas, que luego pueden ser comprobadas al descargar los programas realizados sobre las tarjetas FPGA de Xilinx.

Referencias Sistemas de comunicaciones electrónicas, Tomasi, Wayne, pág 454-481

Principios de las comunicaciones, Briceño, José, pág. 371-402

wikipedia.org


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ANÁLISIS DE COMPONENTES PRINCIPALES DE VARIABLES EN IMÁGENES SATELITALES DE LA CIUDAD DE LOJA (AÑOS 1995 Y

2000) María del Cisne Torres Ojeda, Héctor Fernando Gómez A.

Sistemas de Información Geográfica Universidad Técnica Particular de Loja

Loja, Ecuador [email protected],[email protected]

Resumen

El presente proyecto de investigación se lo realizó con el objetivo de reducir la dimensionalidad de los datos de la porción de una imagen que pertenece a la ciudad de Loja, la cual fue tomada por el satélite LANDSAT, la característica de las imágenes tomadas por este satélite, es que tienen bandas espectrales de las cuales se tomaron todas excepto la banda seis, que es la banda térmica. Para poder cumplir con el objetivo mencionado anteriormente, es decir reducir la dimensionalidad de la matriz de píxeles, se aplicó un Análisis de Componentes Principales (ACP), donde los resultados se basaron en la matriz de correlación, dando de esta manera la misma importancia a todas las bandas y no solamente a las que tiene mayor varianza. Se obtuvieron óptimos resultados, ya que según el estudió previo que se hizo de los datos y de acuerdo tres criterios tomados en cuenta: a) porcentaje acumulado de la información en cada componente, b) componentes cuyos autovalores son mayores que el autovalor promedio, c) componentes cuyos coeficientes de correlación con las bandas son grandes en valor absoluto; se decidió tomar en cuenta los dos primeros componentes, los mismos que representaban la mayor parte de la información.

Palabras Clave: Teledetección, Imagen Satelital, Análisis de Componentes Principales (ACP)

Abstract

The present project of investigation was made it with the objective to reduce the dimensionality of the data of the portion of an image that belongs to the city of Loja, which was taken by the LANDSAT satellite, the characteristic of the images taken by this satellite, is that they have spectral bands from which all were taken except the band six, that is the thermal band. In order to be able to fulfill the mentioned objective previously, that is to say, of the matrix of pixels, an Analysis of Principal Components Analysis (PCA) was applied, where the results not only were based on the correlation matrix, giving this way the same importance to all the bands and to which it has greater variance. Optimal results were obtained, since according to it studied previous that became of the data and agreement three criteria taken into account: a) accumulated percentage of the information in each component, b) components whose eigenvalues are greater than the average c) components whose correlation coefficients are high in absolute value; it was decided to both take into account first components, such that represented the information most of.

Keys Words: Remote sensing, Satellite image, Principal Components Analysis (PCA).


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1. Introducción Un problema que se presenta a menudo en el tratamiento de imágenes satelitales, es la dimensionalidad de los datos con los que se está trabajando y la alta correlación de las variables. El Análisis de los Componentes Principales (PCA) puede usarse para transformar un conjunto de bandas de una imagen tal que las nuevas bandas (llamadas componentes principales) se encuentran no correlacionadas entre si5.

Los componentes son así una abstracción estadística de la variabilidad inherente en el juego de la banda original6.

Se hace necesario, pues, reducir el número de variables. Es importante resaltar el hecho de que el concepto de mayor información se relaciona con el de mayor variabilidad o varianza. Cuanto mayor sea la variabilidad de los datos (varianza) se considera que existe mayor información, lo cual está relacionado con el concepto de entropía7.

2. Análisis de Componentes

PRINCIPALE

2.1 CONCEPTO El objetivo del Análisis de Componentes Principales (ACP) es resumir un grupo amplio de variables en un nuevo conjunto (más pequeño) sin perder una parte significativa de la información original (Chuvieco, 1996). Cuando hablamos de Teledetección, el objetivo del ACP. es construir una o varias imágenes en las que se pueda diferenciar distintas coberturas. Es por ello que al realizar una composición color resulta interesante usar, en lugar de algunas bandas de la imagen, los componentes principales que se obtienen luego de aplicar esta técnica en la secuencia RGB respectivamente8.

