Circuitos y Sistemas -...

Circuitos y Sistemas

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IS

ISBN978-607-9453-89-3


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PRIMERA EDICIÓN

Publicado por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Publicado en formato Digital

ISBN: 978-607-9453-89-3

Comité Editorial

Diseño gráfico: L.D.G. Mariana Olvera Astorga Financiado por el PFCE 2016, clave del proyecto PFCE2016MSU0011E21. "Este es un programa público ajeno a cualquier partido politico. queda prohibido el uso para fines disitintos a los establecidos en este programa" Derechos resevados © Noviembre 2016

Ing. Carlos Francisco Puente Muñiz Dr. Marco Tulio Ramírez Torres Dr. Isaac Campos Cantón Dr. Luis Javier Ontañón García-Pimentel Dr. Carlos Soubervielle Montalvo


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Prologo El avance de una sociedad se ve reflejado en el nivel educativo de sus miembros, lo cual abarca desde niveles primarios, secundarios, hasta de licenciatura y posgrado. Mientras más niveles de educación tengan los miembros de esa sociedad, se podrá responder mejor a las exigencias dinámicas del medio ambiente, es decir, resolver de la mejor forma problemas tecnológicos, alimentarios, de investigación científica y comerciales, por mencionar algunos. Así la educación es un pilar para el desarrollo sustentable de cada región, y uno de los actores principales en este marco de referencia lo es la Universidad; en nuestro caso la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. En la cual se gestan desarrollos científicos y tecnológicos sin menoscabar otros campos de la ciencia. Por otro lado sirve de aglutinante entre miembros de esta institución y de otras instituciones del país.

En este trabajo se dan a conocer algunos trabajos de investigación de diferentes grupos universitarios provenientes de las Universidades de: Puebla, Jalisco, Zacatecas, Coahuila y San Luis Potosí. El compendio abarca 33 reportes de investigación donde los temas tratados van desde: Memristores y sus aplicaciones, pasando por el análisis y tensión muscular en pacientes con diabetes mellitus, las bases de la criptografía y sus aplicaciones con sistemas caóticos, el cifrado parcial de imágenes utilizando autómatas celulares, el sonido del caos, una aproximación al movimiento browniano determinístico, diseño de un instrumento virtual para medir la potencia óptica de un láser ND:YVO4/KTP, especificación de trayectorias de Ar.Drone 2.0 utilizando LabVIEW, FPAA como plataforma de investigación y desarrollo, implementación de interfaces virtuales para la generación de multi-enroscados hasta la automatización de un sistema hidropónico por mencionar algunos.

Finalmente, esperamos sinceramente que el contenido de los trabajos que a continuación se mostraran, sirvan de pilar en el desarrollo de futuras investigaciones por los diversos grupos nacionales de investigación. Y no nos queda más que expresar nuestro más sincero agradecimiento a todas las personas que hicieron posible la realización de esta obra.

Atentamente

Comité Organizador

San Luis potosí, S.L.P., México. Febrero 2017.


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Índice

Memresistores: Teoría y Aplicaciones

Resumen, Palabras Clave, ¿Qué es un memresistor?, Aplicaciones del Memresistor …………..… 10

Referencias ………………………………………………………………………………………………… 11

Barajas Ramírez J. G

Diseño y Fabricación de brazalete sensor de temperatura en paciente pediátricos en estado de choque

Resumen, Palabras clave, Introducción …………………………………………………………….…… 12

Metodología, Resultados y Discusión ……………………………………………………………………. 13

Conclusiones, referencias ……………………………………………………………………………….... 14

Kolosovas Machuca ES, Núñez Leyva JM, García Téllez CG, Martínez-Ramírez JD, Ortiz Dosal A, González-Contreras FJ

Análisis de tensión muscular en pacientes con diabetes mellitus II

Resumen, Palabras clave, Introducción, Marco teórico ……………………………………………….. 15

Referencias ……………………………………………………………………………………………….… 17

Rangel López AJ, Ávila Rodríguez R, Rodríguez Chong A, Vértiz Hernández AA

Aplicaciones biomédicas de la medicina tradicional con énfasis en dolor

Resumen, Palabras clave, Introducción, Metodología ……………………………………………….… 18

Resultados, Referencias ……………………………………………………………………………….….. 19

Loera Vidaña CC, Lugo Lugo DE, Zapata Morales JR, Rodríguez Chong A, Rangel López AJ, Ávila Rodríguez R, Vértiz Hernández AA.

Bases de la criptografía y su aplicación con sistemas caóticos

Resumen, Palabras clave, Introducción ……………………………………………………………….… 20

Referencias ……………………………………………………………………………………………….… 21

M. García Martínez, R. E. Lozoya Ponce


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Diseño de un sistema caótico por una función PWL con una línea de puntos de equilibrio

Resumen, Palabras clave, Descripción del sistema ………………………………………………….… 22

Conclusiones, Referencias …………………………………………………………………………….….. 23

Delgado Aranda F, Campos Cantón I

Caracterización y análisis de sistemas híper caóticos

Resumen, Palabras clave, Introducción, Desarrollo ………………………………………………….… 24

Conclusiones, Referencias …………………………………………………………………………….….. 25

Reyes López LE, Murguía Ibarra JS, Rosu Barbus HC

Algunos problemas asociados al control de las nuevas tecnologías vehiculares de bajas o cero emisiones

Resumen, Palabras clave, Introducción, Administración de energía ………………………………..... 26

Seguimiento de potencia y Mejora del desempeño ………………………………………………….…. 27

Perez Teniers S.I., Licea M.R., Díaz Díaz I.A., Cervantes I

Diseño de cajas de sustitución (S-Box) para sistemas de cifrado empleando autómatas celulares

Resumen, Palabras clave, Introducción, Diseño e implementación de la caja de sustitución …..…. 28

Pruebas de seguridad y resultados de la caja de sustitución, Conclusiones ……………………..…. 29

Referencias ……………………………………………………………………………………………….… 30

Murguia Ibarra JS., Mejia Carlos M., Aboytes Gonzalez JA

Protocolo algebraico para la criptografía de clave pública

Resumen, Palabras clave, Un protocolo basado en la teoría de grupos ..……………………..…….. 31

Ejemplo, Referencias ……………………………………………………………………………….……... 32

Cabrera Ibarra H, Hernández Granados DI

Medición de señales utilizando Matlab y arduino

Resumen, Palabras clave, Introducción, Materiales y métodos ………………………………..……… 33

Resultados, Conclusiones, Referencias …………………………………………………………….…… 34

Contreras Torres JJ, Cortez Soriano M, Escareño González SM, Guerrero Guerrero K, Torres Alonso YF, Ontañon Garcia Pimentel LJ, Ramírez Torres MT


6

Cifrado parcial de imágenes utilizando autómatas celulares

Resumen, Palabras clave, Introducción, Metodología …………………………………………….…… 35

Esteganografía, Cifrado, Referencias ……………………………………………………………….…… 36

Espindola Paizano BJ, González Del Rio JD, De la Rosa García LF, Ramírez Torres MT

Sistemas dinámicos basados en la actividad eléctrica de la neurona

Resumen, Palabras clave, Introducción, El sistema dinámico neuronal de Hodgkin-Huxley ….….. 37

Conclusiones …………………………………………………………………………………………….…. 38

Referencias ……………………………………………………………………………………………….… 39

Caballero Flores FM, Ontañon García LJ, Campos Cantón E

Dispositivo para la manipulación axial de compuestos de microfluidos

Resumen, Palabras clave, Introducción, Métodos y materiales …………………………………..…… 40

Conclusiones, Agradecimientos, Referencias …………………………………………………….…….. 41

Razo Infante LP, Díaz Díaz IA, Rodríguez López JL

Una aproximación para generación de movimiento Browniano determinístico

Resumen, Palabras clave, Introducción, Modelo …………………………………….…………………. 41

Resultados, Conclusiones, Referencias ……………………………………………………………….… 42

Huerta Cuellar G, Campos Cantón E

Algoritmo de fijación de fase implementado en Arduino

Resumen, Palabras clave, Introducción …………………………………………………….…………… 43

Metodología, Resultados, Conclusiones …………………………………………………….…………... 44

Referencias ……………………………………………………………………………………….………… 45

Martínez Montejano RC, Espinoza López VE, González Badillo G, Guerrero Mora G

Seguimiento de trayectorias caóticas mediante acoplamiento de robots uniciclo para la cobertura de áreas determinadas de forma síncrona

Resumen, Palabras clave, Introducción ………………………………………………………….……… 46

Justificación, Hipótesis, Referencias …………………………………………………………….………. 47

Silva Campos JM, Lozoya Ponce RE, Ontañon García LJ


7

El sonido del caos

Resumen, Palabras clave, Introducción ………………………………………………………….……… 48

Desarrollo de la investigación, Resultados, Conclusiones, Referencias …………………….………. 49

Tristán Hernández E, Campos Cantón I, Salas Castro P, Delgado Aranda F.

Diseño de sistemas caóticos con base en filtros pasa-bajas de 1er orden

Resumen, Palabras clave, Sistema caótico, Filtro pasa-bajas ………………………………….…….. 50

Referencias ………………………………………………………………………………………….……… 51

Salas Castro P, Campos Cantón I

Diseño de un sistema fotovoltaico de dos ejes

Resumen, Palabras clave, Introducción ……………………………………………………….………… 52

Materiales y métodos, Conclusiones, Referencias …………………………………………….……….. 53

Razo Infante JP, Díaz Díaz IA, Campos Cantón E

Diseño de un instrumento virtual para medir la potencia óptica de un laser ND:YVO4/KTP

Resumen, Palabras clave, Desarrollo ……………………………………………………….…………… 54

Resultados, Conclusiones, Referencias ……………………………………………………….………… 55

Afanador Delgado SM, García López JH, Huerta Cuellar G

Sistema de grabado con láser

Resumen, Palabras clave, Introducción ……………………………………………………………….… 56

Componentes del equipo, Resultados y Conclusiones ……………………………………………….... 57

Israel Macías González, Juan Almendáres Rodríguez, Omar Fernando Ortiz Aguilera, Oscar Fernando Núñez Olvera, Griselda Rodríguez Pedroza

Audio visualización por medio de un cubo de Leds RGB

Resumen, Palabras clave, Diseño y Elaboración del cubo del leds 4*4*4, Implementación electrónica para el control del cubo led ……………………………………………………………………………..…. 58

Implementación de filtros digitales, Códec de audio, Conclusión, Referencias ……………….……. 59

Rodríguez Salas L, Fortuna Cervantes JM, Cerda Cerda B, Vértiz Hernández JA


8

Especificación de trayectorias de Ar.Drone 2.0 utilizando LabVIEW

Resumen, Palabras clave, Introducción …………………………………………………………….…… 60

Objetivos, Materiales (Dron ar, LabVIEW y Toolkit), Referencias ……………………………….…… 61

Martínez López M, Rosa García LF, Ramírez Torres MT

Contraseña de seguridad

Resumen, Palabras clave, Materiales …………………………………………………………….……… 62

Diseño, Resultados y Discusión, Conclusión ……………………………………………………….…… 63

Villa Salas LR, Domínguez Rivera I, Ontañon García Pimentel LJ

Medición en tiempo real de sensores en cultivo hidropónico

Resumen, Palabras clave, Introducción ……………………………………………………………...….. 64

Materiales y Métodos, Resultados, Conclusiones …………………………………….……………..…. 65

Referencias ……………………………………………………………………………………………….... 66

González JD, Espíndola BJ, Lozano L, Ramírez MT, Lara OE

FPAA como plataforma de investigación y desarrollo

Resumen, Palabras clave, Estructura del articulo ……………………………………..……………….. 66

Referencias ………………………………………………………………………………….……………… 67

De La Rosa García LF, Ontañón García LJ

Juego interactivo de patrones

Resumen, Palabras clave, Introducción, Materiales, Métodos …………………………..……………. 68

Desarrollo, Conclusiones …………………………………………………………………….……………. 69

Referencias …………………………………………………………………………………….…………… 70

Olvera Guerrero JA, Torres Alonso KM, Ontañón García L.J.

