Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Computador de a bordo: Una solución nacional

RESUMEN En este artículo se presenta el desarrollo de hardware y software de un dispositivo para el seguimiento y control de cualquier vehículo empleando el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), el Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM), el Servicio General de Paquetes vía Radio (GPRS) y las redes de Fidelidad Inalámbrica (Wi-Fi). Este desarrollo responde a una demanda real del programa nacional de gestión y control de flotas del Ministerio del Transporte (MITRANS), para su producción por el grupo de la electrónica del Ministerio de Industria (MINDUS); dirigido a la creación de un nuevo producto para sustituir importaciones con independencia y soberanía tecnológica. El hardware se concibe de forma modular con dos placas electrónicas, una placa de procesamiento que exhibe un procesador NXP i.MX 6UltraLite ejecutando Linux y otra con los componentes específicos para este tipo de equipos incluyendo la fuente de alimentación. El software es una aplicación embebida C++ desarrollada con la herramienta multiplataforma Qt Creator; para supervisar y reportar, periódica y eventualmente, los datos de interés del vehículo. Además de los datos internos en el equipo pueden recolectarse datos externos mediante las interfaces de entradas/salidas (E/S), RS232 y la Red de Área de los Controladores (CAN). Para su visualización y análisis los datos pueden enviarse en tiempo real (modo activo) y/o descargarse de forma diferida (modo pasivo). La conformidad de los ensayos de laboratorio, atendiendo a las normas ISO 16750-2, y el éxito en la introducción de las primeras 3,000 unidades demuestran la validez de este desarrollo.

ABSTRACT In this article is presented a device hardware and software development in order to track and control any vehicle using Global Positioning System (GPS), Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio System (GPRS) and Wireless Fidelity networks (Wi-Fi). This development answer a real demand made by the national fleet & control management program from Transport Ministry (MITRANS), in order to be manufactured by the electronic group from the Industry Ministry (MINDUS); oriented to the creation of a new product to replace imports with technology independence & sovereignty. Hardware is conceived in a modular way with two electronic boards, one board as processing that exhibit an NXP i.MX6 UltraLite processor running Linux and the other one with specific components for these types of equipment including power supply. Software is an embedded C++ application, developed with Qt Creator multiplatform tool; to supervise and report, periodic and eventually, vehicle’s relevant data. Besides equipment´s internal data external data can be collected from I/O, RS232 and controller area network (CAN) bus. Data for their visualization and analysis could be sent in real time (active mode) and/or downloaded deferred (passive mode). Compliance with labs essays, attending to ISO 16750-2, and the successful introduction of first 3,000 units demonstrate validity of this development.

Alternativa para el cálculo de las alturas reducidas sobre una tierra esférica

RESUMEN Al determinar las zonas de cobertura de los servicios de: radio móvil, televisión y otros emisores de ondas ultracortas (OUC), así como al realizar el cálculo de las líneas de radio enlace o de alcance de radar, es necesario pronosticar la intensidad del campo eléctrico E considerando la esfericidad de la Tierra. Este pronóstico, en la región o zona iluminada, se realiza empleando las expresiones de tierra plana, pero con las alturas de las antenas reducidas en vez de las alturas reales. Las alturas reducidas (AR) disminuyen al incrementarse la distancia R, siendo más notable la afectación al acercarnos al límite máximo de la distancia de visibilidad directa: Ro. Este límite es importante al determinar la cobertura o el rango de los servicios de radio mencionados. En el trabajo se resumen las expresiones presentes en la literatura para el cálculo de las AR en esas condiciones, pero el objetivo principal es proponer expresiones derivadas de ellas y que dependen del parámetro de distancia relativa ( de R respecto a Ro y de la relación m de alturas de las antenas. Con esta proposición se desea facilitar el análisis y el cálculo de las AR a través de dependencias normalizadas, con lo que se evitan recurrencias innecesarias y se reduce el tiempo de procesamiento, incluso al emplear computadoras digitales.