2.2 Utilidad de ACP en Imágenes Satelitales

5 CHUVIECO, Emilio. Teledetección Ambiental, Editorial

Ariel, España ,2002. 6 PDF: TELEDETECCIÓN 7 VICENTE, Jose. Análisis de Componentes Principales

Martin del Brio, Sanz Molina. Redes Neuronales y

Sistemas Difusos, Alfa‐Omega, España, 2003.

8 www.recursos.gabrielortiz.com Nils J Nilson. Inteligencia Artificial, Una nueva

síntesis. McGraw‐Hill, Argentina, 2001, 457 p.

El ACP es útil en el análisis de imágenes tele detectadas en dos casos:

Cuando tenemos las componentes espectrales de una imagen y se pretende eliminar la información que no es de importancia o redundante que posiblemente encierren9.

Si se tienen varias imágenes multitemporales para observar la evolución en el tiempo de un cierto fenómeno.

2.3 CALCULO DE COMPONENTES PRINCIPALES

El estudio de la relación entre bandas, que es la base del ACP, puede realizarse de dos maneras10:

a. Con la matriz de varianza-covarianza b. Con la matriz de Correlaciones

a) Con la matriz de varianza-covarianza

∑

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

= .

...

..

..

..

...

...

21

22221

11211

pppp

p

p

x

σσσ

σσσσσσ

En donde los elementos de la diagonal son las varianzas de los N.D. en cada banda:

[ ]∑=

−=n

kiikii xEx

n 1

2)(1σ

con

∑=

=n

kiki x

nxE

1

1)(

y los elementos fuera de la diagonal son las covarianzas entre los N.D. de dos bandas:

[ ] [ ])()(11

jjk

n

kiikii xExxEx

n−−= ∑

=

σ

10 PDF: TELEDETECCIÓN


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Como la covarianza entre la banda i y la j es la misma

que entre la banda j y la i (σij = σji) la matriz ∑ x es

simétrica. Cuando hay relación lineal entre los N.D. de dos bandas las covarianzas son grandes en comparación con las varianzas, por eso es que esta matriz sirve para estudiar la relación entre pares de bandas11.

b) Con la matriz de Correlaciones

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

= .

...

..

..

..

...

...

21

22221

11211

pppp

p

p

x

ρρρ

ρρρρρρ

ρ

En la que los elementos son los coeficientes de correlación lineal de Pearson12:

jjii

ijij σσ

σρ =

Los elementos de la diagonal son unos porque son las correlaciones de cada banda consigo misma. Como la correlación entre la banda i y la j es la misma que entre la banda j y la i (ρij = ρji) la matriz ρx es simétrica. Cuando hay relación lineal entre pares de bandas las correlaciones son cercanas a 1 ó a –113.

Cuando no hay relación entre bandas ambas matrices son diagonales (los elementos fuera de la diagonal son ceros). En este caso cada banda aporta información diferente y por lo tanto el ACP sería innecesario.

El objetivo del ACP es generar un nuevo sistema de coordenadas en el espacio multiespectral en el cual los datos pueden ser representados sin correlación, de tal

11 www.recursos.gabrielortiz.com Rafael, Gonzalez. Tratamiento digital de imágenes. Addison‐Weslwey / Diaz de Santos, 11, 17, 161,pag. 12 www.recusos.gabrielortiz.com 13 Rafael, Gonzalez. Tratamiento digital de imágenes. Addison-Weslwey / Diaz de Santos, 11, 17, 161,pag

manera que la matriz de varianza-covarianza sea diagonal en el nuevo sistema de coordenadas14.

3. Metodología 3.1 Análisis e Interpretación de Datos Estadísticos Para empezar a aplicar la técnica de ACP, primero se adquirió una imagen satelital cuyos datos corresponden a una porción, extraída de una escena completa de la ciudad de Loja, cuyas características son las siguientes: Bandas utilizadas B1, B2, B3, B4, B5, B7 a excepción de la banda 6 que corresponde a la banda térmica; la fecha de adquisición es aproximadamente el año 1999 que es una fecha que se encuentra entre 1995 y 2005 que es como inicialmente se planteo en el anteproyecto, el tamaño del píxel es de 30 metros, luego se hizo la respectivo análisis estadístico sobre las matrices que se obtuvo de las bandas de la imagen, ya que se ha definido de que es necesario y justificable aplicar esta técnica, se procede a obtener los componentes principales, y luego a su respectiva reconstrucción, tomando en cuenta el número de componentes a retener. Tomando en cuenta que nuestro estudio se centra en imagen satelital de la ciudad de Loja en sus seis bandas espectrales, entonces estamos hablando de seis matrices de 300 x 300, lo cual nos da una total de 90000 píxeles.