Uso y programación de un perceptrónes aplicados en técnicas de visión artificial

Resumen, Palabras clave, Introducción …………………………………………………….…………… 70

Modelo perceptrón …………………………………………………………………………….…………… 71

Referencias …………………………………………………………………………………….…………… 72

R. E. Lozoya Ponce, M. García Martínez, Silva Campos JM


9

Implementación de interfaces virtuales para la generación de multi-enroscados

Resumen, Palabras clave, Materiales y métodos ………………………………………….…………… 72

Conclusiones, Referencias …………………………………………………………………….………….. 73

Echenausía Monroy JL, Sevilla Escoboza JR, Huerta Cuéllar H

Bicicleta hibrida

Resumen, Palabras clave, Estructura del articulo ………………….…………………………………... 74

Secciones del articulo ………………………………………………….………………………………….. 75

Conclusión, Referencias ……………………………………………….………………………………….. 76

De la Rosa Pérez Ricardo, Tovar Hernández Mauro, Castillo Meraz Raul,Campos Cantón Isaac

Diseño de un circuito lógico dinámico tridimensional

Resumen, Palabras clave, Introducción …………………………….…………………………………… 76

Funciones lógicas ……………………………………………………….…………………………………. 77

Resultado experimental, Referencias ………………………………….………………………………… 78

Ortiz Rivera LM, Campos Cantón I.

Automatización de un sistema hidropónico

Resumen, Palabras clave, Introducción ……………………………….………………………………… 79

Metodología, Resultados ………………………………………………….………………………………. 80

Conclusiones, Referencias ……………………………………………….……………………………….. 81

Santos Sustaita S, Ramírez Beltrán LH, Martínez López M, Rodríguez Cardona G,Ramirez Torres MT,Garcia Pimentel LJ


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Memresistores: Teoría y Aplicaciones

Barajas-Ramírez J. G.c

cDivisión de Matemáticas Aplicadas, Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A.C.

*Correo electrónico: [email protected]

RESUMEN: En la teoría de circuitos eléctricos se consideran tres elementos pasivos básicos: el resistor, el capacitor y el inductor. Estos dispositivos se completan con el memresistor que relaciona flujo magnético y carga eléctrica. La principal característica de este dispositivo es que guarda en memoria un valor de resistencia determinado por la carga que pasó por él. En este escrito damos un repaso de la formulación de este cuarto elemento básico así como algunas de sus aplicaciones en circuitos caóticos y emulación de sistemas neuronales.

PALABRAS CLAVE: Teoría De Circuitos; Osciladores No Lineales; Sistemas Neuronales.

I. ¿QUÉ ES UN MEMRESISTOR?

En teoría de circuitos existen cuatro variables fundamentales las cuales son: la corriente i, el voltaje v, la carga eléctrica q y el flujo magnético φ. Estas generan seis combinaciones i-v, i-q, i-φ, v-q, v-φ, y q-φ. Las relaciones corriente-carga y voltaje-flujo están dadas por: 𝑞 𝑡 = 𝑖 𝜏 𝑑𝜏'

() y 𝜑 𝑡 = 𝑣 𝜏 𝑑𝜏'() . Así como los tres dispositivos básicos definidos

axiomáticamente como: 1. El resistor, de la relación de corriente-voltaje (dv = Rdi) donde R es llamada

resistencia. 2. El inductor, de la relación de corriente-flujo (dφ = Ldi) donde L es llamada

inductancia. 3. El capacitor, de la relación de voltaje-carga (𝑑𝑞 = 𝐶𝑑𝑣) donde 𝐶 es llamada

capacitancia. En [1] se postula la existencia de un cuarto elemento básico llamado memresistor caracterizado por la relación flujo-carga: dφ = M(q)dq (1)

donde𝑀(𝑞) es la memresistencia controlada por carga. La memresistencia se obtiene como la relación de las derivadas de flujo y la derivada de la corriente 𝑀 𝑞 = 9:(;)

9;. La

derivada del flujo contra el tiempo nos da el voltaje. Entonces tenemos: 𝑣 = 9:9'= 9:(;)

9;9;9'=

𝑀 𝑞 𝑖. De modo que la memresistencia se puede obtener de la relación entre el voltaje y la corriente. Suponiendo que la relación entre el flujo y la carga está dada por una función continua, con cruce por cero y monotónicamente creciente (𝑓(𝜑, 𝑞)) como se muestra en la Fig. 1. Si la carga se mantiene constante su derivada nos da un valor constante de memresistencia. Entonces el dispositivo se comporta como un resistor no lineal con memoria. De donde surge el nombre de memresistor.

II. APLICACIONES DEL MEMRESISTOR


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El memresistor se caracteriza por generar un lazo de histéresis cruzado en cero como se muestra en la Fig. 2, la cual puede utilizarse para generar circuitos osciladores no lineales simples [3]. Por otra parte, al depender de la derivada la memresistencia puede utilizarse para generar una representación de los canales iónicos de los sistemas neuronales [5].

Fig. 1. Relaciones entre variables eléctricas fundamentales, dispositivos básicos pasivos, el símbolo del memristor, y curva carga-flujo. (Imágenes obtenidas de [1] y [2])

Fig. 2. Relaciones entre corriente y voltaje en un memresistor (histéresis con cruce en cero), circuito oscilador caótico con memristor, y atractor del circuito. (Imágenes obtenida de [3] y [4])

Fig. 3. El cerebro es modelado eléctricamente, el memresistor puede usarse para modelar los canales iónicos de las neuronas (Imágenes obtenida de [5])

REFERENCIAS:

[1] Chua, L. O., Memristor-The Missing Circuit Element, IEEE Trans. Circuit Theory, Vol. 18, pp. 507-519, 1971.

[2] Barboza, R. y Chua, L. O., The Four Element Chua’s Circuit, Int. J. Bifurcation and Chaos, Vol. 18, pp. 943-955, 2008.

[3] Muthuswamy B. y Chua L. O., Simplest Chaotic Circuit, Int. J. Bifurcation and Chaos, Vol. 20, pp. 1567-1580, 2010.

[4] Strukov, D. B., Snider, G. S, Stewart D. R., y Williams, R. S., The Missing Memristor Found,Nature, Vol. 453, pp. 80-83, 2008

[5] Chua, L.O., Sbitnev, V., y Kim, H., Hodgkin-Huxley axion is made of memristors, Int. J. Bifurcation and Chaos, Vol. 22(3), 1230011, 2012.


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DISEÑO Y FABRICACIÓN DE BRAZALETE SENSOR DE TEMPERATURA EN PACIENTES PEDIÁTRICOS EN ESTADO DE

CHOQUE

Kolosovas-Machuca ESa*, Núñez-Leyva JMa, García-Téllez CGb, Martínez-Ramírez JDa, Ortiz-Dosal A, González-Contreras FJa

aCoordinación para la Innovación y la Aplicación de la Ciencia y la Tecnología UASLP, bFacultad de Ciencias, UASLP, San Luis Potosí, México

[email protected].

RESUMEN:

La piel sufre variaciones de temperatura con el objetivo de preservar una homeostasis del sistema, evitando daños a tejidos. En algunas patologías este parámetro es característico de la misma. El choque es una patología causada por una falla aguda en la función circulatoria resultante en una inadecuada perfusión de órganos, lo que contribuye en la disminución del suministro de oxígeno y compuestos hacia los tejidos. Conocer el comportamiento térmico en pacientes en terapia intensiva, puede ayudar a diagnosticar el choque y por ende tener un mejor pronóstico. En el presente trabajo se desarrolla un dispositivo electrónico en forma de pulsera que permite sensar la temperatura en tiempo real, para ser utilizado como auxiliar en el diagnóstico de la evolución del paciente. El dispositivo presenta ventajas en portabilidad y bajo costo.

PALABRAS CLAVE: temperatura, sensor, choque.

INTRODUCCIÓN

La piel puede sufrir cambios drásticos en su temperatura en diferentes partes del cuerpo con el objetivo de mantener una temperatura estable entre 36° y 37°C [1]. Estos cambios pueden ser por factores externos (ambientales) o internos (lesión, daño celular, fiebre, enfermedad, cambios hormonales). Un aumento de temperatura localizado sucede en presencia de una enfermedad, teniendo como factor común la irrigación de la sangre ya sea por infección, lesión interna o superficial.

El choque es un síndrome clínico complejo causado por un fallo agudo de la función circulatoria resultante en inadecuada perfusión de órganos, lo que disminuye el suministro de oxígeno y sustratos a los tejidos del cuerpo [2]. Por lo que la temperatura en las zonas distales de las extremidades constituye un parámetro para la valoración de la evolución de los pacientes. La medición de estas variaciones en temperatura en el ámbito clínico permite encontrar y mejorar los diagnósticos relacionados con esta patología [3]. Los instrumentos más comunes para la medición de la temperatura son los termómetros, ya sea de mercurio u otros materiales, pero existen otras como la medición infrarroja de la temperatura la cual, como herramienta clínica ha sido incorporada recientemente con un gran desarrollo en los últimos 30 años [4]. La técnica empleada se basa en obtener la temperatura mediante la adquisición de la radiación infrarroja que emiten ciertos cuerpos, [5]. En la medicina moderna su uso se ha extendido, que hoy en día algunos procedimientos de diagnóstico médico basados en esta técnica han sido aceptados y aprobados por la comunidad científica [6].


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La medición infrarroja comúnmente se realiza mediante cámaras infrarrojas las cuales son capaces de adquirir señales infrarrojas para posteriormente analizarlas con un software especializado, la principal desventaja en el uso de este material se sustenta en su costo, y en el empleo de personal calificado para su uso [7]. Estos problemas resultan, en una falta de motivación por parte de la comunidad médica, para el empleo de estas técnicas en un entorno clínico. Derivado del análisis anterior se optó por la realización de un dispositivo basado en sensores infrarrojos, los cuales realizan la misma función, pero con una mejor versatilidad, bajo costo y ergonomía, constituyendo una clara ventaja respecto al empleo de herramientas como las cámaras infrarrojas.

