Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires: Elektron
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Sistema de monitoreo remoto de humedad, temperatura y estado de los brotes en un germinador automático
Get PDFThe present work describes the design of electronic circuits for an irrigation system of an automatic germinator and the monitoring of the sprouts using a camera and artificial vision algorithms. This project aims to automate the seed development process to provide the right conditions for proper growth and later transplanting when it reaches the seedling stage, as well as to detect growth problems in the early stage. We tested the developed prototype with five fast-germinating crops: onion, lettuce, cilantro, chili, and bean seeds. We compared the performance of sprouts germinated in the proposed system with others germinated outside the device under different conditions. The irrigation system includes a basic control that, based on a target humidity threshold, turns on the water pump to modify the current conditions to reach the target humidity.El presente trabajo describe el diseño de circuitos electronicos para un sistema de riego de un germinador automático, asi como el monitoreo de los brotes mediante una cámara y algoritmos de visión artificial. El propósito de este proyecto es poder automatizar el proceso de desarrollo de la semilla, para poder brindarle las condiciones adecuadas para un correcto crecimiento y posteriormente su transplante cuando llegue a la etapa de plántula, ademas de detectar problemas de crecimiento en la fase temprana. El prototipo desarrollado fue probado con cinco cultivos de rápida germinación: semillas de ebolla, lechuga, cilantro, chile y frijol. Se comparó el desempeño de los brotes germinados en el sistema propuesto con otros germinados fuera del dispositivo bajo diferentes condiciones. El sistema de riego ncluye un control muy básico, que en base a un umbral de humedad objetivo, enciende la bomba de agua para modificar la condiciones actuales y ası́ alcanzar la humedad objetivo
Comparación de Vitis-AI y FINN para implementar redes neuronales convolucionales en FPGA
Get PDFConvolutional neural networks (CNNs) are essential for image classification and detection, and their implementation in embedded systems is becoming increasingly attractive due to their compact size and low power consumption. Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) have emerged as a promising option, thanks to their low latency and high energy efficiency. Vitis AI and FINN are two development environments that automate the implementation of CNNs on FPGAs. Vitis AI uses a deep learning processing unit (DPU) and memory accelerators, while FINN is based on a streaming architecture and fine-tunes parallelization. Both environments implement parameter quantization techniques to reduce memory usage. This work extends previous comparisons by evaluating both environments by implementing four models with different numbers of layers on the Xilinx Kria KV260 FPGA platform. The complete process from training to evaluation on FPGA, including quantization and hardware implementation, is described in detail. The results show that FINN provides lower latency, higher throughput, and better energy efficiency than Vitis AI. However, Vitis AI stands out for its simplicity in model training and ease of implementation on FPGA. The main finding of this study is that as the complexity of the models increases (with more layers in the neural networks), the differences in terms of performance and energy efficiency between FINN and Vitis AI are significantly reduced.Las redes neuronales convolucionales (CNN) son esenciales para la clasificación y detección de imágenes, y su implementación en sistemas embebidos resulta cada vez más atractiva debido a su tamaño compacto y bajo consumo energético. Los FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) han surgido como una opción prometedora, gracias a su baja latencia y alta eficiencia energética. Vitis AI y FINN son dos entornos de desarrollo que automatizan la implementación de CNN en FPGA. Vitis AI utiliza una unidad de procesamiento de aprendizaje profundo (DPU) y aceleradores de memoria, mientras que FINN se basa en una arquitectura de transmisión de datos (streaming) y ajusta la paralelización. Ambos entornos implementan técnicas de cuantización de parámetros para reducir el uso de memoria. Este trabajo extiende comparaciones previas al evaluar ambos entornos mediante la implementación de cuatro modelos con diferentes cantidades de capas en la plataforma FPGA Kria KV260 de Xilinx. Se describe en detalle el proceso completo, desde el entrenamiento hasta la evaluación en FPGA, incluyendo la cuantización y la implementación en hardware. Los resultados muestran que FINN proporciona menor latencia, mayor rendimiento y mejor eficiencia energética que Vitis AI. No obstante, Vitis AI destaca por su simplicidad en el entrenamiento de modelos y facilidad de implementación en FPGA. El hallazgo principal del estudio es que, al aumentar la complejidad de los modelos con más capas, las diferencias de rendimiento y eficiencia energética entre FINN y Vitis AI se reducen notablemente