A continuación se muestra una banda de la imagen con la cual trabajó, ésta en su primer estado.

14 HÈCTOR, Gòmez. Clasificación de Imágenes Multiespectrales LANDSAT TM por medio de Redes Neuronales no Supervisadas.


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Fig. 1 Banda 1

Los datos estadísticos que se obtuvieron de las seis bandas las encontramos en la Tabla 1.

Bandas

Mín

Máx Media

Desv.

Est

Varianza

Banda1

19

254 70.74

64.04

4101.54

Banda2

13

254 77.88

56.95

3242.84

Banda3

6 254 60.66

42.80

1831.87

Banda4

20

254 70.86

64.16

4116.19

Banda5

14

254 77.95

57.05

3254.39

Banda7

6 254 60.66

42.87

1837.73

Tabla 1: Descripción estadística de las bandas

Tabla 2: Matriz de Correlación

Los datos mostrados anteriormente nos sirven para poder determinar que bandas tienen mayor y menor variabilidad, dándonos cuenta que las bandas 1,4,5 representan la mayor variabilidad y las bandas 2,3,7 representan la menor variabilidad, con esto se concluye que la mayor variabilidad se la encuentra en las bandas 1,4,5.

Para poder completar el análisis de los datos se hace una revisión de la matriz de correlación entre las bandas que se ha tomado en cuenta Tabla 2 donde la mayor correlación se la encuentra entre las bandas 1 y 4; 2 y 5;

3 y 7, mientras que la menores correlaciones se da en entre las bandas 3 y 5, así como también entre las bandas 2 y 7, por tanto estas bandas de menor correlación las descartamos para nuestro estudio ya que nos indica que existe una dispersión muy elevada.

Para poder determinar el sentido y el grado de correlación en una forma más concreta y de esta manera confirmar lo ya concluido anteriormente se hace una análisis gráfico a través de los diagramas de dispersión entre las bandas utilizadas, donde, si los puntos se acercan a una recta mayor será el grado de correlación, esto con los datos que se analizaron a través de la matriz de correlación se determino cuales serían las bandas que se tomarían en cuenta debido a su alta correlación.

Fig. 2 Dispersión Banda1 y 4

Fig. 3 Dispersión Banda 2 y 5

Banda1

Banda2

Banda3

Banda4

Banda5

Banda7

Banda1 1

Banda2 0.87 1

Banda3 0.85 0.73 1

Banda4 0.98 0.85 0.82 1

Banda5 0.86 0.98 0.71 0.87 1

Banda7 0.84 0.72 0.96 0.85 0.73 1


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Fig. 4 Dispersión Banda 3 y 7

Histogramas

Uno de los factores de gran importancia para poder determinar si es aplicable la técnica de Análisis de Componentes Principales sobre las seis bandas satelitales con las cuales se está trabajando, es necesario obtener los histogramas de cada una de estas a objeto de poder corregir y/o mejorar la visualización y contrastibilidad de la imagen. En las Figuras 5,6,7 se muestra los histogramas de las bandas donde se observa mayor varianza mayor varianza, esto tomando en cuenta que en los mismos, la amplitud está relacionada con el contraste y la presencia de picos relativos es un indicador de distintas coberturas.

Fig. 5 Histograma Banda 1

Fig. 6 Histograma Banda 4

Fig. 7 Histograma Ban

01.538

87.241 242.842

318.167 779.496 831.866

015.168 21.049 252.806 16.186

41.149 69.595 726.139 201.411 254.392

310.752 764.937 768.678 329.831 790.393 837.733

Tabla 3: Matriz de Varianza-Covarianza

50 100 150 200 250

0

500

1000

1500

2000

0 50 100 150 200 250

0

500

1000

1500

2000

0 50 100 150 200 250

0

200

400

600

800

1000

1200

1400


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Autovalores y Autovectores

alor roporción roporción cum.

anda1 16297.782 0.89 0.89

anda2 1266.015 0.07 0.96

anda3 584.565 0.03 0.99

anda4 176.873 0.01 1.00

anda5 36.723 2.0E-03 1.00

anda7 22.598 1.2E-03 1.00

Tabla 5: Autovalores y porcentaje de la variación total

COMPONENTES PRINCIPALES En la siguiente tabla se detalla los seis componentes principales tomando en cuenta que de acuerdo al número de bandas es el número de componentes.