METODOLOGÍA

Se usó un sensor infrarrojo MLX90614 con un error de +/- 0.005 °C, y su fácil implementación en plataformas de programación. Para la programación y adquisición de los datos, se utilizó la plataforma de arduino, y las librerías existentes. La calibración y caracterización de estos datos, se realizó con la comparación en las variaciones respecto a las adquisiciones realizadas por una cámara FLIR 400. El diseño del modelo del dispositivo se basa en el desarrollo de un brazalete que nos permita tener en él, la placa arduino y el sensor, evitando inconvenientes de portabilidad al paciente y al médico. Cuando la adquisición de los datos está hecha, el dispositivo es capaz de trasmitirlos, mediante USB con una computadora.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la figura 1 se observan los resultados de las mediciones realizadas en la muñeca de un sujeto sano; se observan las 3 líneas de medición, de la cámara infrarroja FLIR T400, medición del sensor sin diseño, y el sensado mediante el diseño del modelo 3D del brazalete. Con una frecuencia de muestreo de 10 segundos. La medición realizada por la cámara FLIR tiene una variabilidad en la temperatura entre 31.5 y 32 °C. Por otra parte, la medición del sensor sin diseño 3D se mantiene en el rango de las temperaturas de 30.75 y 31.75 °C, pero con una mayor variación entre temperatura y el tiempo de medición. Por último, se observa la medición con el modelo 3D, donde la temperatura varía entre las temperaturas de 31.25 y 32 °C, que concuerdan con el rango de temperatura de la cámara FLIR, pero se observa que las temperaturas incrementan linealmente durante el tiempo de medición.

Figura 1 Mediciones de Temperatura


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CONCLUSIONES

De forma general las mediciones hechas por el dispositivo están en el rango del error aceptable; ya que esta se encuentra en un rango de temperatura igual al arrojado por parte de la cámara termográfica, como aspectos a mejorar se encuentran implementar más protocolos para tener el mejor diseño posible que nos permita la mayor portabilidad del sistema. Se pretende continuar con las pruebas clínicas de portabilidad y medición, obteniendo una mejor caracterización del dispositivo. La sensibilidad del sensor a las presiones ejercidas sobre él, se pretende erradicar con la realización de un diseño que nos permita contar con una distancia adecuada respecto al punto de medición (piel) y el punto de contacto del sensor.

REFERENCIAS:

[1] O'rahilliy R; (1989). Piel, pelo y uñas, Anatomía. 5ta Ed. México, McGraw-Hill pp. 52-58.

[2] Ortiz-Dosal A; Kolosovas-Machuca ES; Rivera-Vega R; Simón J; González-Contreras FJ (2014). Use of infrared thermography in children with shock: A case series. SAGE Open Medical Case Reports, 2

[3] Kolosovas-Machuca ES; González FJ (2011). Distribution of skin temperature in Mexican children. Skin Research and Technology, 17(3), 326-331

[4] Ring, EFJ, (1998), Progress in the measurement of human body temperature, IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 17(4)

[5] Clark, RP; Goff MR; (1990). Medical Thermography- Current Status, SPIE, 1320, 242-250

[6] Kennedy D; Lee T; Seely D (2009). A Comparative Review of Thermography as a Breast Cancer Screening Technique. Integrative Cancer Therapies, 8(1), 9-16.

[7] Nowakowski AZ (2004) Limitations of Active Dynamic Thermography in Medical Diagnostics. 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS.


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ANÁLISIS DE TENSIÓN MUSCULAR EN PACIENTES CON DIABETES MELLITUS II

Rangel-López AJa*, Ávila-Rodríguez Ra, Rodríguez-Chong Aa, Vértiz-Hernández AAa

aCoordinación Académica Región Altiplano UASLP, San Luis Potosí, México. *[email protected]

RESUMEN:

La electromiografía es una metodología de registro y análisis de la actividad bioeléctrica del músculo esquelético orientada al diagnóstico de las enfermedades neuromusculares producidas por patologías o enfermedades degenerativas. A mediados del siglo XX apareció la electromiografía basado en circuitos electrónicos analógicos y posteriormente la tecnología digital ha permitido disponer de sistemas controlados por microprocesadores para captar, representar, almacenar, analizar y clasificar las señales mioeléctricas. Sin embargo muchos de estos electromiógrafos aún siguen utilizando filamentos o agujas para la medición de las señales, produciendo la invasión e incomodidad al paciente con diabetes mellitus II, es por eso que este proyecto trata de la realización de un electromiógrafo en base a electrodos cutáneos para la comodidad y facilidad del uso del mismo, además del uso de un sistema inalámbrico para la captura y almacenamiento de estas señales musculares.

PALABRAS CLAVE: Musculo, Electromiografía, Señales biológicas.

INTRODUCCIÓN

Actualmente el estudio de las señales eléctricas que genera el organismo humano ha despertado un creciente interés de investigación en el área de bioelectrónica, ya que el conocimiento de estas señales y su funcionamiento, puede apoyar en el diagnóstico de diferentes áreas de la medicina. El sistema nervioso, con su rápido sistema de señalización eléctrica, es especialmente importante para el control de las respuestas rápidas del cuerpo. Muchas actividades musculares y glandulares que se controlan neuronalmente están dirigidas hacia el mantenimiento de la homeostasis [1]. Debido a que los accidentes cerebrovasculares así como enfermedades crónicas degenerativas como la diabetes mellitus es la primera causa de discapacidad y es por eso que se han desarrollado diferentes modelados y simulaciones para la rehabilitación de los miembros [2]. Actualmente existen diversos estudios relacionados con el análisis de las señales eléctricas producidas en el organismo humano, como el estudio del comportamiento muscular al detectar obstáculos, mediante la lectura de un electroencefalograma o electromiografías [3,4].

MARCO TÉORICO

Cuando el ser humano tiene que mover un músculo, la corteza cerebral manda el impulso a través de fibras nerviosas que pasan de la corteza al puente y después a la médula espinal, de ahí a los nervios periféricos, las cuales son las motoneuronas que liberan un neurotransmisor, acetilcolina (Ach) dentro de las fibras musculares, la cual hace que se active un intercambiador sodio-potasio (Na2+- K+), originando una despolarización en la membrana plasmática de la fibra muscular, la cual activa la liberación de calcio del


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sarcomero hacia el citosol de la célula y este como segundo mensajero, se une a una proteína llamada calcio cadmodulina (CaM) quien es encargada de fosforilar las cabezas de miosina de los puentes cruzados de las fibras musculares, comenzando así el proceso de contracción del músculo[5]. El sarcómero es la unidad contráctil funcional en el músculo de 1μm a 3 μm de longitud, formado por filamentos gruesos, constituidos principalmente de la proteína llamada miosina, filamentos delgados de otra proteína llamada actina y elementos estructurales de tejido conectivo[6Los musculos están constituidos por elementos contráctiles que son generadores activos de fuerza (EC), por elementos elásticos en serie (EES) y en paralelo (EEP), por elementos viscosos (EV) y naturalmente elementos inerciales (masa muscular), cada uno de los cuales produce una respuesta fisiológica que en conjunto generan fuerza y/o movimiento Figura 1. [6].

Figura 1. Modelo de empaquetado de Hill-Maxwell

La Electromiografía (EMG) y las pruebas de conducción nerviosa constituyen los métodos de electrodiagnóstico más útiles en el estudio de la función motriz que presenta una serie de cualidades como son la objetividad elevada, especialmente si se hace uso de carácter cuantitativo. La rapidez en el diagnóstico dando cuenta de los primeros signos de regeneración nerviosa antes de cualquier manifestación clínica. Los EMG pueden detectar dos tipos de actividad muscular:Las fasciculaciones que son contracciones espontáneas de fibras musculares o unidades motrices, lo suficientemente potentes para producir una contracción visible del músculo pero sin que la articulación se mueva. Pueden presentarse en sujetos sanos y en enfermedades degenerativas y también se engloban las de actividad espontánea como lo son: la respuesta miotónica, los calambres, los espasmosmusculares, etc. Las otras actividades musculares son la actividad voluntaria, los potenciales de unidad motriz (PUM) son el objeto principal de estudio. Consisten en la suma de distintos potenciales de acción de grupos de fibras musculares que se están contrayendo casi sincronizadamente. Pueden ser monofásicos, bifásicos o trifásicos y, en ocasiones, polifásicos con cinco o más fases. Su duración está comprendida entre 2 y 15 ms y su amplitud entre 100 pV y 2 mV, aunque estas magnitudes dependen mucho del tipo de electrodos empleado y del músculo considerado (número de fibras de la UM) (Figura 2) [7]

Figura 2.- PUM de un sujeto normal

Los estudios electromiográficos habituales (EMG convencional) se realizan con electrodos de aguja que captan la actividad de las FMs presentes en una semiesfera de 2,5 mm de


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radio en torno a la punta. Sin embargo nosotros vamos a utilizar un sensor de musculo con electros cutáneos para evitar la invasión del sujeto de prueba. Posteriormente la señal pasara a una tarjeta arduino lilypat para que sirva de interface análogo digital la cual mandara la señal por medio de un sensor Bluethoot al sistema de captura de una computadora personal donde se almacenara y graficara los datos obtenidos Figura 3 [8].

Figura 3 Sistema de adquisición de señal

La exploración EMG, comprende el registro de la señal bioeléctrica en tres estados funcionales: 1. En reposo. Estando el músculo completamente relajado no debe registrarse ninguna actividad. La presencia de actividad espontánea, sea de FMs aisladas (fibrilaciones, ondas positivas, descargas miotónicas, etc.) o de UMs (fasciculaciones, mio-quimias, etc.), debe considerarse anormal. 2. Durante una contracción débil. Para registrar PUMs, el paciente debe realizar una contracción débil y mantenida. Con ello activa un escaso número de UMs y pueden captarse las descargas de los PUMs correspondientes. Si el grado de contracción es excesivo, se activan demasiadas UMs y las curvas de las descargas se superponen unas a otras y sus respectivas formas de onda (FOs) se distorsionan. 3. Durante una contracción voluntaria máxima. La actividad EMG o actividad mioeléctrica alcanzada durante una contracción máxima informa sobre la población de UMs funcionantes: reducida en los procesos neurógenos y normal con reclutamiento precoz de todas las UMs con grados bajos de contracción en las miopatías.

REFERENCIAS: [1] Lauralee Sherwood, (2011). Fisiología humana de las células a los sistemas. Editorial CENGAGE

Learning, 7° edición. [2] Guzmán Valdivia C.H., Blanco Ortega A., Oliver Salazar M.A., Azcaray Rivera H. R., (2013) “Modelado

y simulación de un robot terapéutico para la rehabilitación de miembros inferiores”. Revista Ingeniería Biomédica ISSN 1909-9762(Vol.7, número 14, Pp42-50.

