Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires: Elektron
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Sistema de inspección de defectos en baldosas cerámicas implementado en FPGA
Get PDFModernization in factories is the key for production and product quality. However, this modernization can involve an investment that companies cannot take, leaving them out of adaptation to Industry 4.0. In the ceramic tile manufacturing industry visual inspections are used to determine the quality of the final product. These tasks are carried out by operators exposed to risky environments. This work presents a low-cost solution for automatic ceramic tile inspection. The defects analyzed are blobs, pinholes, corners, edges and dimensions. All the algorithms were implemented on SoC FPGA (Xilinx Zynq device) using high level synthesis. The algorithms were verified and validated in a controlled environment built to evaluate visual inspection applications. The results of resource utilization and processing times indicate that the implementation in a real production line is feasible.La modernización en las fábricas es un factor clave para la producción y la calidad del producto final. Sin embargo, esta modernización puede suponer una inversión que las empresas no pueden asumir, dejándolas fuera de la adaptación a la Industria 4.0. En la industria de fabricación de baldosas cerámicas se utilizan inspecciones visuales para determinar la calidad del producto final. Estas tareas son realizadas generalmente por operarios expuestos a entornos de riesgo. Este trabajo presenta una solución de bajo costo para la inspección automática de baldosas cerámicas. Los defectos analizados son gotas, defectos de material, esquinas, bordes y dimensiones. Todos los algoritmos se implementaron en SoC FPGA (dispositivo Xilinx Zynq) utilizando síntesis de alto nivel. Los algoritmos se verificaron y validaron en un entorno controlado construido para evaluar aplicaciones de inspección visual. Los resultados de utilización de recursos y tiempos de procesamiento indican que la implementación en una línea de producción real es factible
Espectrogramas de registros de Ballenas Barbadas sintetizados a partir de arquitecturas de Autoenconders: CAE, VAE y CAE-LSTM
Get PDFIn this paper, different architectures of simple convolutional networks are analyzed to generate synthetic spectrograms corresponding to baleen whales. Simplicity in these models plays an important role in the implementations of these type of networks on embedded systems. In addition, the scarcity of available data requires the generation of efficient models. With this aim in mind, simple Autoencoder architectures with a low number of as- sociated parameters are presented and trained in this paper. Then, adequate metrics are obtained and the corresponding comparison among the architecture alternatives is made. The obtained results show that the more straightforward architecture is, in turn, the most convenient. Finally, from these models, synthetic spectrograms are generated from few data samples are generated, employing a low complexity architecture and assuming a normal distribution of the latent space vectors from the training data.En este trabajo se analizan diferentes arquitecturas de redes convolucionales sencillas para generar espectrogramas sintéticos correspondientes a registros de audio de ballenas barbadas. La sencillez en el modelo juega un rol importante en las implementaciones de este tipo de redes sobre sistemas embebidos. Además, existe una necesidad de generar modelos eficientes frente a la escasez de datos disponibles para este tipo de aplicaciones. Con tal fin, se presentan arquitecturas de Autoencoders simples y de baja cantidad de parámetros asociados, se entrenan los modelos, se obtienen métricas adecuadas y se realizan las correspondientes comparaciones. Los resultados obtenidos demuestran que la arquitectura con una implementación más directa es, a su vez, la más conveniente. Finalmente, a partir de estos modelos, se generan espectrogramas sintéticos a partir de pocos datos de muestra, empleando una arquitectura de baja complejidad y asumiendo una distribución normal de los vectores reales
Sistema de medición con dos conexiones Modbus vinculado a través de un enlace MQTT/TLS a un servidor remoto: detalles internos y primeros resultados
Get PDFThis work presents a renewable energy measurement system with two Modbus protocol connections (RTU/Serial to internal modules, TCP to external units) and achieves a TLS-encrypted link between the datalogger module and a centralized remote dashboard application. Recent installation and commissioning of high quality instruments allow for reliable information to be collected, and the system offers remote monitoring and data persistence. The logger acquires wind data using Thies sensors installed on the wind turbine tower, and current and voltage from both the wind turbine and an array of photovoltaic panels. Energy is stored in a battery bank and is used to supply electric power to a greenhouse. In this nearby building, an additional module to measure temperature and humidity of the plant-growing environment was developed and programmed. The module communicates via RS485 using Modbus RTU with the main datalogger, which also uses an internal network connection through Modbus TCP to a Raspberry Pi4B board. The Pi board converts the readings to MQTT/TLS, an added security feature before sending data to the remote server which runs the dashboard application. A continuous performance analysis of the renewable energy unit is possible due to the availability and persistence of real-time data on the server and also on the CF card of the datalogger.Este trabajo presenta un sistema de medición para equipamiento de energías renovables que incorpora dos conexiones basadas en el