Bandas C1 C2 C3 C4 C5 C7 Banda1 0.49 - 0.15 0.45 0.50 -0.28 -

0.45

Banda2 0.42 0.50 -0.30 0.41 -0.17 0.54

Banda3 0.29 - 0.48 -0.45 0.28 0.63 -0.05

Banda3 0.49 - 0.13 0.52 -0.43 0.28 0.45

Banda4 0.42 0.51 -0.24 -0.43 0.17 -0.54

Banda7 0.30 -0.47 -0.41 -0.36 -0.63 0.05

Tabla 6: Componentes Principales de las seis bandas

Una vez generados los componentes principales, se toman en cuenta tres criterios para determinar cuantos componentes se debe utilizar al momento de hacer la reconstrucción de las imágenes.

(a) Se grafican los porcentajes de la variación total explicada por cada componente, o equivalentemente los autovalores, dirigiéndonos a la Figura 8 se consideran los componentes anteriores al punto de

inflexión de la curva, se retendrían los dos primeros componentes15.

(b) Elegir los componentes cuyos autovalores son mayores que el autovalor promedio que en nuestro estudio es 3064, por lo tanto se tome las dos primeras componentes.

Para el presente estudio los autovectores se pueden ver en la Tabla 5. Los autovectores (e1 y e2) reportados muestran los coeficientes con que cada variable original fue ponderada para conformar las CP1 y CP2. En este caso, se puede visualizar que, al construir la CP1, la banda 1 y 4 tienen los pesos positivos más altos y la banda 2 y 5 de la misma manera para construir la CP2, la banda 3 y 7 son los valores negativos más altos. Con la información que nos proporcionan los autovectores se puede interpretar que la CP1 opondrá que las bandas 1 y 4 contengan la mayor información. La ortogonalidad de las componentes principales garantiza que la CP2 provee nueva información sobre variabilidad respecto a la provista por la CP1, es decir explica variabilidad en las bandas no explicada por la CP116.

Fig. 8 Porcentajes de la variación total explicada por cada componente.

(c) Elegir las componentes cuyos coeficientes de correlación con las bandas son grandes en valor absoluto, para lo cual nos dirigimos a la tabla. y vemos que la mayor correlación se encuentra en las dos primeras componentes principales, por lo tanto 15 www.recursos.gabrielortiz.com 16 www.recursos.gabrielortiz.com Rafael, Gonzalez. Tratamiento digital de imágenes.

Addison‐Weslwey / Diaz de Santos, 11, 17, 161,pag .


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tomaremos estas para hacer la respectiva reconstrucción de las bandas originales.

Margen de Error El margen de error que nos dio la utilizar las dos primeras componentes, se lo calculó sumando los autovalores que no se eligió es decir los últimos cuatro autovalores, lo cual dio un margen de error de 820.75. Imagen Reconstruida Tomando en cuenta solo los dos primeros componentes se procedió a reconstruir las imágenes originales la cual se la puede observar en la siguiente figura.

Fig. 9 Imagen reconstruida1

Diferencia entre Imagen Original e Imagen Reconstruida Usando la herramienta de Matlab se consiguió la diferencia entre las imágenes reconstruidas y las imágenes originales, es decir aquella información que no se encuentra en el espectro. Herramienta Desarrollada

Como complemento al presente se desarrolló una aplicación en Visual Basic 6.0 y Excel, la cual calcula los componentes principales de un grupo de píxeles ingresados y de acuerdo a la matriz obtenida se representa los tres primeros componentes principales en un gráfico de líneas. Así como obtuvimos los resultados en Matlab y en Weka, también lo hicimos en PCA la cual es la herramienta que se desarrolló, obteniendo aproximadamente los mismos resultados,

con una pequeña diferencia con los resultados obtenidos en PCA, ya que al leer los 90000 píxeles con los que se trabajó no se cargaron completamente debido a que en Excel solo se pueden ingresar hasta 65536 filas por lo tanto no se tomaron en cuenta 24464 filas. En la Tabla 7 podemos observar la diferencia de proporción acumulada en cada componente, en las tres herramientas utilizadas (Matlab, Weka, PCA)17.