[3] R.Salazar-Varas, A.Costa, E. Lanez, A. Ubeda, E. Hortal and J.M. Azorín. (2015). Analyzing EEG signals to detect unexpected obstacles during walking. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 12:101 DOI 10.1189/s 1289-015-0095-4.

[4] Modelo biomecánico de la generación (2007) Freddy Antonio Pérez, Antonio José D’Alessandro Martínez y José del C. Azuaje Archivos Venezolanos de Farmacología y Terapéutica ISSN: 0798-0264

[5] Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 13th Edition By John E. Hall, PhD1168 pages [6] Electromyographic signal processing and analysis methods (2009) L. Gila1, A. Malanda2, I. Rodríguez

Carreño3, J. Rodríguez Falces2, J. Navallas2 An. Sist. Sanit. Navar. ; 32 (Supl. 3): 27-43 [7] The heat of shorting and the dynamic constat of muscle (1938) A.V. Hill The Royal Society is

collaborating with JSTOR to digitize, preserve, and extend access to Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences.

[8] Instrumentación Biomédica Tema 5 Electromiografía Navarro R.B. Departamento de electrónica de la Universidad de Alcalá España


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APLICACIONES BIOMÉDICAS DE LA MEDICINA TRADICIONAL, CON ÉNFASIS EN DOLOR

aLaboratorio de Tecnología y Salud, Coordinación Académica Región Altiplano, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Carretera Cedral Km 5600, Ejido San José de las Trojes, C.P. 78700, Matehuala, S.L.P. MÉXICO

bDepartamento de Farmacia, División de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad de Guanajuato, Noria Alta S/N Col. Noria Alta, C.P. 36050 Guanajuato, Gto. MÉXICO

*[email protected] and [email protected] RESUMEN: La medicina tradicional según la organización mundial de la salud (OMS) es el conjunto de conocimientos, aptitudes y prácticas basados en teorías, creencias y experiencias indígenas de las diferentes culturas, usados para el mantenimiento de la salud, así como para la prevención, el diagnóstico, el tratamiento de enfermedades incluyendo el dolor. Un elemento empleado para dolor es el clavo de olor, (Eugenia caryophyllata). Por ello, el propósito fue caracterizar el efecto del extracto de Eugenia caryophyllata (eugenol) mediante el test de formalina. Se encontró que diclofenaco, naproxeno y tramadol disminuyen el dolor (70%) en ambas fases del modelo; p≤0.05 vs grupo formalina al 5%. El extracto (1400µg/kg) disminuyó 33% en la fase 1 y 73.96% en la fase 1 y 2; p≤0.05 vs grupo formalina al 5%. Extracto (eugenol) disminuye el dolor tipo inflamatorio, presenta una tendencia analgésica aguda moderada, ambas comparables al efecto de diclofenaco pero inferior al efecto del naproxeno y el tramadol.

PALABRAS CLAVE: Eugenol, test de formalina, antinocicepción, analgesia.

INTRODUCCIÓN. Estudios en humanos muestran que el eugenol tiene actividad antiplaquetaria debido a su efecto en la formación de tromboxano A2 dependiente de ciclooxigenasa (Raghavendra y Naidu, 2009). Ha sido considerado como un agente anti-inflamatorio debido a su participación en la inhibición de la expresión de ciclooxigenasa tipo 2 (COX2) y por consecuencia de las prostaglandinas (PG´s) que de ella derivan (Murakami y cols., 2012). Las PG´s y los leucotrienos son mediadores en la respuesta inflamatoria, por ello, aumentan el flujo sanguíneo y la permeabilidad vascular y a concentraciones fisiológicas sensibiliza las terminaciones nerviosas y atenúa el dolor e inflamación (Faezeh, 2015). Bajo este contexto el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto analgésico/anti-inflamatorio del eugenol comparado con diclofenaco, naproxeno y tramadol por el método de formalina. METODOLOGÍA. Unidad experimental Se utilizaron ratas Wistar Kioto de 6 a 10 semanas con un peso de 250 g, (n= 5). La nocicepción fue bajo el modelo de formalina. El efecto antinociceptivo de los tratamientos 20 minutos antes de la administración intraplantar de formalina al 5%, posterior a ello se aplican los tratamientos (salina 0.9%, eugenol 1400 µg/kg, diclofenaco 250 µg/kg, naproxeno 400 µg/Kg y tramadol 500 µg/Kg).

%𝑎𝑛𝑡𝑖𝑛𝑜𝑐𝑖𝑝𝑒𝑐𝑖ó𝑛 =𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑙𝑎𝑚𝑖𝑑𝑎 (sin 𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 − 𝑐𝑜𝑛𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜)

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑚𝑖𝑑𝑎 sin 𝑓𝑎𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜𝑋100


19

RESULTADOS. El eugenol a una dosis de 1400 µg/Kg de rata, durante los primeros 15 min produce un decremento de 10 a 30 sacudidas vs grupo formalina 5% del minuto 15 y durante los 45 minutos siguientes se mantienen con 10 a 9 sacudidas teniendo variación de 34 sacudidas menos con respecto al grupo con formalina 5% (p≤0.05). La administración de diclofenaco (250 µg/Kg de rata) muestra a los 15 min una disminución de 28 a 12 sacudidas y de 12 a 5 sacudidas durante los 45 min siguientes (p≤0.05 vs formalina 5%, fase 2). El grupo con naproxeno (400 µg/Kg) desde el minuto 5 presenta 6 a 11 sacudidas manteniéndose así hasta el minuto 60 de evaluación (p≤0.05 vs formalina 5%). Al administrar tramadol (500 µg/Kg) desde el minuto 5 se observan una disminución hasta de 5 a 8 sacudidas manteniéndose así hasta el minuto 60 (p≤0.05 vs formalina 5%), ver figura 1.

Figura 1. Fase 1 de la prueba de formalina, los datos representan el Ẋ ± e.e de una n=5; * p≤0.05 vs grupo formalina 5%.

Los datos sugieren que eugenol tiene actividad moderada en la fase aguda del dolor y más actividad en el dolor de tipo inflamatorio, ambos efectos comparables al producido por diclofenaco pero inferior al efecto producido por el naproxeno y el tramadol a las dosis empleadas en el modelo de formalina. Es necesario realizar más estudios sobre los efectos del eugenol a diferentes dosis y en combinación con otros fármacos para aprovechar su potencial analgésico.

REFERENCIAS 1. Faezeh V.; Rezae R.; Saegara H.; Hashemzaei M.; Shirani K.; Karimi G. (2015) Effects of silymarin on neuropathic pain and formalin induced nociception in mice. vol.18 p. 715-720; 2. Raghavendra RH, Naidu KA. (2009) Spice active principles as the inhibitors of human platelet aggregation and thromboxane biosynthesis. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. : 81(1):73-8; 3. Y. Murakami, A. Kawata, Y. Seki, T. Koh, et al., (2012) Comparative inhibitory effects of magnolol, honokiol, eugenol and bis-eugenol on cyclooxygenase-2 expression and nuclear factor-kappa B activation in RAW264.7 macrophage-like cells stimulated with fimbriae of Porphyromonas gingivalis”, In Vivo, 26 (6): 941−950.

020406080

100120

Prueba de formalina fase 1

Núm

ero

de sa

cudi

dasd

e pa

ta

* * *0

50

100

150

200

250

300

350

Prueba de formalina fase 2

Núm

ero

de sa

cudi

dasd

e pa

ta

* *

**

**


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BASES DE LA CRIPTOGRAFÍA Y SU APLICACIÓN CON SISTEMAS CAÓTICOS.

M. García Martínez a*, R. E. Lozoya-Ponce a.

aInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, ITESM San Luis Potosí.

*[email protected]

RESUMEN:

La seguridad de la información digital cada vez tiene más auge, debido al creciente uso de dispositivos móviles, además del incremento de operaciones realizadas a través de internet. Esto representa un gran reto ya que, para lograr la confidencialidad, integridad y autentificación es necesario el uso de mecanismos especializados, una forma de proporcionar estos servicios es por medio de la criptografía, sin embargo, la creciente demanda requiere de nuevos algoritmos que sean más rápidos y a su vez más seguros. Una opción para lograr estos objetivos es la criptografía basada en sistemas caóticos.

PALABRAS CLAVE: criptografía, cifrado, sistemas dinámicos, comportamiento caótico.

INTRODUCCIÓN

Desde épocas antiguas ha existido la necesidad de ocultar mensajes a personas no deseadas por medio de mensajes ocultos o cifrados, en la actualidad el interés por cifrar información no solo se ha mantenido vigente, sino que además ha evolucionado y se ha adaptado a la tecnología de nuestros tiempos, dando como resultado el interés por ocultar información digital (archivos computacionales) pero ha mantenido su objetivo principal; dejar un mensaje ilegible, con la posibilidad de regresar a su forma original. La criptografía tiene un largo camino a través de la historia. El hombre a través del tiempo ha propuesto un sinfín de ideas, esquemas y algoritmos para cifrar información, con esta evolución a través de los años las posibilidades de la criptografía han aumentado, de forma general podemos establecer que se enfoca en resolver los problemas de confidencialidad, integridad y autenticación [1] y se clasifica como se muestra en la figura 1. En general el mensaje que se desea enviar se le denomina texto plano, el cual por medio de transformaciones se convierte en texto sin sentido al que se le denomina texto cifrado, es importante mencionar que para que esta transformación tenga sentido es necesario que este proceso requiera de una llave, de tal forma que solo cuando se aplica la llave correcta el proceso es reversible.


21

Figura 1. Clasificación de la criptografía.

Existen varios tipos de cifrados, por un lado, los cifrados simétricos permiten a dos usuarios compartir información cifrada haciendo uso de dos algoritmos uno para cifrar y otro para descifrar, en donde se utiliza la misma llave para cifrar y descifrar, este tipo de cifrados aún siguen en uso y son objeto de investigación y desarrollo. Con los cifrados simétricos se puede resolver el problema de confidencialidad. Existen dos clases dentro de esta clasificación, los cifrados en flujo y los cifrados en bloque. Los cifrados en bloque toman un conjunto de caracteres de longitud fija (típicamente la longitud es de 64, 128 o 256 bits) y los cifran simultáneamente. Cuanto mayor sea el tamaño del bloque, más seguro será el sistema de cifrado con la desventaja de que aumenta la complejidad del algoritmo haciéndolo más lento. Los cifrados en flujo toman la información bit a bit por lo que son mucho más rápidos que un cifrado en bloque. El principal componente de estos sistemas es un generador pseudo-aleatorio (PRNG por sus siglas en inglés), donde el texto cifrado se obtiene a partir de la combinación de la secuencia generada con la información por medio de la operación O-exclusiva (XOR). Es precisamente aquí en donde tiene cabida el uso de sistemas dinámicos de tiempo discreto, el principal objetivo es generar una serie de tiempo la cual debe tener comportamiento caótico y posteriormente convertirla a una serie de bits, la cual puede ser usada como secuencia pseudo-aleatoria.