protocolo abierto Modbus (RTU/Serial hacia módulos internos, TCP hacia el exterior) y logra la vinculación entre el módulo datalogger y un dashboard centralizado remoto. La instalación y puesta en marcha reciente de instrumentos de alta calidad hacen posible reunir información confiable y a la vez contar con un monitoreo y persistencia remota de los datos. El conjunto toma información de viento utilizando sensores Thies instalados en la misma torre de un aerogenerador e información de corriente y tensión producida por un conjunto de paneles fotovoltaicos y aerogenerador que cargan un banco de baterías y suministra energía a un invernadero. A su vez, se construyó y programó un módulo auxiliar externo para medición de temperatura y humedad en el invernadero, comunicado por RS485 y protocolo Modbus RTU con el datalogger principal. El datalogger envía los datos a través de Modbus/TCP a una Raspberry Pi 4B que convierte este protocolo a MQTT TLS para dar seguridad a la transmisión de los datos, ya que el servidor con el dashboard se encuentra fuera de la red de campo. El análisis de performance del sistema híbrido eólico-solar de baja potencia es posible debido a la disponibilidad y persistencia de los datos en el servidor remoto y localmente en la tarjeta CF del datalogger
Diseño de un cargador rápido de baterías para vehículos eléctricos enchufables en el punto de conexión común de la red de distribución de energía eléctrica
Get PDFThis article shows technical aspects related to the design of fast charging stations for light electrical vehicles under 1,5 tons, belonging at level 3 and mode 4 of DC charging according to EN 61851, within the framework of IEEE ST 2030.1.1-2022 standard, , IEEE Std 1547-2018 and IEC 61000-3-4 . In relation to the design of the charging station the article only covers the energy management “energy conversion system”, which includes energy processing devices (semiconductors, line filters and passive elements).Este artículo presenta aspectos técnicos relacionados con el diseño de estaciones de carga rápida de vehículos eléctricos livianos menores a 1,5 toneladas, pertenecientes al nivel 3 y modo de carga 4 en corriente continua según la norma EN 61851, en el marco del estándar IEEE ST 2030.1.1-2020, IEEE Std 1547-2018 e IEC 61000- 3-4 . En relación con el diseño de la estación de carga este artículo abarca únicamente lo relacionado al manejo de la energía “sistema de conversión de energía”, que incluye los dispositivos de procesamiento de energía (semiconductores, filtros de línea, elementos pasivos)
Control coordinado de vehículos aéreos y acuáticos para relevamiento batimétrico en aguas poco profundas
Get PDFApplications with small unmanned vehicles have grown remarkably in recent years. Along with this, the interest and the need to carry out tasks using several of these vehicles has gained relevance. This paper presents the use of a formation based on the cluster space control technique between an unmanned surface vehicle and an aerial vehicle, with the aim of monitoring river basins. The different perception of the environment that each vehicle has and the ability to transport different sensors are fundamental characteristics for this type of application. Results are presented both in a simulation environment and in a real application with unmanned vehicles belonging to the research groups.Las aplicaciones con pequeños vehículos no tripulados han crecido notablemente en los últimos años. Junto a ello, el interés y la necesidad de realizar tareas utilizando varios de estos vehículos fue cobrando relevancia. En este trabajo se presenta el uso de una formación basada en la técnica de control en el espacio del cluster entre un vehículo no tripulado de superficie y uno aéreo, con el objetivo de realizar monitoreo de cuencas fluviales. La diferente percepción del entorno que cada vehículo posee y la capacidad de transportar diferentes sensores son características fundamentales para este tipo de aplicación. Se presentan resultados tanto en entorno de simulación como en una aplicación real con vehículos no tripulados pertenecientes a los grupos de investigación
Implementación en FPGA de modulador BPSK con parámetros regulables
Get PDFThis work presents the design and implementation of a phase-modulated signal generator, which allows a widerange of variation in its transmission parameters. The implemented circuit uses a minimum amount of FPGA resources. This was possible since the developed design stores a quarter cycle of the carrier, then the control logic decides which samples to take to obtain the established frequency and number of cycles per data, allowing a great variation. The output power of the signal is also configurable. In addition, the developed system allows data to be received through an external input or generated internally through a pseudo-random number generator (PRNG). The circuit was implemented using an FPGA (Field Programmable Gate Array) and a digital-analogue converter (DAC).El trabajo presenta el diseño e implementación de un generador de señales moduladas en fase, el cual permite variar en un amplio rango sus parámetros de transmisión. Se buscó que el circuito final utilice una mínima cantidad de recursos de la FPGA. Esto fue posible ya que el diseño desarrollado almacena un cuarto de ciclo de la portadora, luego la lógica de control decide cuáles muestras tomar para obtener la frecuencia y cantidad de ciclos por dato establecidos, permitiendo una gran variación. También es configurable la potencia de salida de la señal. Además, el sistema desarrollado permite recibir los datos a través de una entrada externa o los genera en forma interna mediante un generador de números pseudo aleatorios (PRNG). El circuito se implementó mediante una FPGA (Field Programmable Gate Array) y un conversor digital analógico (DAC).