Fig. 10 Diferencia entre imagen original 1e imagen reconstruida 1

Matlab Weka CA

roporción cumulada (Primer omponente)

0.89 88

94

roporción cumulada egundo omponente)

0.96 0.95 97

Tabla 7: Comparación de resultados con las herramientas utilizadas

17 CARAGUAY, Stalin. Procesamiento de imágenes

satelitales. Análisis de Componentes Principales


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Conclusiones El ACP es una técnica que permite hacer un análisis descriptivo para generar nuevas variables no correlacionadas que expresan la información contenida en el conjunto de datos sin perder mayor información. El ACP es ampliamente utilizada en teledetección multiespectral y transforma los datos o bandas originales en un conjunto de nuevas bandas que son más fáciles de interpretar, reduciendo la dimensionalidad espectral de las bandas originales en una pocas bandas transformadas.

Como paso previo e indispensable para aplicar el ACP, es determinar si existe una correlación predominante entre bandas, caso contrario no tendría sentido utilizar esta técnica.

Debe tenerse en cuenta que el ACP produce tantos componentes principales como bandas tiene la imagen. En teledetección, generalmente, las bandas están altamente correlacionadas, por lo tanto con pocos componentes se retiene casi la totalidad de la variabilidad.

La proporción de información acumulada que se calculó en tres herramientas diferentes (Matlab, Weka, PCA), no varió en gran proporción ya que se encuentra entre una rango del 96% y 97% que en Teledetección es una diferencia no significativa.

Recomendaciones Para una mejor comprensión de la técnica de ACP, es necesario revisar la literatura sobre esta metodología, así como también conceptos básicos del Análisis Multivariado.

Previo a la obtención de las Componentes Principales y por lo tanto a la obtención de nuevas bandas no correlacionadas, se debe realizar todo el estudio estadístico, que permita determinar si es la técnica es aplicable o no, de tal forma que no se pierda información relevante en caso de que se aplique la transformación de las imágenes directamente.

En la interpretación de los resultados obtenidos, debe tenerse en cuenta que, para realizar transformaciones lineales, los valores no corresponden a N.D. y por tanto no deben asociarse a la respuesta espectral del terreno.

Bibliografía

LIBROS

1. CHUVIECO, Emilio. Teledetección Ambiental, Editorial Ariel, España ,2002, 584 páginas.

2. GONZALEZ, Rafael, WOODS Richard, EDDINS Steven. Digital Image Processing Using Matlab, Editorial Prentice Hall, 624 páginas.

3. DEL BRIO, Martin, SANZ Molina. Redes Neuronales y Sistemas Difusos, Alfa-Omega, España, 2003.

4. FREEMAN, James/ SKAPURA, David. Redes Neuronales, Algoritmos, aplicaciones y técnicas de programación. Addison – Wesley/Diaz de Santos. España.

5. GONZÁLEZ, Rafael. Tratamiento digital de imágenes. Addison-Weslwey / Diaz de Santos, 11, 17, 161,pag .

6. NILS J, Nilson. Inteligencia Artificial, Una nueva síntesis. McGraw-Hill, Argentina, 2001, 457 p.

PDF

1. GÓMEZ, Héctor. Clasificación de Imágenes Multiespectrales LANDSAT TM por medio de Redes Neuronales no Supervisadas.

2. F. C Speranza.y H. R. Zerda. Clasificación digital de coberturas vegetales a partir de datos satelitales multiespectrales, PDF.

3. CUEVAS, Erik. ZALDIVAR Daniel. Visión por Computador utilizando Matlab y el Toolbox de Procesamiento Digital de Imágenes.

4. VICENTE, Jose. Análisis de Componentes Principales

5. SRGIS. Guía Básica sobre imágenes Satelitales y sus Productos.

6. CARAGUAY, Stalin. Procesamiento de imágenes satelitales. Análisis de Componentes Principales

WEB

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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

Informe del III Concurso de Proyectos Avanzando 2007

Organizadores y Participantes del Concurso Avanzando 2007

El día 19 de Octubre del presente año se llevó a cabo la tercera edición del concurso de proyectos Avanzando 2007 en las instalaciones de nuestra universidad organizado por La Rama estudiantil IEEE, con la finalidad de impulsar el espíritu de investigación y desarrollo en las carreras de Electrónica y Telecomunicaciones y Ciencias de la Computación.