REFERENCIAS:

[1] Menezes A. J., van Oorschot P. C. Vanstone S. A., (1997). Handbook of Applied Cryptography, CRC Press.

[2] Para C., Pelzl J., (2011). Understanding Cryptography, Springer.

[3] García-Martínez M., Campos-Cantón E., (2012). Pseudo-random bit generator based on lag time series. International Journal of Modern Physics C, Vol. 25, No. 4, 1350105.


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DISEÑO DE UN SISTEMA CAÓTICO POR UNA FUNCIÓN PWL CON UNA LÍNEA DE PUNTOS DE EQUILIBRIO

Delgado-Aranda Fa*, Campos-Cantón Ia

a Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, Facultad de Ciencias, UASLP San Luis Potosí, México.

*[email protected]

RESUMEN:

En este trabajo, se presenta un sistema tridimensional no lineal que genera un atractor caótico de doble enroscado. El término no lineal está dado por una función lineal por partes (PWL). El sistema contiene tres subespacios inestables: el primer sistema tiene una línea de puntos de equilibrio a 45 grados sobre el plano 𝑥𝑧 y los otros dos sólo tienen un punto de equilibrio. Además, se prueba la existencia del caos en nuestro sistema: dos de los exponentes de Lyapunov son positivos y uno de ellos es negativo.

PALABRAS CLAVE: Atractor caótico, exponente de Lyapunov, punto de equilibrio.

La teoría del caos estudia comportamientos erráticos e impredecibles como el clima, el cerebro humano, el comportamiento del corazón, entre otros. Estos comportamientos están representados por modelos matemáticos. Una cuestión interesante es el diseño y la implementación de sistemas caóticos usando sistemas dinámicos simples. El equilibrio es una característica importante de los sistemas dinámicos, ya que las trayectorias de movimiento dependen de los puntos de equilibrio del sistema. La mayoría de los sistemas caóticos reportados en la literatura tienen un número limitado de equilibrios y estos han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, en los últimos años, algunos científicos han desarrollado algunos sistemas caóticos con no linealidades cuadráticas como términos de producto cruzado. Estos sistemas caóticos tienen un número indeterminado de equilibrios. En este trabajo se presenta el estudio de un sistema caótico usando tres funciones PWL en un sistema tridimensional donde es posible encontrar una línea con una infinidad de equilibrios.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

El sistema propuesto está constituido por tres sistemas lineales, cada uno con un dominio propio 𝐷 y que genera una cuenca de atracción. Para cambiar la dirección de la trayectoria de una cuenca a otra, es necesario una condición dada en la función PWL que depende del estado 𝑥. El sistema está definido como sigue:

𝑥 = 10𝑦𝑦 = −𝑥 − 0.25𝑦 + 𝑧𝑧 = −2 𝑥 + 𝑦 + 𝑓(𝑧)

(1)

𝑓(𝑧) =

−3𝑧 + 3, 𝑥 > 0.32𝑧, 𝑥 ≤ 0.3

−3𝑧 − 3, 𝑥 < −0.3≜ 𝐷]≜ 𝐷^≜ 𝐷_

(2) Los puntos de equilibrio son obtenidos del conjunto de ecuaciones algebraicas de (1) cuando 𝑥 = 𝑦 = 𝑧 = 0. De (2) se puede observar que el sistema tiene un punto de equilibrio en 𝐷] en 𝑏 5 , 0, 𝑏 5 y otro en 𝐷_ en −𝑏 5 , 0, − 𝑏 5 .𝐷^ tiene una línea con


23

un número infinito de puntos de equilibrio en 𝑥, 0, 𝑥 . Note que este punto de equilibrio en se encuentran en términos de la variable de estado 𝑥. El sistema linealizado a través de la matriz Jacobiana está dada como sigue:

𝐽 =

0 10 0−1 −0.25 1−2 −2 𝑘

(3)

donde el parámetro 𝑘 depende del dominio 𝐷c. Para la región 𝐷^, k= 2, por lo tanto los eigenvalores del sistema son 𝜆],^ = 0.8750 ± 3.2763𝑖 y 𝜆_ = 0. Los eigenvalores asociados a 𝐷] y 𝐷_ cuando 𝑘 = −3 son 𝜆],^ = 0.1672 ± 3.7310𝑖 y 𝜆_ = 3.5844. El comportamiento caótico es verificado a través de sus exponentes de Lyapunov. Este sistema tiene dos exponentes positivos dados por 𝜂] = 0.4530 y 𝜂^ = 0.3242, y uno negativo dado por 𝜂_ = −2.7319. Finalmente, el sistema no lineal (1) genera un atractor caótico de doble enroscado, como se muestra en la Figura 1.

CONCLUSIONES

En este trabajo, se obtuvo un sistema caótico obtenido a través de funciones lineales por trozos con tres dominios, donde uno de ellos tiene un número infinito de puntos de equilibrio. Se comprueba que el sistema es caótico porque sus exponentes de Lyapunov son dos positivos y uno negativo. Como trabajo futuro, se propone desarrollar este sistema caótico PWL con 𝑛-enroscados para su implementación en el área de comunicaciones.

REFERENCIAS:

[1] Chua LO; Komuro M; Matsumoto T (1999). The double scroll family. IEEE T. Circuits Syst. 33: 1072-1118.

[2] Zhou P; Yang F (2014). Hyperchaos, chaos and horseshoe in a 4D nonlinear system with an infinite number of equilibrium points. Nonlinear Dynam 76: 473-480.

Figura 1. Atractor caótico de doble enroscado con una línea con un número infinito de puntos de equilibrio.


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CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE SISTEMAS HÍPER CAÓTICOS

Reyes-López LEa*, Murguía-Ibarra JSb, Rosu-Barbus HCc

aInstituto de Investigación en Comunicación Óptica UASLP, bFacultad de Ciencias UASLP,

cInstituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C., San Luis Potosí, México. *[email protected]

RESUMEN:

En este trabajo se caracterizan y analizan las series temporales provenientes de cuatro sistemas híper caóticos. En la caracterización y análisis se utiliza la versión discreta de la transformada wavelet. Los resultados obtenidos ilustran un comportamiento del tipo fractal en el cuarto estado de algunos de los sistemas, situación que no presentan los sistemas de tres estados que se encuentran en régimen caótico.

PALABRAS CLAVE: Sistemas híper caóticos, transformada wavelet, series temporales.

INTRODUCCIÓN:

El caos puede ser benéfico para muchas aplicaciones en el mundo real, como lo es en comunicaciones, mezcla de fluidos, y algunas otras aplicaciones en la ingeniería. El híper caos fue definido por Rössler en el año de 1979, como la dinámica en un atractor caótico con más de un exponente positivo de Lyapunov, implicando que la dinámica se puede apreciar como una expansión multidimensional. De hecho, tales sistemas presentan una mayor aleatoriedad, resultando benéfico en una gran cantidad de aplicaciones tal como los sistemas de comunicación, etc.

A pesar de que existen diferentes herramientas para analizar las series temporales (ST), la transformada wavelet (TW) ha resultado ser una herramienta muy apropiada para analizarlas y procesarlas. La TW se ha introducido y se ha desarrollado para estudiar una clase más grande de fenómenos tales como procesado de imágenes, compresión de datos, caos, fractales, entre otros.

DESARROLLO:

Se estudiaron series temporales con dinámica caótica proveniente de diferentes sistemas que presentaban dinámica híper caótica. Se analizaron las ST de los sistemas híper caóticos de Chen, de Chua, de Lorenz, así como el sistema multi-alas. En la implementación numérica de estos sistemas se utilizó el algoritmo de Runge-Kutta de cuarto orden con un paso de tiempo de 0.001 segundos. Asimismo, para calcular la TW se utilizó la función wavelet de Daubechies db12, ya que con esta función se presentó mayor estabilidad en los cálculos para todos los sistemas. Se establecieron tres tipos de comportamiento, los cuales son: 1) frecuencia portadora, 2) ruido Gaussiano y 3) fractal.

Se analizó la serie temporal del estado x del sistema de Chen [3]. En la Figura 1 (a) se muestra la serie temporal del estado x, mientras que en la Figura 1 (b) se ilustra el logaritmo de la varianza de los coeficientes del estado transformado en función del nivel de transformación m. Se puede observar que en el conjunto de niveles transformados (m = 5


25

hasta m = 9)se tiene una alta concentración de energía; lo anterior indica que la serie temporal presenta un comportamiento tipo frecuencia portadora. En la Figura 1 (c) se muestra la reconstrucción de dicho estado al considerar solo los niveles de transformación antes mencionados, por último en la Figura 1 (d) se presenta el error que existe entre el estado reconstruido y el original.

Figura 1. Diferentes perspectivas del atractor de Chen, (a) Datos numéricos del estado x, (b) logaritmo de la varianza de los coeficientes del estado transformado con respecto a los niveles de transformación, (c) reconstrucción del estado con 5 niveles wavelet. (d) Error entre la serie temporal y su reconstrucción.

CONCLUSIONES:

Se realizó el análisis de las ST provenientes de la familia de sistemas híper-caóticos usando la TW. Se observó que el sistema de Chen se tiene un comportamiento fractal en estado w, cosa que no sucede en ningún otro estado de dicho sistema. También resultó que la TW es una herramienta que ha sido útil para el procesado de este tipo de señales, sin embargo existen otras herramientas para el análisis de ST, sin embargo la TW es una herramienta muy atractiva sin mencionar que es una herramienta multidisciplinaria, ya que se puede aplicar en diferentes campos del conocimiento.

REFERENCIAS:

[1] Wornell G. W. & Oppenheim A. V., (1992). Wavelet-based representations for a class of self-similar signals with application to fractal modulation. IEEE Transactions on Information and Theory. 785 – 800.

[2] Campos-Cantón E., Murguía J. S. & Rosu H. C., (2008). Chaotic dynamics of a nonlinear electronic converter. International Journal of Bifurcartion and Chaos.

[3] Chaowen S., Simin Y., Jinhu L., & Guanrong C., (2015). Constructing hyperchaotic systems at will. International Journal of Circuit Theory and Applications.