Procesadores modernos con sólo unos Clicks
Get PDFSome educational programs in areas of engineering and technology often have difficulties providing their students with the necessary instruments to carry out experimental work. This may be due to financial difficulties or simply a lack of opportunities to purchase enough devices. In these cases, computer-aided design could be adopted to model a large number of devices with low operating costs. This article describes the use of the gem5 simulator as a tool that can be useful for higher education students in the areas of engineering and computer sciences. We will review the challenge for students of having access to modern prototyping boards and describe how the use of a simulator can solve this problem to some extent. Finally, we will illustrate step by step the use of the gem5 simulator to emulate a modern microprocessor.Algunos programas educativos en áreas de ingenierı́a y tecnologı́as a menudo tienen dificultades para proporcionar a sus estudiantes los instrumentos necesarios para realizar trabajos experimentales. Esto puede deberse a dificultades económicas o simplemente por falta de oportunidades para adquirir suficientes dispositivos. El diseño asistido por computadora podrı́a adoptarse para modelar un gran número de dispositivos con pequeños costos de operación. En este artı́culo se describe el uso del simulador gem5 como una herramienta que puede ser de utilidad para estudiantes de grado y posgrado en las áreas de ingenierı́a e informática. Revisaremos el reto que representa para los estudiantes el tener acceso a placas de prototipado modernas y describiremos cómo el uso de un simulador puede resolver este problema hasta cierto punto. Finalmente, ilustraremos paso a paso el uso del simulador gem5 para emular un microprocesador moderno
Miniaturización con metamaterial de una antena PIFA de triple banda para comunicación Wi-Fi
Get PDFIn this work, a triple-band planar inverted F antenna (PIFA) was designed and modeled at unlicensed WiFi frequencies (2.4, 5 and 6 GHz). In the proposal made, a metamaterial unit cell was used that was replicated in the ground plane, obtaining a reduction in the size of the antenna with respect to others already published. The cell geometry is based on Minkowski fractal. A J-shaped slot was made in the patch that allowed the resonance frequencies to be adjusted to those of WiFi. A radiation efficiency of around 23% was obtained for the 2.4 GHz band, higher than 74% in the 5 GHz band and 96% in the 6 GHz band.En este trabajo se diseñó y modeló una antena F invertida plana (PIFA) de triple banda en las frecuencias de WiFi no licenciadas (2.4, 5 y 6 GHz). En la propuesta realizada se utilizó una celda unitaria de metamaterial que se replicó en el plano de tierra obteniendo una reducción en el tamaño de la antena con respecto a otras ya publicadas. La geometría de la celda se basa en la de un fractal de Minkowski. En el parche se realizó una ranura en forma de J que permitió ajustar las frecuencias de resonancias a las de WiFi. Se obtuvo una eficiencia de radiación del orden del 23% para la banda de 2.4 GHz, superior al 74% en la banda de 5 GHz y del 96% en la banda de 6 GHz
Sistema Embebido para un biorreactor: aplicación a la fermentación de azúcares
Get PDFThe focus of this project is on the development and implementation of an embedded system to improve the control and efficiency of a bioreactor. The advantages of this system are examined, highlighting its ability to monitor in real time, ensure accuracy and stability, provide flexibility, enable remote monitoring and telemetry, as well as its potential scalability and cost-effectiveness. The study focuses on the integration of this system in a bioreactor for the fermentation of sugars using microorganisms in order to optimize the accuracy, productivity and quality of the process. A detailed analysis of the technical aspects is provided, including the use of Arduino boards, the programming of these boards and their connection with sensors and actuators for the monitoring and adjustment of critical variables such as temperature and pH. It also highlights the remote connection capability of the system, which allows users to monitor and manage the processes from any location with Internet access. This approach is intended to improve the efficiency and reproducibility of biotechnological processes, as well as to provide greater flexibility and control in their operation.El enfoque de este proyecto se centra en el desarrollo y la implementación de un sistema embebido destinado a mejorar el control y la eficiencia de un biorreactor. Se examinan las ventajas de este sistema, resaltando su capacidad para supervisar en tiempo real, garantizar precisión y estabilidad, ofrecer flexibilidad, posibilitar la monitorización remota y la telemetría, así como su potencial escalabilidad