El Concurso de Proyectos tenía los siguientes objetivos:

♦ Fomentar la creatividad y competitividad en materia de investigación científica encontrando nuevas aplicaciones tecnológicas que brinden soluciones innovadoras a las necesidades de nuestra realidad social.

♦ Incentivar el trabajo sinérgico de las diferentes especialidades de la IEEE, promoviendo la interrelación de las mismas.

♦ Dar a conocer proyectos y trabajos de interés para las empresas de los distintos sectores, estimulando a los participantes a una visión empresarial

Según el presidente da la Rama Estudiantil IEEE UTPL – 2007, Sr. Maximiliano Mendoza, el reto planteado para este año, fue el "DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE INSTRUMENTOS MUSICALES BASADOS EN ELECTRÓNICA",

En el cual participaron muchos profesionales en formación de nuestra universidad, resultando finalistas cuatro grupos con los proyectos. La finalidad del Concurso de Proyectos, en todos los años, es afianzar e impulsar la investigación y desarrollo científico y tecnológico en las carreras de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones y Ciencias de la Computación, ofreciendo una

oportunidad de promocionar y difundir los logros alcanzados, con el beneficio de adquirir nuevas experiencias e intercambiar conocimientos.

Los cuatro proyectos finalistas fueron mostrados en la mañana en el hall de la cafetería de nuestra universidad a toda la comunidad universitaria, y en horas de la tarde fueron evaluados por el jurado calificador, conformado por profesionales en el área de electrónica y música.

Jurado calificador y público presente

Integrantes de los cuatro grupos seleccionados

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Integrantes: Stalin Jiménez Tema: Piano Basado en Sistemas Embebidos

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Integrantes: Bruno Valarezo y Tyron Ramírez Tema: Guitarra Laser

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Integrantes: Diego Barragán y Pablo Vallejo Tema: Piano MIDI


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Este concurso tuvo como ganador al Sr. Stalin Jiménez con su proyecto Piano basado en sistemas embebidos, el segundo lugar fue para los hermanos Servio y César Iñiguez con su proyecto Eteremin. Los premios que se adjudicaron los ganadores fueron donados por los auspiciantes y por nuestra universidad.


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CURSO DE MATLAB REALIZADO EN LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Durante la semana del 3 al 7 de septiembre de 2007 se llevó a cabo en la Universidad Técnica de Ambato (UTA) el curso de Programación de Matlab, su interfaz gráfica y Simulink. Este curso tuvo la duración de 40 horas, contando con una gran acogida tanto de docentes como de estudiantes de la UTA, así como de la EPN y ESPOCH. El taller fue dictado por Diego Barragán Guerrero, representante de la Rama Estudiantil IEEE de la Universidad Técnica Particular de Loja. Este curso lo organizó la rama IEEE de la UTA, gracias a la gestión de Darwin Pérez, vicepresidente de la Rama.

Los temas que se trataron en el curso fueron:

• Introducción a Matlab. • Introducción al manejo de interfaz gráfica. • Introducción a Simulink. • Aplicaciones para señales, control y

comunicaciones. • Ejecutables en Matlab.

Se logró utilizar cada uno de los elementos de la interfaz gráfica, así como realizar un gran conjunto de ejercicios relacionados con las comunicaciones y analizar diseños en Simulink.

Al final del curso, se presentaron proyectos relacionados con los temas tratados en el taller. Cabe recalcar que cada proyecto fue requisito para obtener el certificado de asistencia al curso. Mi agradecimiento a todos y cada uno de los asistentes al curso, en especial a Jorge Sánchez, Paúl Urbina, Víctor Claudio, Darwin Pérez por la grata acogida y amabilidad durante toda mi estadía en Ambato.

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Taller De Líderes IEEE-UTA

El día sábado 22 de septiembre del 2007, realizamos el Taller de Lideres IEEE-UTA en la ciudad de Ambato, con la participación de los presidentes y delegados de todas las ramas a nivel de país.

Video foro "Las mujeres también podemos" y "¿Cómo ha cambiado mi vida el IEEE?"