ABSTRACT During determination of coverage zones of radio mobile services, transmitters of television and others emitters of ultra-short-waves and, also, when is realized the analysis of radio relay lines or radar range, is necessary to predict the intensity E of electric field taking on account Earth´s sphericity. This prediction is realized, in illuminated region or zone, using earth´s plane expressions, but taking reduced heights instead of real heights. Reduced heights (RH) diminish when distance R grows, but is more notable the affectations when we are near the limit of maximum direct visibility distance: Ro. The limit distance Ro is an important magnitude during determination of coverage in cited radio services. In this article are summarized expressions present in references but the main objective is propose another derivate expressions that depends of relatives distances ( and relation m of antennas heights. With this proposition is wished to facilitate the analysis and calculation of RH, but with normalized dependences, avoiding unnecessary recurrences and with reduced processing time of computing calculations.

Análisis de la metaestabilidad en sincronizadores de dos etapas sintetizados en FPGA Cyclone III y Cyclone V

RESUMEN La metaestabilidad es un fenómeno probabilístico que provoca fallos en sistemas digitales. Ocurre con mayor probabilidad cuando un circuito recibe una señal asincrónica o se intercambian señales entre sistemas sincrónicos con dominios de reloj no relacionados. Para reducir el riesgo de propagación de la metaestabilidad a través de un circuito, se recomienda el empleo de sincronizadores, cuya efectividad puede expresarse mediante el parámetro MTBF (Mean Time Between Failure). Además, el desarrollo tecnológico que ha permitido disminuir las dimensiones de los dispositivos CMOS hacia escalas nanométricas, propicia la aparición de efectos que impactan en la metaestabilidad. Es una necesidad que los diseñadores de circuitos electrónicos conozcan estos riesgos y tomen acciones para contrarrestarlos. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de la metaestabilidad en sincronizadores de dos etapas desarrollados sobre FPGA del fabricante Intel-Altera, de las familias Cyclone III (65 nm) y Cyclone V (28 nm). Se obtuvieron curvas que permiten determinar las condiciones críticas en el rango industrial de temperatura de trabajo en función del riesgo de metaestabilidad y de criterios de fiabilidad. El MTBF de los sincronizadores varió con la temperatura de operación y lo hizo de manera diferente para cada tecnología. En el Cyclone III se observó un cambio de comportamiento a -40 °C, que se atribuyó a la ocurrencia de la inversión de la dependencia con la temperatura (ITD). En el dispositivo Cyclone V se observó el fenómeno ITD en todo el rango estudiado.

ABSTRACT Metastability is a probabilistic phenomenon that causes failures in digital systems. It most likely occurs when a circuit receives an asynchronous signal or signals are exchanged between synchronous circuits with unrelated clock domains. To reduce the risk of metastability spreading across a circuit, it is recommended to use synchronizers. The effectiveness of synchronizers can be expressed by means of the MTBF (Mean Time Between Failure) parameter. Furthermore, the technological development that has allowed the decrease of CMOS devices dimensions towards nanometer scale, favors the appearance of effects that impact metastability. It is necessary that electronic circuits designers know such risks and take actions to reduce them. This work aims to analyze the behavior of metastability in two-stage synchronizers developed on Intel-Altera FPGA, Cyclone III (65 nm) and Cyclone V (28 nm) families. Critical conditions in the industrial temperature operation range, based on the risk of metastability and reliability criteria, were determined. The MTBF of synchronizers varied with the operating temperature and did so differently for each technology. In Cyclone III, a change in behavior was observed at -40 °C, probably due to inverted temperature dependence (ITD). For Cyclone V, ITD was observed over the whole industrial temperature range.

Procedimiento para la implementación de la computación en la niebla en ciudades inteligentes

RESUMEN Con el desarrollo de la Internet de las Cosas, el número de dispositivos conectados a Internet aumenta de forma exponencial, y ello trae consigo que crezcan enormemente la cantidad de datos a procesar en la nube, con un incremento considerable del tráfico, en detrimento de la calidad del servicio. Esto, unido a los requerimientos de baja latencia y movilidad de no pocas aplicaciones Web, ha provocado que aparezcan variantes de computación que se encuentren más cercanas a los dispositivos de la red. La Computación en la niebla (Fog computing) surge como un nuevo paradigma para dar solución a las problemáticas planteadas, con una extensión de la arquitectura tradicional de la computación en la nube hasta el borde de la red. A pesar del auge que ha cobrado la computación en la niebla, existen desafíos en relación a su implementación en escenarios reales, como las ciudades inteligentes, donde la heterogeneidad y movilidad de los dispositivos, así como la escalabilidad e interoperabilidad requerida, son aspectos que deben ser considerados. En función de ello, en este artículo se presenta un procedimiento que orienta cómo implementar esta tecnología en las ciudades inteligentes. A modo de validación parcial, el procedimiento propuesto se aplica al caso de uso de recogida de basura en un escenario de La Habana Vieja, como parte de un proyecto del Programa Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación de Informatización.

