Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Characterization of the whole-body electrical impedance in subjects with renal chronic diseases

El trabajo aborda el estudio y caracterización de la medición de impedancia eléctrica corporal con ayuda de un canal de medición de un KIT de desarrollo (AD5933) y un arreglo de electrodos colocados en las extremidades superiores e inferiores en sujetos voluntarios, sanos y con problemas renales crónicos. Se analizan las características de las mediciones realizadas a un phantom desarrollado a nivel de laboratorio, donde se demuestra la correspondencia entre la variabilidad de la impedancia con respecto a la pérdida del volumen de líquido almacenado en el mismo, similar a lo que ocurre durante el proceso de hemodiálisis. Se realizan mediciones a una muestra de 17 sujetos voluntarios (hombres y mujeres comprendidas entre 20 y 85 años), analizándose la variabilidad de la impedancia eléctrica corporal en el intervalo desde 5 kHz hasta 55 kHz. Se observó la relación entre el promedio de la variabilidad diferencial de la impedancia corporal medida y su posible relación con la variable Peso Seco obtenida antes y posterior al proceso de hemodiálisis en los sujetos estudiados.

This work shows the study and characterization of whole-body electric impedance measurement with a channel of development KIT (AD5933) and an arrangement of electrodes placed in the superior and inferior extremities in voluntary healthy peoples and with renal critical problems. The characteristics of measurement are analyzed with the study of a phantom developed at laboratory level, where is demonstrated the correspondence among the variability of the impedance with regard to the loss of the volume of the liquid stored, similar as dialysis process. We are carried out measurements in 17 voluntary people (men and women between 20 and 85 years), being analyzed the variability of the whole-body electric impedance in the interval from 5 up to 55 kHz. We observed the relationship among the differential average of whole-body electrical impedance measurement variability and their relation with the Dry Weight variable obtained before and later to hemodialysis process in different studied peoples.

Compensation and calibration of pressure tranmitters piezoresistive high performance simultaneously

Se presenta un sistema para la optimización del tiempo de calibración y compensación de sensores de presión piezorresistivos para aplicaciones de automatización y control, compensando diversas fuentes de error como temperatura y no linealidad. El sistema permite la automatización del proceso de calibración y compensación térmica de los transmisores usando como base el chip MAX1464 de MAXIM, por medio de un sistema de medición y programación múltiple creado a partir de la interfaz desarrollada por el fabricante del chip y modificada para adecuarla a las necesidades específicas. Esto permite la adquisición de señales en una única computadora para hasta 16 transmisores simultáneos. El tiempo fue reducido en aproximadamente 6 horas por cada transmisor adicional. En el caso de 16 transmisores el sistema sin multiplexado requeriría 114 horas mientras que el sistema con multiplexado requiere 24 horas para efectuar el proceso completo, representando una disminución de 78,9 % en el tiempo total del proceso. Los transmisores usando este sistema presentan un TEB (Total Error Band) menor que 0,1 % FS, mostrando que el sistema permite que los transmisores producidos cumplan con características de desempeño iguales a las alcanzadas por el sistema de compensación simple. Este proceso obedece rigurosamente a normas internacionales para transmisores para uso en sistemas de control de procesos industriales, específicamente, la norma IEC 60770.

A system is presented for time optimization of calibration and compensation process of piezoresistive pressure sensors for automation and control applications, with compensation of several error sources, specially, temperature dependencies and nonlinearity. This system enables the automation of the process based on the MAX1464 of MAXIM through a multiple measuring and programming system made from the interface developed by the manufacturer of the chip and modified according with specific needs. It enables the acquisition of signals on a single computer for up to 16 simultaneous transmitters, improving the total process time. The total process time has been reduced by about six hours for reach additional transmitter. In the case of 16 transmitters, the system without multiplexing would take 114 hours, while with multiplexing takes only 24 hours, representing a decrease of 78.9 % in the total processing time. The transmitters using the multiplexing system have TEB less than 0.1 % FS. It means that the designed system allows pressure transmitters to have performance characteristics equal to those achieved by the original system. The process of calibration and compensation strictly follows international standards for use in industrial process control systems, e.g. IEC 60770 standard.

Construction and characterization of Glass/ITO/PANI electrodes for pH measurements

Actualmente un gran número de investigaciones están orientadas hacia el empleo de materiales orgánicos en el desarrollo de sensores debido a la sensibilidad que estos materiales presentan ante diversos agentes químicos. La Polyanilina (PANI) es uno de los materiales orgánicos que pueden ser utilizados como elemento sensible. En este trabajo se construyó un electrodo de Vidrio/ITO/PANI con dimensiones de 2.5 cm x 1.5 cm x 0.25 cm mediante la técnica layer by layer (LbL). Se utilizó un canal de medición conformado por el electrodo de trabajo Vidrio/ITO/PANI, un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) y un amplificador de instrumentación INA116. Se utilizó el principio potenciométrico para caracterizar el electrodo construido ante diferentes valores de pH. La respuesta potenciométrica mostró una sensibilidad de -55,12 mV/pH muy cercana a la de un electrodo típico de pH.