El Grupo de Afinidad WIE-UTPL y la Rama Estudiantil IEEE-UTPL, con el apoyo del Grupo de Afinidad Women in Engineering, organizaron el Videoforo “LAS MUJERES TAMBIÉN PODEMOS” Y “¿CÓMO HA CAMBIADO MI VIDA EL IEEE?”, el mismo que se realizó el día viernes 5 de Octubre del 2007, en el Centro de Convenciones de la UTPL, de 09:00 a 11:00 A.M. Las personas que colaboraron con el video son: - Ing. Susana Arias - Ing. Germania Rodríguez - Ing. Johanna Banda - Ing. Carlos Carrión. - Srta. Fernanda Tapia - Sr. Luis Moreno - Sr. Carlos Chalaco - Sr. Maximiliano Mendoza Los videos pueden ser descargados en nuestra página www.utpl.edu.ec/ieee, en el link de WIE.


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Participantes del Video foro

Rama IEEE-UTPL presente en Reunión Regional de Ramas RRR de Región 9, realizado en Santiago de Chile del 23 al 28 de Octubre 2007

Del 23 al 28 de Octubre de este año, se llevó a cabo en Santiago de Chile, la Reunión Regional de Ramas IEEE de la Región 9, en la que se dieron cita delegaciones de estudiantes y profesionales de todas las ramas de Latinoamérica.

Toda la programación se llevó a cabo en los auditorios de las Universidades Santiago de Chile y Técnica Federico Santa María, y en las instalaciones del Hotel Director que acogió a todas las delegaciones asistentes.

Entre las actividades más importantes que podemos destacar estuvieron: La Feria de Ramas, Feria de casos de Éxito, Feria de Naciones, Noche Turística, Talleres de Integración, y las conferencias para conocer más del IEEE.

Compartimos esta inolvidable experiencia, y esperamos que los frutos se vean reflejados en el trabajo de todas las ramas estudiantiles.

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Una utepelina en la Universidad de Nuevo México

Verónica Ordoñez Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones

[email protected]

¡Hola a todos! Como algunos de ustedes saben, desde el mes agosto estoy asistiendo a la Universidad de Nuevo México (UNM) como estudiante de intercambio en el departamento de Ingeniera Eléctrica. Estoy tomando cinco materias en el semestre de otoño: Neural Netwoks, Hardware design with VHDL, Introduction to Control Systems, las cuales pertenecen al departamento, y English Composition, Groupe voice I, que son materias genéricas.

Verónica en el campus de la Universidad de Nuevo México

Existen muchas razones para hacer este intercambio, y por lo que he vivido en estos tres meses en UNM quisiera nombrarles algunas:

Mejorar el nivel de inglés: Puedo decir que la inmersión realmente ayuda. Estoy viviendo en campus en la calle de las fraternidades con varios estudiantes internacionales. En un principio me preocupaba vivir en esta casa en donde de 7 personas 5 hablaban español como lengua nativa. Mi preocupación era que mi inglés no mejorara, pero luego de dos semanas me di cuenta de que no debía preocuparme, las clases comenzaron y ya no había tiempo para conversar. Ciertamente ahora me doy cuenta que es bueno que haya alguien con quien hablar en español.

El poder desenvolverse en un ambiente académico e interactuar con compañeros y profesores, adquirir nuevos conocimientos tomando clases que no se dictan en nuestra Universidad y ni siquiera en nuestro país. Tener acceso a toda la infraestructura que ofrece UNM en el área académica y recreacional.

En lo personal la experiencia más enriquecedora ha sido la de conocer nueva gente. Luego de algún tiempo mucho de lo que creía acerca de este país y su gente ha cambiado. Las personas son muy amables y serviciales y según lo que nos contaron en una reunión en la oficina internacional, Nuevo México es un estado perfecto para


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estudiar y sentirse cómodo al mismo tiempo, ya que las personas están muy acostumbradas a los extranjeros y a los acentos, sin contar con que aquí mucha gente si no habla español por o menos lo entiende.

Conocer estudiantes de otros países y culturas ha hecho esta experiencia aun más interesante, sin duda estando aquí se siente de cerca la multiculturalidad. En un principio resulta un poco difícil entender algunos acentos, pero con el tiempo el oído se acostumbra. Me ha gustado mucho poder conocer por medio de mis compañeros de China, India, Korea y muchos países de Latinoamérica algunas de sus costumbres y su forma de ver el mundo.

El semestre de otoño termina en dos semanas y gracias al apoyo de nuestra universidad podré asistir al semestre de primavera. Espero estar pronto nuevamente en la universidad y no me despido sin antes motivarlos a seguir preparándose, a ponerle mucho más cuidado al estudio del inglés. Anímense a vivir esta experiencia, a mí no me queda duda alguna de que vale la pena, pero definitivamente sería mejor si ven todo lo que les he contado a través de sus propios ojos.