ABSTRACT With the development of the Internet of Things, the number of devices connected to the Internet grows exponentially, and this brings with it a huge increase in the amount of data to be processed in the cloud, increasing traffic, to the detriment of the quality of service. This, together with the low latency and mobility requirements of more than a few applications associated with the Web, has led to a rethinking of the cloud computing paradigm, with decentralized variants appearing that are made closer to the network devices. Fog computing emerges as a new paradigm to solve the problems raised, extending the traditional architecture of cloud computing to the edge of the network. Despite the boom that fog computing has been gaining, there are challenges concerning its implementation in real scenarios, such as smart cities, where the heterogeneity and mobility of devices, as well as the scalability and interoperability required, are aspects that must be considered. The main objective of this paper is the presentation of a guide that guides how to implement this technology in smart cities. The proposed procedure is partially validated for a garbage collection use case in Old Havana, within the framework of a project of the National Program of Science, Technology and Innovation of Informatization.

Caracterización de soluciones de Almacenamiento Definido por Software, libres y de código abierto

RESUMEN En la actualidad es tendencia el diseño de sistemas de almacenamiento basados en soluciones definidas por software y hardware Commercial Off-The-Shelf; es por tanto una tarea decisiva para el éxito del proyecto la selección adecuada de la solución de software a emplear. Sin embargo, este proceso hoy se torna complejo y/o superficial, debido a las diferencias de criterios, procedimientos de selección, formas de evaluación y preferencias existentes en los ámbitos académico e industrial. Este escenario se agrava para las soluciones de tipo software libre y código abierto, y para las entidades con presupuestos limitados, ya que la mayoría de las consultoras con prestigio internacional solo incluyen en sus reportes a las soluciones propietarias, o se necesita de un pago para tener acceso a los informes y análisis realizados. Dada la situación problemática el presente trabajo propone una caracterización de las principales soluciones definidas por software para sistemas de almacenamiento libres y de código abierto para pequeñas y medianas empresas. La propuesta constituye una herramienta que agiliza y facilita el proceso de diseño de sistemas de almacenamiento, impactando en la reducción del tiempo de diseño, así como en las inversiones de capital de los proyectos y en los gastos de operación una vez en explotación el sistema de almacenamiento.

ABSTRACT The design of storage systems based on solutions defined by software and hardware Commercial Off-The-Shelf is currently a trend; therefore, the selection of the software solution is a key task for the project success. However, this process today can be complex and / or superficial, due to the differences in the academic and industrial fields regarding their preferences, criteria, selection procedures and evaluation tests of these solutions. This scenario is exacerbated for free and open source software solutions, and for entities with limited budgets, since most of the internationally renowned consultants only include proprietary solutions in their reports, or a payment is needed to access the published analyzes. Given the problematic situation, the present work identifies and proposes a characterization of the main free and open source storage defined software solutions for small and medium enterprises. The proposal constitutes a tool that speeds up and facilitates the process of designing storage systems. It impacts in the reduction of the design time, as well as in the projects’ capital investments and in the operating expenses once the storage systems are in operation.

Controlador IMC-PID con filtro de orden fraccionario de un tramo de un canal principal de riego

RESUMEN En este trabajo se propone el diseño de un controlador IMC-PID con filtro de orden fraccionario (IMC-FPID) para el control efectivo de la distribución del agua en un tramo de un canal principal de riego. A partir de datos en tiempo real y aplicando el procedimiento de identificación de sistemas se obtiene un modelo matemático dinámico de este proceso representado mediante una función de transferencia de primer orden con retardo. Basado en el modelo obtenido se diseñó un controlador IMC-PID con filtro de orden fraccionario que se comporta de forma efectiva. Los resultados de simulación comparan el desempeño del controlador propuesto con un controlador IMC-PID convencional. En esta comparación se utilizó el índice de desempeño de la integral del error absoluto (IAE). Los resultados obtenidos muestran que el controlador propuesto proporciona valores más bajos de este índice y en consecuencia supera al controlador IMC-PID convencional en términos de desempeño y precisión.