−20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20−20

−10

0

10

20

X

Y

−20 −15 −10 −5 0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

30

X

Z

−20 −15 −10 −5 0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

30

Y

Z

0 1 2 3 4 5 6x 104

−100

10

n

xn (a)

2 4 6 8 10 12 14 16

−20

−15

−10

−5

0

5

10

15

20

25

m

log2 | var dm,n |(b)

0 1 2 3 4 5 6x 104

−10

0

10

n

xm (c)

0 1 2 3 4 5 6 7x 104

−10

0

10

xn − xm

n

(d)


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ALGUNOS PROBLEMAS ASOCIADOS AL CONTROL DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS VEHICULARES DE BAJAS O CERO

EMISIONES

Perez-Teniers S.I.a, Licea M.R.b,Díaz-Díaz I.A.c , Cervantes Ia* aInstituto Politécnico Nacional, ESIME-CU

bCONACYT-Instituto Tecnológico de Celaya., cDivisión de Matemáticas Aplicadas IPICyT

*[email protected] RESUMEN: En este artículo se da un panorama del manejo energético de algunas de las nuevas tecnologías vehiculares y de las complicaciones de control asociadas a ellas, en particular a la administración de la energía y, al seguimiento de potencia. PALABRAS CLAVE: vehículos eléctricos e híbridos, sistemas de manejo de energía. INTRODUCCIÓN Las tecnologías vehiculares convencionales usan máquinas de combustión interna (MCI) y combustibles fósiles en su sistema de propulsión; dado el actual número de vehículos, ellos representan una fuente de contaminación muy importante. El panorama anterior hace necesario disminuir el impacto ambiental de la transportación. Los vehículos híbridos (VH) se han concebido como un paso intermedio hacia el desarrollo de una transportación de alta autonomía y libre de emisiones (vehículos eléctricos, VE). Los VH usan MCI y motores eléctricos y junto con los VE requieren de la administración del sistema de tracción, por lo que existen dos tipos de problemas de control asociados a estos vehículos, los que constituyen la Estrategia de Manejo de Energía (EME) y los de seguimiento de potencia y mejora del desempeño de las señales de entrada/salida de los convertidores electrónicos de potencia (CEP). ADMINISTRACIÓN DE ENERGÍA Las EME son sistemas de protección, estimación y control del sistema de tracción (ST) y aseguran un alto desempeño del vehículo y una larga vida a las baterías/motor. Las EME pueden ser vistas como algoritmos de repartición de potencia variante en tiempo que presuponen sistemas de control de seguimiento para las MCI y para los convertidores electrónicos de potencia. La regulación del voltaje, el desacoplamiento dinámico, el rechazo de perturbaciones, son algunos de los problemas asociados a esta etapa de control. Por otro lado, los problemas asociados a la síntesis de las EMEs son la inclusión de las restricciones de operación de las fuentes, la dinámica de acoplamiento originaria del sistema de propulsión y sus elementos, así como la complejidad de los algoritmos y su implementación en tiempo real. Usualmente, las EMEs tienen restricciones dinámicas como la de regresar el vehículo al estado de carga inicial, pero su factibilidad depende del ST del vehículo y el patrón de manejo. La incertidumbre de ambas cosas suele pagarse con la falta de optimalidad de la operación.


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Debido a lo anterior, el uso de esquemas de operación heurístico que mejoren las condiciones de operación es algo muy común en la literatura. SEGUIMIENTO DE POTENCIA Y MEJORA DEL DESEMPEÑO La referencia de potencia que calcula la EME se sigue con el uso de controladores esclavos para las MCI y para los CEP. La regulación del voltaje, el desacoplamiento dinámico, el rechazo de perturbaciones, la corrección del factor de potencia (en el caso de versiones plug-in) y la reducción de transitorios son algunos de los problemas asociados a esta etapa de control. Así también, el seguimiento de potencia eléctrica, lleva consigo un problema de seguimiento de potencia mecánica de los motores, por lo que se requieren de controladores para cada motor, donde las complicaciones provienen de la falta de conocimiento dinámico, del acoplamiento dinámico y de las perturbaciones. Usualmente a bajas y medianas potencias, se usan como cargadores de baterías CPE monofásicos para corregir el factor de potencia. La elección de baterías y del CPE fija consigo el control, pues es este último quien determina si se puede o no controlar el rizo de corriente. Los cargadores deben alcanzar una alta eficiencia y una alta densidad de potencia que, dependiendo de la topología, pueden o no controlarse completamente. En algunas topologías aisladas y resonantes es posible regular la eficiencia de manera paralela a la densidad de potencia, mientras que en otras, la eficiencia constituye una restricción del diseño del convertidor y dependiente del ciclo de trabajo. Las transformaciones de rotación de las señales variante en tiempo del CPE usualmente derivadas del proceso de control, resultan en limitaciones adversas sobre la reducción de la distorsión armónica. Debido a que la temperatura tiene un gran efecto en estado de carga de una batería, éste no puede ser medido directamente, sino que debe que estimarse. Esta estimación y su correspondencia con el voltaje son en general, no lineales, variantes en tiempo, por lo que su control además requiere de la estimación de estados, lo que presupone una confiabilidad mínima en los modelos dinámicos que les describen. Las complicaciones de esta etapa de control provienen de la falta de conocimiento dinámico, del comportamiento no lineal y de las perturbaciones.

Existen retos de seguridad asociados a la interconexión de baterías y Ultracapacitores (UC), que en general no se cargan/ descargan de igual manera. Esto se debe a la impedancia interna y a la tasa de auto-descarga. Lo anterior aunado a variaciones de degradación y de temperatura de operación, que hacen que la EMEs tenga que monitorear cada elemento, así como operarlo de manera distinta. Con el fin de salvar los requerimientos de potencia, la interconexión de baterias o UC es muy común. Sin embargo, un desbalanceo en estos arreglos trae como resultado un uso potencialmente peligroso de los dispositivos, por lo que es necesario ecualizar los arreglos. Esto último se hace con elementos disipativos y no disipativos. En los disipativos se usan resistores para sacar la energía “sobrante”, mientras que en los no disipativos se usan CPEs para controlar el flujo de la energía. Las complicaciones de esta etapa de control provienen de la falta de conocimiento dinámico, del acoplamiento dinámico y de las perturbaciones. En conclusión, los problemas de control en VE y VH dependen de las especificaciones de desempeño del tren de potencia, que a su vez fijan el tipo de baterías y la electrónica de potencia, por lo que la detección de problemas de control, se debe hacer en la etapa de diseño del vehículo para la correcta elección del control.


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DISEÑO DE CAJAS DE SUSTITUCIÓN (S-BOX) PARA SISTEMAS DE CIFRADO EMPLEANDO AUTÓMATAS CELULARES.

Murguia-Ibarra JS.a, Mejia-Carlos M.b, Aboytes-Gonzalez JA.b*

a Facultad de Ciencias, UASLP, b Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, UASLP, San Luis Potosí, México.

*[email protected]

RESUMEN:

En este trabajo se describe lo que son las cajas de sustitución y su utilidad en los sistemas de cifrado, además se propone una forma de generarlas a partir de los autómatas celulares y de cómo validar su seguridad.

PALABRAS CLAVE: S-Box, Cajas de Sustitución, Autómatas Celulares, Sistemas de Cifrado.

INTRODUCCIÓN

Las cajas de sustitución son mecanismos criptográficos que le agregan fortaleza a los sistemas de cifrado, la forma de trabajar de estas cajas de sustitución es tomar un bloque de texto plano y convertirlo en otro, para después cifrarlo. Sistemas como el DES o el AES hacen uso de estos mecanismos para hacer un cifrado más robusto sin sacrificar tiempo de procesado.

En este trabajo se toma como base el generador de llaves del sistema de cifrado CSAC y después al usar los campos finitos G8 como capa extra de seguridad, se crea una caja de sustitución con una buena seguridad, a continuación, se presenta la forma en la en la que se genera esta caja de sustitución y las pruebas afirman que su seguridad es buena.

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LA CAJA DE SUSTITUCIÓN

Para el diseño de la caja de sustitución se usaron los autómatas celulares y en específico se basó el diseño en la llamada función H, que se emplea en el sistema de cifrado CSAC para crear las llaves de cifrado [1][2]. Para visualizar de una forma más sencilla la implementación en [3] se propone un enfoque matricial del sistema CSAC, por lo que la función H es vista como una matriz, esta matriz H se modificó para formar una nueva denominada Hm, esta nueva matriz Hm se genera tomando una parte de la matriz H

𝑯 =

1 0 00 1 01 0 1

0 0 10 1 00 0 0

0 01 00 1

0 0 01 0 10 1 0

1 1 00 0 10 1 0

1 00 00 0

1 0 00 0 0

0 0 00 1 0

0 00 0

(1)


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Después para generar las cadenas de números aleatorios, la matriz Hm se multiplica por un vector p que representa las posiciones de la caja de sustitución (Ecuación (2)). El resultado es retroalimentado en la entrada y como la correspondencia entre entrada y salida es uno a uno, no cabe la posibilidad de que se repitan los datos de la salida, este procedimiento se repite hasta llenar la caja de sustitución

𝑝'p] = 𝑯𝒎 ∗ 𝑝' 𝑚𝑜𝑑2 (2)

El vector p puede tomar valores desde 0 hasta 255. El resultado es almacenado dentro de la caja de sustitución en la coordenada con la que fue creado, después para darle una capa extra de seguridad se obtiene el inverso multiplicativo en los campos finitos G8 [5] de cada uno de los elementos de la caja de sustitución. En la Figura 1, se muestra la caja de sustitución generada.

Figura 1. Caja de sustitución propuesta.

PRUEBAS DE SEGURIDAD Y RESULTADOS DE LA CAJA DE SUSTITUCIÓN

Las pruebas que se le aplican a la caja de sustitución para verificar su seguridad son las siguientes: No linealidad, Criterio de independencia de bits, Criterio estricto avalanche, Probabilidad de aproximación lineal y Probabilidad de aproximación diferencial. Las descripciones de estas pruebas pueden verse en [6], los resultados obtenidos se compararon con los de la caja de sustitución empleada en el AES. En la tabla 1, se muestran estos resultados obtenidos.

Tabla 1. Resultados de pruebas

CONCLUSIONES

Al comparar los resultados podemos ver que son iguales a los de la caja de sustitución que usa el AES, pero dichos resultados fueron obtenidos después de haber usado las

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

AES PropuestaNoLinealidad 112 112E.Avalanche 0.4999 0.5015IndependenciadeBits 112 112ProbabilidadDiferencial 0.015 0.0156ProbabilidadLineal 0.062 0.0625


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permutaciones en G8 como capa extra de seguridad. Actualmente se está trabajando en encontrar una forma de diseñar una caja de sustitución sin la necesidad de usar los campos finitos G8 y obtener los mismos resultados.

REFERENCIAS:

[1] M. Mejía Carlos, Ph. D. Thesis, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, SLP, (2001).

[2] J. Urías, E. Ugalde and G. Salazar, “A cryptosystem based on cellular automata” Chaos 8, 819, (1998).

[3] M. T. Ramírez-Torres, J. S. Murguía, and M. Mejía Carlos “Image encryption with an improved cryptosystem based on a matrix approach”, Int. J. Mod. Phys. C, Vol.25, No. 10 1450054, (2014). [4] Wolfram, S.A New Kind of Science.Champaign, IL: Wolfram Media, pp. 23-60,112, and865-866, 2002. [5] Christoforus Juan Benvenuto, Galois Field in Cryptography, (2012).

[6] S. Farwa, T. Shah, L. Idrees. A highly nonlinear s - box based on a fractional linear transformation. SpringerPlus, DOI 10.1186 / s40064-016-3298-7, (2016).