Campus de la Universidad de Nuevo México


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Biografía Thomas-Alva-Edison

“Una-experiencia-nunca-es-un-fracaso,-pues-viene-a-demostrar-algo”.

Nació el 11 de febrero de 1847 en Milan (Ohio). Tan sólo asistió a la escuela durante tres meses en Port Huron (Michigan). Su madre se encargó de darle la formación elemental. A la edad de 12 años comenzó a vender periódicos en una estación de ferrocarril, mientras se dedicaba en su tiempo libre a la experimentación con imprentas y con distintos aparatos mecánicos. En 1862 publicó un semanario, el Grand Trunk Herald, impreso en un vagón de mercancías que además le servía como laboratorio. Tras una valerosa hazaña en la que salvó la vida del hijo de un jefe de estación, le recompensaron con la realización de un curso de telegrafía. Durante su trabajo como operador de telégrafos, creó su primer invento destacado, un repetidor telegráfico, gracias al cual se podía transmitir mensajes automáticamente a una segunda línea sin que estuviera presente el operador. Tras algún tiempo como operador de telégrafos, Edison logró un empleo en Boston (Massachusetts) y dedicó todo su tiempo libre a la investigación. Inventó una grabadora que, aun teniendo muchas cualidades, no era demasiado práctica para justificar su utilización. Durante su trabajo en la compañía de telégrafos Gold and Stock de Nueva York, logró mejorar los aparatos y los servicios de la empresa. Ganó 40.000 dólares vendiendo accesorios telegráficos, por lo que pudo montar en 1876 su propio laboratorio. Después logró un sistema telegráfico automático que mejoraba la calidad y rapidez de transmisión. Su gran invento dentro de la telegrafía fue la creación de unas máquinas que permitían la transmisión simultánea de diversos mensajes por una línea, que provocó el aumento de la utilidad de las líneas telegráficas existentes. El invento de Edison del transmisor telefónico de carbono fue muy importante para el desarrollo del teléfono, que había sido inventado recientemente por el físico estadounidense Alexander Graham Bell. En 1877 anunció que había inventado un fonógrafo a través del cual se podía grabar el sonido en un cilindro de papel de estaño. En 1879 exhibió públicamente su bombilla o foco eléctrico incandescente, su invento más importante. Tuvo un gran éxito, por lo que pronto comenzó al perfeccionamiento de las bombillas y de las dinamos para generar la corriente eléctrica necesaria. En 1882 desarrolló e instaló la primera gran central eléctrica del mundo en Nueva York. Sin embargo, más tarde, su uso de la corriente continua se vio desplazado ante el sistema de corriente alterna desarrollado por los inventores estadounidenses Nikola Tesla y George Westinghouse. Cinco años después trasladó su fábrica de Menlo Park a West Orange (Nueva Jersey) donde creó un gran laboratorio de experimentación e investigación. (Su casa y su laboratorio fueron convertidos en museo en 1955). En 1888 inventó el kinetoscopio, la primera máquina que producía películas mediante una rápida sucesión de imágenes individuales. Otros inventos posteriores que hay que destacar son: el acumulador de Edison (un acumulador alcalino de hierro-níquel), resultado de miles de experimentos, el microtasímetro (se utiliza para la detección de cambios de temperatura) y un método de telegrafía sin hilos para comunicarse con los trenes en movimiento. Al inicio de la I Guerra Mundial, proyectó, construyó y dirigió factorías para la fabricación de benceno, fenol y derivados de la anilina. En 1915 le nombraron presidente del Consejo Asesor de la Marina de Estados Unidos, cargo que le permitió realizar descubrimientos valiosos. En total, creó más de mil inventos. En 1878 le nombraron caballero de la Legión de Honor Francesa y en 1889 comendador de la misma. En 1892 fue galardonado con la Medalla Albert de la Sociedad Real de las Artes de Gran Bretaña y en 1928 consiguió la Medalla de Oro del Congreso de Estados Unidos "por el desarrollo y la aplicación de inventos-que-han-revolucionado-la-civilización-en-el-último-siglo". Falleció en West Orange el 18 de octubre de 1931


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Buen Humor

Revista En Corto Circuito14 Diciembre2007

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Transcript of Revista En Corto Circuito14 Diciembre2007