ABSTRACT This paper proposes the design of an IMC-PID controller with a fractional order filter (IMC-FPID) for the effective control of water distribution in a main irrigation canal pool. From real-time data and applying the system identification procedure a dynamic mathematical model of this process is obtained, which is represented by a first-order transfer function with a time delay. Based on the model obtained an IMC-PID controller with a fractional order filter was designed that behaves effectively. The simulation results compare the performance of the proposed controller with a conventional IMC-PID controller. In this comparison, the performance index of the integral of absolute error (IAE) was used. The results obtained show that the proposed controller provides lower values of this index and consequently outperforms the conventional IMC-PID controller in terms of performance and accuracy.

Desarrollo de plataforma autopiloto para robot subacuático

RESUMEN El desarrollo de sistemas de control para robótica subacuática es un tema de gran interés para la comunidad científica internacional. La velocidad de avance de los dispositivos electrónicos de alta escala de integración, conjuntamente con el desarrollo tecnológico de nuestro país, hace novedosa la búsqueda de arquitecturas hardware-software para la implementación de soluciones dedicadas al gobierno de vehículos subacuáticos. El presente documento detalla un sistema embebido de desarrollo propio, tecnológicamente realizable, eficiente y de bajo costo, capaz de garantizar el control y gestión de un medio autónomo naval de fabricación nacional. En el contenido se exponen los requerimientos para el diseño de un sistema de control para vehículo subacuático, se describe la estructura de la plataforma diseñada en sus componentes hardware y software, y se presentan los resultados obtenidos en pruebas de campo que permiten validar su funcionamiento.

ABSTRACT The development of control systems for underwater robotic is a topic of great interest to the international scientific community. The advance speed of high-scale integration electronic devices, together with the technological development of our country, makes novel the search of hardware-software architectures for implementation of solutions dedicated to the handling of underwater vehicles. This document details a self-developed, technologically feasible, efficient and low-cost embedded system capable of guaranteeing the control and management of an autonomous naval vehicle of national manufacture. During the content are presented the requirements for the design of a control system for an underwater vehicle, the designed platform structure is described in its hardware and software components, and the obtained results in field tests that allow to validate its operation.

Metodología y algoritmo de validación para identificar modelos de una unidad manejadora de aire.

RESUMEN Diferentes modelos matemáticos que describen el comportamiento de la temperatura y la humedad relativa en una unidad manejadora de aire (UMA) son obtenidos y validados a partir de datos experimentales reales. La identificación de sistemas es la metodología empleada, asumiendo la linealidad del sistema en el rango de operación de las variables de interés. El sistema se descompone en cuatro subsistemas, acorde a la dependencia de las variables temperatura y humedad relativa con las señales de control que reciben los actuadores que se usan para regular dichas variables, que son la válvula de tres vías y la válvula eléctrica. Para la estimación de parámetros se seleccionan diferentes estructuras lineales, concluyéndose la conveniencia de la estructura Box-Jenkins (BJ) para obtener modelos que relacionen las variables del sistema. La metodología utilizada es parcialmente programada, fundamentalmente las etapas de estimación de parámetros y de validación de modelos, lo que permite seleccionar con facilidad a los mejores modelos de entre un grupo de modelos candidatos para representar al sistema.

ABSTRACT In this work several mathematical models that describe the behavior of temperature and relative humidity in an air handling unit (AHU) are obtained and validated from real experimental data. System identification methodology is used assuming the linearity of the system within the range of operation of the key variables. System is decomposed in four subsystems according to the dependence of temperature and relative humidity variables with the control signals received by the three-way valve and the electric valve, actuators used to control the mentioned variables. Several linear structures were selected for parameter estimation, then the suitability of Box-Jenkins (BJ) structure to obtain models that relate the system variables was concluded. The methodology used is partially programmed, mainly parameters estimation and model validation steps, allowing the best models to be easily selected from a group of candidate models to represent the system.