y rentabilidad. El estudio se concentra en la integración de este sistema en un biorreactor para la fermentación de azúcares utilizando microorganismos con el propósito de optimizar la precisión, productividad y calidad del proceso. Se proporciona un análisis detallado de los aspectos técnicos, incluyendo el uso de placas Arduino, la programación de estas placas y su conexión con sensores y actuadores para el monitoreo y ajuste de variables críticas como temperatura y pH. Asimismo, se destaca la capacidad de conexión remota del sistema, lo que permite a los usuarios supervisar y administrar los procesos desde cualquier ubicación con acceso a Internet. Este enfoquese plantea con el objetivo de mejorar la eficiencia y la reproducibilidad de los procesos biotecnológicos, así como proporcionar una mayor flexibilidad y control en su operación
Análisis de desempeño de una herramienta de simulación de un radar sobre horizonte por onda de cielo
Get PDFThis paper presents the main features of a skywave over-the-horizon radar simulation software and results on its ability to represent and detect different search scenarios. Through a series of simulations of the primary phenomena involved in the search process, the software can estimate the behaviour of a radar system in different scenarios. This capability allows the simulator to assist in selecting the most suitable radar configuration to achieve an acceptable level of successful detection probability for a given set of scenarios. It also facilitates various studies and analyses of different factors present in the behaviour of these types of radars.Este trabajo presenta las principales características de un software de simulación de un sistema de radar sobre horizonte por onda de cielo y los resultados obtenidos de su capacidad para representar y lograr detección en diferentes escenarios de búsqueda. Mediante una serie de simulaciones de los principales fenómenos involucrados en proceso de búsqueda, el software puede estimar el comportamiento de un sistema de radar en diversos escenarios. Esta capacidad permite al simulador ayudar a seleccionar la configuración de radar más adecuada para alcanzar un nivel aceptable de probabilidad de detección exitosa para un conjunto determinado de escenarios, y su vez también facilita diversos estudios y análisis de diferentes factores presentes en el comportamiento de este tipo de radares
Implementación de un cifrado avanzado con modo contador para sistema en chip FPGA de área pequeña
No full textCryptography plays a crucial role in protecting information on public networks. The implementation of AES with CTR on Xilinx SoC-FPGA devices, such as Zynq 7000 and Kintex 7, aims to enhance security in IoT devices and embedded systems. The goal is to ensure data confidentiality and availability in connected environments, prioritizing low area usage, low power consumption, and high performance. Implementation was made using a Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) on Vivado 2019-2. The results show its area utilization for AES and AES-CTR implementations, with a throughput of 1.8 and 7.67 Gbps for Zynq 7000 and, 2.72 and 11.11 Gbps for Kintex 7; they are also presented for a 128-bits key size and four CTR blocks. VHDL generics can be configured to be 192-bit and 256-bit lengths with different block sizes. Implemented AES-CTR IP showed correct behavior for 128, 192, and 256 key sizes with four CTR blocks. A cipher process with sizes 192 and 256 requires additional cycles that affect the timing performance and hardware utilization.La criptografía juega un papel crucial en la protección de la información en redes públicas. La implementación de AES con CTR en dispositivos SoC-FPGA de Xilinx, como Zynq 7000 y Kintex 7, busca mejorar la seguridad en dispositivos IoT y sistemas embebidos. El objetivo es garantizar la confidencialidad y disponibilidad de los datos en entornos conectados, priorizando un bajo uso de área, bajo consumo de energía y alto rendimiento. La implementación se realizó utilizando el lenguaje de descripción de hardware VHDL en Vivado 2019-2. Los resultados muestran la utilización de área para las implementaciones de AES y AES-CTR, con un rendimiento de 1.8 y 7.67 Gbps para Zynq 7000 y de 2.72 y 11.11 Gbps para Kintex 7; también se presentan para una clave de 128 bits y cuatro bloques CTR. Los genéricos en VHDL pueden configurarse para longitudes de 192 bits y 256 bits con diferentes tamaños de bloque. El IP implementado de AES-CTR mostró un comportamiento correcto para tamaños de clave de 128, 192 y 56 bits con cuatro bloques CTR. Un proceso de cifrado con tamaños de 192 y 256 bits requiere ciclos adicionales que afectan el rendimiento temporal y la utilización de hardware
Optimización del sistema de iluminación y proyección para un sensor multiparamétrico acusto-óptico