B-VGG16: Red Neuronal de Convolución cuantizada binariamente para la clasificación de imágenes
Get PDFIn this work, a Binary Quantized Convolution neural network for image classification is trained and evaluated. Binarized neural networks reduce the amount of memory, and it is possible to implement them with less hardware than those that use real value variables (Floating Point 32 bits). This type of network can be implemented in embedded systems, such as FPGA. A quantization-aware training was performed, to compensate for the errors caused by the loss of precision of the parameters. The model obtained an evaluation accuracy of 88% with the CIFAR-10 evaluation set.En este trabajo se entrena y evalúa una red neuronal de convolución cuantizada de forma binaria para la clasificación de imágenes. Las redes neuronales binarizadas reducen la cantidad de memoria, y es posible implementarlas con menor hardware que las redes que utilizan variables de valor real (Floating Point 32 bits). Este tipo de redes se pueden implementar en sistemas embebidos, como FPGA. Se realizó una cuantización consciente del entrenamiento, de modo de poder compensar los errores provocados por la pérdida de precisión de los parámetros. El modelo obtuvo una precisión de evaluación de un 88% con el conjunto de evaluación de CIFAR-10
Control y automatización de un dispositivo para estudios neurocognitivos y comportamentales en modelos experimentales
Get PDFIn recent years, the research in neuroscience and behavior fields has increased substantially. In this work, we design a device with an automatic control, detection and recording system of experimental tests to be used with experimental murine models for investigation. The technological solution developed allows the operation of the equipment to be associated with an interface that makes it easy for users to carry out experimental tests, analyze and monitor the results in a simple and efficient manner.En los últimos años han aumentado considerablemente las investigaciones en el campo de las neurociencias y el comportamiento. En este trabajo se expone el diseño e implementación de un sistema de detección y registro automático de parámetros de pruebas experimentales en modelos murinos. La solución tecnológica desarrollada permite asociar el funcionamiento del equipo con una interfaz que facilita a los usuarios la realización de ensayos experimentales, el análisis y el seguimiento de los resultados de manera sencilla y eficiente
Implementación en FPGA de algoritmo para análisis parasitario
Get PDFAn efficient parasite control reduces significant losses in the agribusiness, but current methods involve costs and delays. Therefore, the development of a portable device to automates this task is proposed. This work presents a hardware implementation of an automatic parasite egg counting algorithm using high-level synthesis. The results demonstrate the feasibility of the implementation, with an 87% accuracy operating at a rate of up to 65 frames per second and an occupation of LUTs less than 45%, considering two commercial kits (PYNQ-Z1 and ULTRA96V2).Un control parasitario eficiente permite reducir pérdidas significativas en la agroindustria. Los métodos actuales con los que se realiza este tipo de controles imponen costos y demoras. Por ello, se propone el desarrollo de un dispositivo portátil que automatice esta tarea. En este trabajo se presenta la implementación hardware de un algoritmo de conteo automático de huevos de parásitos utilizando síntesis de alto nivel. Los resultados demuestran la factibilidad de la implementación, con un 87% de precisión operando a una tasa de hasta de 65 frames por segundo y una ocupación de LUTs menor al 45%, considerando dos kits comerciales (PYNQ-Z1 y ULTRA96V2)
Receptor ELF de campo magnético: desempeño en frecuencia y detección de señales naturales
Get PDFThis article presents the analog stage analysis of an extremely low frequency (ELF) magnetic field receiver. Details are described about the characterization and modeling of the antenna used, as well as the frequency behavior of the system. To achieve higher sensitivity, a coil was manufactured with a considerably high inductance (800 H), in addition to a high-gain amplification stage (88 dB). An equivalent circuit model was defined for the antenna, and its parasitic elements were determined by laboratory measurements and computational approximations. The acquisition system has a digitization stage with a sampling frequency of 100 Hz. To study its behavior against possible aliasing effects, an analysis of the analog stage in the frequency domain was carried out, determining the optimal operating conditions. Field tests of the equipment were carried out in the mountains of Villa Alpina, Cordoba, Argentina. Taking into account that the system was designed for the measurement and study of natural electromagnetic phenomena in the ELF band, the first six Schumann resonances have been successfully captured and detected.En este artículo se presenta el análisis de la etapa analógica de un receptor de campo magnético para frecuencias extremadamente bajas (ELF). Se describen detalles sobre la caracterización y modelado de la antena utilizada, así como el comportamiento en frecuencia del sistema. Para lograr una mayor sensibilidad, se fabricó una bobina con una inductancia considerablemente alta (800 H), además de una etapa de amplificación de alta ganancia (88 dB). Se definió un modelo de circuito equivalente para la antena y se determinaron sus elementos parásitos mediante mediciones de laboratorio y aproximaciones computacionales. El sistema de adquisición tiene una etapa de digitalización con una frecuencia de muestreo de 100 Hz. Para estudiar su comportamiento frente a posibles efectos de aliasing, se realizó un análisis de la etapa analógica en el dominio de la frecuencia determinando las condiciones óptimas de funcionamiento. Las pruebas de campo del equipo se llevaron a cabo en las sierras de Villa Alpina, Córdoba, Argentina. Teniendo en cuenta que el sistema fue diseñado para la medición y estudio de fenómenos electromagnéticos naturales en la banda ELF, se han logrado detectar con éxito las primeras seis resonancias de Schumann