The electronic properties of organic materials can be changed by the influence of different chemical agents. These changes give the possibility to use these materials in different applications like sensors. One of the organic materials studied as detection layer for this kind of sensors is polyaniline (PANI). In this work a Glass/ITO/PANI electrode of 2.5 cm x 1.5 cm x 0.25 cm was constructed using layer by layer (LbL) technique. The potentiometric response was obtained through an instrumentation amplifier (INA116), using a reference electrode (Ag/AgCl) and a work electrode of Glass/ITO/PANI. Buffer solutions with different pH values were evaluated. As results of electrodes characterization, the sensibility of the potentiometric response was -55,12 mV/pH.

Implementation of VoIP Communication Protocols over Altera's FPGAs

Se propone una solución de diseño e implementación de los protocolos RTP/RTCP sobre dispositivos lógicos programables, necesarios para la puesta en marcha de la tecnología Voz sobre IP. El diseño se basa en lenguaje C++ y se recurre a las herramientas: NiosII IDE, Quartus, SOPC Builder, entre otras, del fabricante Altera. Se utiliza el procesador Nios II embebido en un FPGA, con el sistema operativo en tiempo real MicroC/OS-II. La puesta a punto de la propuesta se implementa en la tarjeta «Nios II Development Kit», comprobando los resultados tanto con la consola del Nios II IDE, como con los periféricos del Kit. Finalmente, se prueba la comunicación de dos PC convencionales, en las que se ejecuta la aplicación sobre Windows XP.

An RTP/RTCP protocol design and implementation solution over programmable logic devices is proposed; those protocols are needed for Voice over IP technology start up. The design is based on C++ language and it employs the Altera tools such as: Nios II IDE, Quartus and SOPC Builder. Nios II embedded processor is used in an FPGA, with the real time operative system MicroC/OS-II. The proposal tuning-up is implemented over the «Nios II Development Kit», which results are checked with the Nios II IDE console and with the Kit peripherals. Finally, the communication between two conventional PCs running the application over Windows XP is tested.

Functional Model of an H.264 decoder

La Televisión Digital Terrestre (TVD-T) es una tecnología en constante desarrollo, con elevada actualidad de acuerdo al Estado del Arte. Su adopción, así como sustitución de la tradicional cadena de transmisión analógica es un hecho en muchos países del mundo, debido a sus múltiples ventajas y correspondencia con otras tecnologías modernas. Cuba, como otros, se encuentra en franco despliegue de la misma, con programas definidos por cada una de las entidades responsables de su apropiada implementación, donde la asimilación de tecnología resulta decisivo para un desarrollo real e independiente en este campo. Entre los bloques básicos que conforman la cadena de Televisión Digital, la compresión y descompresión de video constituyen un elemento esencial, en un escenario donde el ancho de banda para la transmisión es finito y cotizado. H.264/MPEG-4 Parte 10 es actualmente el estándar de compresión de video mayormente empleado para la radiodifusión de Televisión Digital. Los receptores que cumplan con H.264 deben tener la capacidad de decodificar su formato. En este trabajo se describe la utilización de software descrito en lenguaje C para modelar el funcionamiento de un decodificador H.264. Se utiliza un FPGA Virtex 5, de Xilinx, para empotrar un sistema con PowerPC como elemento principal que soportará el modelo propuesto. A través de la Tarjeta de Desarrollo ML507 se demuestra el funcionamiento del sistema. Para esto se utilizan ficheros de video comprimidos con el formato H.264 que a su vez son decodificados obteniéndose ficheros de video en formato descomprimido YCbCr. Estos constituyen el resultado del experimento.

Terrestrial Digital Television. (DTV-T) is a constantly evolving technology with current update according to the State of the Art. Its adoption, as well as replacing the traditional analog transmission chain is a fact in many countries, because of its many advantages and synergy with other modern technologies. Cuba, like others, is already in deployment phase, following scripts defined by entities in charge of its proper implementation, where the assimilation of technologies is crucial for a real and independent development in this field. Among the basic blocks that make up the Digital TV chain, the compression and decompression of video are an essential element in a scenario where the bandwidth for transmission is finite and quoted. H.264/MPEG-4 Part 10 is currently the video compression standard widely used for digital television broadcasting. Receptors that fulfill H.264 must be able to decode the format. This paper described the use of software in C language to model the performance of an H.264 decoder. FPGA Virtex 5 from Xilinx is used to embed a system with PowerPC as the main element that will support the proposed model. Through the ML507 Development Board is realized the system operation. H.264 video format files are used, which in turn are decoded to obtain uncompressed video files using YCbCr format. These become the result of the experiment.

Proposal of a procedure for setting an artificial neural network of Radial Basis with applications in fault diagnosis.