Get PDFIn previous works we presented a novel multiparametric sensor to simultaneously measure the refractive index and the speed of sound in a liquid by means of the acousto-optic effect. The sensor requires an illumination system that expands the laser beam so that it interacts effectively with the liquid under study. Also, a projection system is necessary in order to adequately capture the diffraction pattern at the cell exit. In this article, we present the optimization of the sensor illumination and projection system using the optical design computational tool Zemax OpticStudio. The considered range of refractive indices of the liquid samples is between 1.33 and 1.51. The results show a correct expansion of the incident beam on the cell, and the projection system achieves an image with very few aberrations and an adequate angular separation between the maxima of the diffraction pattern. From the resulting dimensions of the sensor after the illumination and projection system optimization, we affirm that it is compact and portable.En trabajos anteriores presentamos un novedoso sensor multiparamétrico que mide simultáneamente el índice de refracción y la velocidad del sonido en un líquido aprovechando el efecto acusto-óptico. El sensor requiere un sistema de iluminación que expanda el haz láser de manera tal que interactúe eficazmente con el líquido bajo estudio. Por otra parte, también es necesario un sistema de proyección a fin de capturar adecuadamente el patrón de difracción a la salida de la celda. En este sentido, en este artículo, presentamos la optimización del sistema de iluminación y proyección del sensor utilizando la herramienta computacional de diseño óptico Zemax OpticStudio. El rango considerado de índices de refracción de las muestras líquidas está comprendido entre 1,33 y 1,51. Como resultado se obtuvo una correcta expansión del haz incidente sobre la celda, y el sistema de proyección logra una imagen con muy pocas aberraciones y una separación angular adecuada entre los máximos del patrón de difracción. A su vez, las dimensiones resultantes del sensor luego de la optimización del sistema de iluminación y proyección permiten afirmar que es compacto y portable
Sistema Basado en FPGA para la Medición de Velocidad de Detonación en Cordones Detonantes
Get PDFThis work presents the most important aspects of the development of a system designed to measure the velocity of detonation (VOD) of detonating cords used in the mining industry. The system utilizes the point-to-point measuring method, employing optical fibers as sensing elements. It comprises an FPGA device that enables the implementation of a multi-channel, easily scalable system, and a microcontroller that manages the user’s interface. This instrument was developed in response to a request from a detonating cords manufacturing company, addressing the absence of such equipment in the national market. The VOD meter developed is capable of measuring velocities greater than 7500 m/s, covering most applications in the mining and oil industry.Este trabajo presenta los aspectos más importantes del desarrollo de un sistema diseñado para medir la velocidad de detonación (VOD) de cordones detonantes utilizados en la industria minera. El sistema utiliza el método de medida punto a punto, empleando fibras ópticas como elementos sensores. Está compuesto por un dispositivo FPGA que permite la implementación de un sistema multicanal y fácilmente escalable y un microcontrolador que gestiona la interfaz de usuario. Este instrumento se desarrolló en respuesta al requerimiento de una empresa fabricante de cordones detonantes, ante la ausencia de este tipo de equipos en el mercado nacional. El medidor de VOD desarrollado es capaz de medir velocidades mayores a los 7500 m/s, cubriendo la mayoría de las aplicaciones en la industria minera y petrolera.
Utilización del vatímetro electrodinámico estándar para la medición de potencia armónica
Get PDFHistorically, for the measurement of electrical power, the wattmeter electrodynamometer was used, but when dealing with frequencies higher than those of power line, it was necessary to develop special equipment. Digital power meters are currently used. This work studies the use of the electrodynamometer wattmeter in a very frequent application such as power measurement at the output of a frequency converter. Measurements are made by comparing the readings of this instrument with those of digital instruments in different scenarios, depending on the frequency, cos φ, load, etc., to determine under which conditions it is useful.Históricamente para la medición de potencia eléctrica se utilizó el vatímetro electrodinámico, pero cuando involucraba frecuencias superiores a las industriales se debían desarrollar equipos especiales. En la actualidad se utilizan medidores digitales de potencia. En este trabajo se estudia la utilización del vatímetro electrodinámico en una aplicación muy frecuente como es la medición de potencia a la salida de un convertidor de frecuencia. Se realizan mediciones comparando la lectura de este instrumento con la de instrumentos digitales en distintos escenarios, en función de la frecuencia, el cos φ, la carga, etc., para determinar en qué condiciones es de utilidad