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PROTOCOLO ALGEBRAICO PARA LA CRIPTOGRAFÍA DE CLAVE PÚBLICA

Cabrera-Ibarra Ha, Hernández-Granados DIa*

a Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, San Luis Potosí, México. *[email protected]

RESUMEN: Un protocolo es un algoritmo compuesto por múltiples instrucciones, el cual especifica el orden en el que dichas instrucciones deben llevarse a cabo, con el fin de lograr un objetivo específico. Así, un protocolo algebraico para el establecimiento de una clave pública, es uno mediante el cual un secreto debe ser compartido sólo entre personas autorizadas, que se basa en la dificultad de resolver ecuaciones que involucran estructuras algebraicas, las cuales son la base teórica para la construcción de criptosistemas asimétricos. PALABRAS CLAVE: algoritmo, criptosistema, asimétrico, grupo.

La Criptología es la ciencia que trata los problemas teóricos, relacionados con la seguridad en el intercambio de mensajes entre un emisor y un receptor a través de un canal de comunicación. Esta ciencia está dividida en dos grandes ramas: la criptografía, ocupada de diseñar métodos para escribir mensajes en clave, y el criptoanálisis, que trata de descifrar dichos mensajes. La criptografía ha sido usada a lo largo de la historia. Y por su naturaleza, había sido usada principalmente con fines bélicos. Sin embargo, en la actualidad, es una herramienta aplicada a nuestra vida cotidiana, como por ejemplo: en cajeros automáticos o en los teléfonos celulares. El objetivo principal de la criptografía es mandar un mensaje de manera "oculta", a lo cual se le llama un mensaje "cifrado" o "encriptado", y que sólo el receptor, con una “clave secreta”, pueda "descifrarlo" y así poder acceder a su contenido. Para su estudio, la criptografía se divide en dos tipos:

La criptografía simétrica o criptografía de clave secreta, es el conjunto de algoritmos que funcionan con una sola clave, dicha clave, la tiene tanto el emisor como el receptor y la cual debe de permanecer secreta. La seguridad de este tipo de criptografía se basa en la “clave”. Casi toda la criptografía usada antes del año 1974 era simétrica.

La criptografía asimétrica o criptografía de clave pública, es el conjunto de algoritmos que funcionan con dos claves (una clave para cifrar y otra para descifrar). Se basa en operaciones matemáticas complejas. El emisor emplea la clave pública del receptor para cifrar el mensaje y éste último lo descifra con su clave privada. Por lo tanto se logra la confidencialidad del envío del mensaje, nadie salvo el destinatario puede descifrarlo.

El criptoanálisis computacional (ver [1] y [2]) ha renovado el interés en el desarrollo de nuevos métodos criptográficos. Estos métodos incluyen criptografía de clave pública basados en sistemas de monomios ocultos, sistemas de combinatoria algebraica y la teoría de curvas elípticas (ver [3]). UN PROTOCOLO BASADO EN LA TEORÍA DE GRUPOS: A continuación se muestra un protocolo algebraico (ver [4]) para el establecimiento de una clave pública, el cual consiste de forma general en un quinteto (1, 2, β, 1, 2) donde 1, 2 denotan un grupo y para este ejemplo 1=2; β,1,2 son funciones definidas del producto cartesiano G x G a G. Tales que:


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Para todo elemento x, 1, 2 de G, se cumple:

(,(1 2)) = (,1) (,2) (1)

Para todo elemento x, y de G, se cumple:

1 (,(, )) = 2 (,(, )) (2)

(3) Si 1, 2,…, son elementos de G y (,1),(,2),…,(,), son públicamente conocidos para algún elemento secreto x de G. Entonces, en general, no es posible calcular fácilmente dicho elemento secreto x.

EJEMPLO: A los usuarios A y B se les asignan, públicamente los subgrupos y , ambos subgrupos de un grupo G. Donde dichos subgrupos están generados por: =<1,…,> y =<1,…,> respectivamente. Elegimos: (x,)= (1 (conjugación), 1(,)=(1 y 2(,)=(1 .

Después, los usuarios A y B, escogen su elemento secreto: “a” en y “b” en , respectivamente, luego para iniciar el protocolo, el usuario A debe enviarle a B los elementos: (11,…, (1, y el usuarios B debe enviarle a A los elementos: (11,…, (1.

Un adversario que este observando esta transmisión, no podrá determinar “a” o “b” a menos que él pueda resolver un sistema de ecuaciones conjugadas basadas en el grupo G. La multiplicación de dos elementos en el grupo, se obtiene al concatenar las expresiones que representan a cada elemento. El proceso para la re escritura, aunque no único, debe elegirse de modo que el adversario no pueda determinar el elemento conjugando aunque él pueda ver la transmisión pública de los elementos. Recordar que por la propiedad (1) se tiene que el conjugado del producto de dos elementos es el producto de la conjugación de cada uno de ellos.

Los usuarios A y B pueden ahora calcular, los elementos:(, )= (1 y(, )= (1, respectivamente. Por último, para obtener una llave en común, el usuario A debe calcular: k= 1(, (, ))=(1(1; mientras que el usuario B debe calcular: k=2(, (, ))=(1(1. Con ello, cada usuario obtiene una clave k, la cual es la misma para ambos y puede estar escrita de dos formas diferentes.

El ejemplo anterior nos conduce a preguntarnos: ¿Si cambiamos el grupo usado G (por: el grupo Diédrico, el grupo simétrico, el grupo de trenzas, etc.) cambiará el grado de seguridad del protocolo? Si usamos por ejemplo, el grupo de trenzas, nos enfrentamos al problema de cómo determinar si dos trenzas son iguales y el cómo reducir una trenza a su forma canónica.

REFERENCIAS: [1] Boneh D (1999). Twenty years of attacks on the RSA cryptosystem. Notices Amer. Math. Soc. 46:203-

213. [2] Van - Oorschot PC; Wiener MJ (1999). Parallel collision search with cryptanalytic applications. J.

Cryptology. 12: 1-28 [3] Koblitz N (1998). Algebraic aspects of Cryptography, Algorithms and Computation in Mathematics, 3.

Springer-Verlag, Berlin.


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[4] Anshel I; Anshel M; Goldfeld D (1999). An algebraic method for public – key cryptography. Mathematical Research Letters 6:1-5.

MEDICIÓN DE SEÑALES UTILIZANDO MATLAB Y ARDUINO

Contreras-Torres JJ, Cortez-Soriano M, Escareño-González SM, Guerrero-Guerrero K, Torres-Alonso YF, Ontañon-Garcia Pimentel LJ, Ramírez-Torres MT

Coordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP *[email protected]

Salinas, San Luis Potosí

RESUMEN:

En el presente trabajo se llevará a cabo el diseño de un sistema de adquisición de datos mediante sistemas embebidos (placa Arduino). Se efectuarán el diseño y conexión de algunos sensores para la obtención de señales mediante la programación en Arduino. Se utilizarán el software Matlab para el control de entradas (señales) y salidas (gráficas) además de servir como herramienta de filtrado de señales analógicas, con opción de guardado en ficheros de las señales para procesamientos posteriores, también será posible devolver la señal procesada por un canal a tiempo real. [1]

PALABRAS CLAVE: Matlab, Arduino, Señales.

INTRODUCCIÓN:

En la vida cotidiana, se realizan mediciones de magnitudes físicas como la temperatura, signos vitales del ser humano, sonido, entre otras más. Esta información es útil en muchos aspectos, y en ocasiones se requiere analizar estas magnitudes como señales analógicas para observar su comportamiento por largos periodos de tiempo.

Matlab es conocido por ser un entorno de computación utilizado en áreas científicas y de ingeniería principalmente debido a su capacidad en la resolución de problemas matemáticos, distinguido principalmente por la utilización de matrices.[2] Una de sus funciones es el procesamiento de señales. De esta manera no sólo se pueden analizar señales analógicas y/o digitales previamente obtenidas en Matlab, sino que se pueden guardar y analizar en tiempo real o posterior.

Arduino hace esto posible, y no sólo permite la monitorización de señales en tiempo real sino que además se le pueden cargar instrucciones para la manipulación y procesamientos de dichas señales.

MATERIALES Y MÉTODOS:

Para poner en marcha este proyecto se necesitan de varios componentes eléctricos. En la figura 1 se presenta lo necesario para realizar la medición de temperatura, magnitud elegida para hacer las primeras pruebas en Matlab con Arduino.

Una vez listos los componentes hardware se procede a la estructuración de código en Matlab que hace posible la obtención de señales en Matlab para su posterior procesamiento. Se utilizan gráficas para la representación de las señales.


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Para el almacenamiento de las señales se utiliza una matriz, en la cual se van almacenando los valores de la señal de acuerdo al tiempo en que se están midiendo.

RESULTADOS:

Para las primeras pruebas se conecta el sensor de temperatura LM35 con Arduino, y a través de la comunicación con Matlab se obtienen las primeras lecturas. Se muestran las variaciones de temperatura a través de gráficas con respecto del tiempo (Figura 2). El eje X representa el tiempo y el eje Y la temperatura en grados. Para adquirir estas muestras, el sensor se sometió a cambios bruscos manipulados por el equipo de trabajo, debido a que la temperatura en el lugar de trabajo es constante.

Figura 1) Diagrama de conexión del sensor LM35. Figura 2) Señal adquirida del sensor de temperatura en tiempo real.

CONCLUSIONES:

Los resultados obtenidos durante la realización de este proyecto además de la exitosa comunicación de Matlab con Arduino dejan saber que es posible medir, guardar y manipular señales en tiempo real. De esta manera, se propone avanzar la investigación y aplicación del procesamiento de señales. No sólo en la medición de temperatura sino aplicándolo a otros ámbitos de importancia para la sociedad, como es la biomédica. [3]

REFERENCIAS:

[1] Villanueva Martínez Sergio (2015) Diseño de un sistema de captura y procesamiento de señales. pp. 1-6

[2] Moore H. (2007) MATLAB para ingenieros. Primera Edición. Pearson Education. pp. 107-186.

[3] Brazeiro J, Petraccia S, Valdés M. (2015) Mano controlada por señales musculares pp. 1-2, 29-38.


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CIFRADO PARCIAL DE IMÁGENES UTILIZANDO AUTÓMATAS CELULARES.

Espindola-Paizano BJa*, González-Del Rio JDa, De la Rosa-García LFa, Ramírez-Torres MTa

aCoordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP, San Luis Potosí, México. *[email protected]

RESUMEN.

En esta investigación se propone realizar y validar una nueva versión de cifrado parcial del sistema CSAC. El sistema CSAC es un algoritmo criptográfico simétrico desarrollado en la UASLP, sus siglas significan Cifrado basado en la Sincronización de Autómatas Celulares. Este algoritmo, en su versión de cifrado completo ha sido utilizado para proteger imágenes, utilizando la plataforma de LabVIEW este algoritmo fue validado, pasando satisfactoriamente diversas pruebas que consistían en ataques estadísticos y de criptoanálisis. Dada su alta latencia, el sistema CSAC necesita ser optimizado, objetivo principal de esta investigación. El método propuesto es realizar diversas modificaciones para ejecutar el cifrado de manera parcial, sin comprometer la seguridad. Esta nueva versión será validada incluyendo ataques específicos a algoritmos de cifrado parcial. Además en este panorama, para el desarrollo de esta investigación también se proponen varias formas de codificar las imágenes y reducir el número de bits necesarios para su representación.