En este artículo se presenta un procedimiento que permite la configuración de los parámetros de una arquitectura de red neuronal artificial de Base Radial para tareas de diagnóstico de fallos, luego de establecer un orden lógico para la selección de los mismos. Dicho procedimiento garantiza la obtención del número necesario de neuronas ocultas a partir de fijar el error de diagnóstico deseado por los expertos para cada proceso, permitiendo también seleccionar el método para estimar los anchos de las neuronas ocultas y la ecuación de distancia para la propagación del espacio de entradas. El procedimiento se aplica al proceso de prueba «Tanque Reactor Continuamente Agitado» para demostrar su efectividad. Como resultado de los experimentos realizados, se concluye que la elección de la función de distancia no influye sobre la selección del método para estimar los anchos. Se comprueba que esta arquitectura, con el entrenamiento adecuado, exhibe buenas propiedades de sensibilidad y robustez para el diagnóstico de fallos.

In this article a procedure is shown up for allowing the configuration of parameters of artificial neuronal network architecture of Radial Basis for failure diagnosis tasks after stablishing a logical order for their selection. Such procedure guarantees the procurance of a necessary number of hidden neurons starting from fixing the diagnosis error desired by the experts for each process, also allowing the selection of the method for esteeming the widths of the hidden neurons and the equation of distance for the propagation of the inlets vector. The procedure applies to the testing process of «Reactor Tank Constantly Agitated» searching to demonstrate its effectiveness. As a result of the realized experiments, it is confirmed that within the topology of the Radial Basis net, the calculation of the centers and widths of the hidden neurons intervene decisively in its execution, as well as the fixed-distance equation, but the election of the function of distance does not act on the selection of the method for esteeming the widths. It is verified that this architecture, with the adequate training, shows good properties of sensibility and robustness.

System for Passive Filters characterization using Virtual Instrumentation

El trabajo presenta el diseño de un sistema automatizado para realizar prácticas de laboratorio de circuitos eléctricos con estudiantes universitarios. El sistema constituye un instrumento virtual que permite la caracterización de filtros pasivos. El hardware está compuesto por: un generador de señales, una fuente de alimentación, una tarjeta de adquisición de datos, una computadora personal y un módulo formado por 8 filtros pasivos. El software, desarrollado en LabVIEW 2011, realiza el procesamiento de las señales adquiridas asociadas a los filtros pasivos para la posterior presentación de los resultados en un gráfico, que constituye la respuesta de frecuencia del circuito eléctrico. Se comparan los resultados del sistema diseñado con los obtenidos al utilizar instrumentos tradicionales, lo cual permite validar la herramienta diseñada. Finalmente se comentan las experiencias al utilizar la aplicación diseñada en la realización de una práctica de laboratorio automatizada por un grupo de estudiantes de 3er año de la carrera de Biomédica del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE).

This paper presents the design of an automatic system used by university students in order to perform electrical circuit´s labs. The system is a virtual instrument and allows the passive filters characterization. The hardware is composed by a signal generator, a power supply, a data acquisition board, a personal computer and a module of 8 passive filters. The software, developed in LabVIEW 2011, perform the signal's processing associated to the filter module in order to display the diagram of the frequency response. The system results are compared with the results obtained using traditional measurement instruments, which validates the tool designed. To conclude, the experiences obtained by a 3th year Biomedic's career students group of the ISPJAE in an automated laboratory practice using the designed application are mentioned.

Analysis ofefficiency on the number of stages of a low-power Voltage Multiplier

Los multiplicadores de tensión permiten la conversión de señales de tensión alterna a tensión de directa, a la vez que se eleva la magnitud de la tensión. Estos son empleados en la transmisión de energía inalámbrica, recolección de energía, sistemas RFID y otras; donde la potencia disponible es muy poca. Resulta de importancia obtener la mayor potencia posible a la salida, exigiendo eficiencia por parte del multiplicador de tensión. En este trabajo se analiza la eficiencia de conversión y potencia de salida de los multiplicadores de tensión en cuanto al número de etapas. Se muestra que el multiplicador de tensión de una etapa es el más eficiente, y que al emplear una red de acoplamiento de impedancia produce mayor tensión de salida que los multiplicadores de tensión de más etapas. Se construye un multiplicador de tensión de una etapa con diodos schottky. El mismo se evalúa con una red acoplamiento LC con varias inductancias para seleccionar el mejordesempeño. Se obtiene una eficiencia de conversión superior al 57 % a partir de una potencia de entrada de -2 dBm, lo cual posibilita su empleo en aplicaciones de baja energía.

Voltage multipliers allow the conversion of alternating signals to a direct component of voltage, while the magnitude of the voltage increases. These are used in wireless power transmission, energy harvesting, RFID and other systems; where the available power is very low. It is important to obtain the highest possible output power, demanding efficiency form the voltage multiplier. In this work, the conversion efficiency and output power of the voltage multiplier are analyzed. It is shown that the single stage voltage multiplier is the most efficient, and when it uses a matching network produces a higher output voltage than voltage multipliers with more stages. A single stage voltage multiplier is constructed with schottky diodes. This is evaluated with a LC matching networks for several values of inductanceto select the best performance. Conversion efficiency above 57 % is obtained from an input power of -2 dBm, enabling its use in low power applications.