PALABRAS CLAVE: procesamiento, imágenes, LabVIEW, esteganografía, cifrado.

INTRODUCCIÓN.

En la actualidad el envío de información como textos, imágenes, música, videos, juegos, aplicaciones, entre otros son compartidos a través de diversos medios de comunicación, quedando expuestos a ataques, permitiendo el acceso no autorizado a todos los datos. Afortunadamente existen medidas de seguridad para proteger la información empleando técnicas como el cifrado y la esteganografía. El cifrado o encriptación de imágenes es un área de estudio que requiere de conocimientos específicos y consideraciones dadas las características intrínsecas que las imágenes poseen. El propósito principal es volver ininteligible la imagen impidiendo así que el personal no autorizado pueda visualizar su contenido. Mientras que la esteganografía permite ocultar información dentro de portadores, logrando así pasar información de manera inadvertida ante los atacantes de un sistema. Ante la creciente demanda de seguridad por parte de usuarios, gobiernos y empresas, estas dos técnicas podrían ser la solución a la problemática actual.

METODOLOGIA.

Durante el tiempo de desarrollo de la investigación se ha logrado conformar varios algoritmos, donde se han manipulado y transformado imágenes destacando algunas características o bien generando nuevas imágenes a partir de las originales. Para los


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algoritmos de criptografía y esteganografía se han estado utilizando las imágenes de Lena, mandril y pimientos, que son ampliamente utilizadas en el procesamiento de imágenes.

ESTEGANOGRAFÍA.

Es el método de ocultamiento de la información entre los bits de datos presentes en los bits menos significativos. El mensaje a ocultar se embebe en una imagen portadora, modulando los coeficientes originales en el dominio de transformación. El método más común de la esteganografía actual es hacer uso de LSB (Less Significant Bytes) de los pixeles de la imagen portadora. Para volver a obtener la imagen oculta, se extraen los bits de datos de los coeficientes, se realiza la inserción en los MSB (Most Significant Bytes) [1].

Basado en esta técnica, en esta investigación se propone trabajar con un nuevo algoritmo que consiste principalmente en la codificación de imágenes en RGB a escala de grises, transformando así la imagen de tal manera que siga conservando su calidad, esta codificación nos servirá para la reconstrucción de la imagen original. El objetivo es reducir los bits por cifrar cuando se pasa la imagen a escala de grises, optimizando el número de operaciones.

CIFRADO.

En esta investigación se utiliza un sistema de Cifrado basado en el fenómeno de Sincronización de Autómatas Celulares (CSAC) [2], siendo un cifrador simétrico que trabaja con bloques de 2k-1 bits, utilizando una subllave para cada bloque, derivada de una llave generada inicialmente. Este sistema está formado por un algoritmo generador pseudoaleatorio de claves, que nos produce una secuencia de dígitos binarios con igual probabilidad de aparición [3].

Tomando como base el sistema CSAC dada su latencia, se pretende configurar este algoritmo a una forma parcial, de tal manera que se optimice su ejecución, sin afectar la calidad y la seguridad del cifrado. Para llevar a cabo la optimización del algoritmo se estará reutilizando la subllave ya antes mencionada para cifrar más bloques, esto permitirá disminuir el trabajo del generador pseudoaleatorio. Esta nueva versión se buscara validar a través de pruebas incluyendo ataques específicos de los algoritmos de cifrado parcial ya existentes.

REFERENCIAS:

[1] Martínez Ramírez A. (2016). Esteganografía: El arte de comunicarse inadvertidamente. Universitarios potosinos, marzo 2016, 20-25.

[2] Ramirez Torres M. T. (2015). Application and implementation of an improved encryption system. Tesis Doctoral. Universidad Autónoma de San Luis Potosi, San Luis Potosi., Mexico.

[3] Ramírez Torres M. T., Murguía J. S. & Mejía Carlos M. (2014). Image encryption with an improved cryptosystem based on a matrix approach. International Journal of Modern Physics C.Vol. 25, No. 10 (2014) 1450054 (16 pages)


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SISTEMAS DINÁMICOS BASADOS EN LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA DE LA NEURONA

Caballero-Flores FMa*, Ontañon-García LJb, Campos-Cantón Ea

aInstituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, San Luis Potosí, México, bCoordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP.

*[email protected]

RESUMEN:

La actividad eléctrica que presenta la neurona juega un papel muy importante en el procesamiento de la información, dicha actividad está controlada y mantenida por las corrientes iónicas que fluyen a través de la membrana plasmática. La evolución de las variables que caracterizan a un sistema neuronal pueden describirse mediante un sistema dinámico que involucra la evolución temporal del potencial de membrana y los mecanismos iónicos implicados. Una neurona es esencialmente un sistema dinámico no lineal. Su estado depende de las interacciones entre sus estados anteriores, sus propiedades intrínsecas y la entrada sináptica o estímulo que recibe. El presente trabajo muestra como estos factores se incluyen en el modelo de Hodgkin-Huxley.

PALABRAS CLAVE: Neurona, sistema dinámico, electrónica, potencial de acción.

INTRODUCCIÓN

Todas las células de los organismos tienen un comportamiento eléctrico como resultado de la diferencia de concentraciones que existe dentro y fuera de la membrana celular conocido como potencial de membrana [1]. Al inicio, las células tienen un potencial de reposo, sin embargo, el potencial de membrana cambia cuando el flujo de iones atraviesa la membrana como sucede en un potencial de acción. Esto es posible debido a que algunos canales iónicos están cerrados o abiertos.

En el caso de la neurona, la ejecución de algún estímulo ocasionará que la neurona pueda ser excitada, si dicho estímulo es lo suficientemente grande con respecto a un valor de umbral de excitabilidad, la neurona generará un potencial de acción y comenzará a disparar. En caso contrario, si el estímulo no es lo suficientemente grande, la neurona volverá a su estado de reposo. El potencial de acción es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular y son el núcleo de la transmisión del impulso nervioso [1].

EL SISTEMA DINÁMICO NEURONAL DE HODGKIN–HUXLEY

Para estudiar el comportamiento de la neurona se analiza la actividad eléctrica que presenta la membrana, donde el cambio eléctrico es el potencial de acción denotado por 𝑉t. El cambio eléctrico es debido a la expresión de cambios de permeabilidad de la membrana a las concentraciones de los diferentes iones (Na+, K+ y Cl-).


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Hodgkin y Huxley (HH) realizaron mediciones de la actividad eléctrica en el axón del calamar gigante, descritos en una serie de artículos publicados en 1952 en el Journal of Physiology [2], en donde la conclusión de dichos trabajos fue la obtención de una descripción cuantitativa del flujo eléctrico a través de la membrana.

El principio fue equiparar a la neurona con un circuito eléctrico tipo RC (resistencias y capacitores) en un arreglo en paralelo como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Circuito eléctrico de HH representando la membrana. 𝑅vw = 1/𝑔vw; 𝑅z = 1/𝑔z; 𝑅 = 1/𝑔. 𝑅vw y

𝑅z varían con el tiempo y potencial de membrana; los demás componentes son constantes.

El circuito consta de tres componentes: la membrana celular que puede ser vista como un capacitor el cual tiene la capacidad de almacenar carga, las resistencias son representadas por los distintos tipos de canales iónicos incrustados en la membrana, mientras que las baterías quedan caracterizadas debido a los potenciales establecidos por las diferencias de concentración iónica entre la parte interna y externa de la membrana. Aplicando la ley de ohm y leyes de Kirchhoff en el circuito, la dinámica del voltaje a lo largo de la membrana es proporcional a la suma de las corrientes en el circuito y está dada por la ecuación diferencial (1).

𝑑𝑉t𝑑𝑡

=1𝐶t

𝐼 − 𝐼~ + 𝐼+ 𝐼

(1)

Donde 𝐼 es la corriente de excitación, la sumatoria de corrientes 𝐼~ + 𝐼 + 𝐼 =𝑔 𝑉 − 𝑉 , las cuales dependen de las conductancias 𝑔c y el potencial de

equilibrio 𝑉c de cada ion participante (véase [2] para modelo completo).

CONCLUSIONES

Es transcendental entender el mecanismo molecular para la generación del potencial de acción en la neurona, ya que es la base de la comunicación neuronal, donde Hodgkin y Huxley a partir de datos experimentales, fueron los primeros en mostrar un sistema de ecuaciones que modelara el potencial de membrana del axón, a partir de la dinámica del flujo de iones ante un estímulo eléctrico. Es importante tener un modelo matemático de la neurona, ya que existen numerosas herramientas matemáticas para estudiar los diferentes comportamientos que exhibe la neurona y entender la información codificada implicada en el impulso nervioso, además es la base en ramas como neurociencia computacional, biofísica, entre otras.


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REFERENCIAS:

[1] Purves D; Augustine GJ; Fitzpatrick D; Hall WC; Lamantia AS; McNamara JO; Williams SM (2004). Neuroscience. Sinauer Associates.

[2] Hodgkin AL; Huxley AF (1952). A Quantitative Description of Membrane Current and Its Application to Conduction and Excitation in Nerve. The Journal of Physiology. Vol. 117, 4: 500–544.

DISPOSITIVO PARA LA MANIPULACIÓN AXIAL DE COMPUESTOS DE MICROFLUIDOS

Razo-Infante LPa, Díaz-Díaz IAa*, Rodríguez-López JLb

a Laboratorio de SMD, División de Matemáticas Aplicadas, IPICyT, b División de Materiales Avanzados, IPICyT, San Luis Potosí, México

*[email protected]

RESUMEN:

El análisis de compuestos y otros agentes microfluidicos juega un papel importante en el diagnóstico de enfermedades. Tradicionalmente estos análisis son llevados a cabo en un laboratorio, por lo que se requiere mucho tiempo en el manejo de instrumentos manuales y sofisticado equipamiento. Recientemente surgió una forma de manipulación de microfluidos que pueda superar estas limitaciones, la idea se basa en crear chips de laboratorio miniaturizados y automatizados (Digital Microfluidic Chips, DMC) que permitan el movimiento de compuestos electrolíticos en gotas del orden de micro litros (µl). Esta innovación parte de dividir los dispositivos en celdas individuales y hacer depósitos de muestras en cada una de ellas, sometiéndolas a diferentes voltajes y frecuencias creando un efecto de campo eléctrico que permita controlar, individual e independientemente el movimiento de las muestras (gotas) con mayor flexibilidad.

PALABRAS CLAVE: microfluidos, chips de laboratorio, electrólisis, campo eléctrico.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años ha surgido la idea de desarrollar sistemas integrados miniaturizados para realizar análisis químico y/o biológico. El objetivo final de estos sistemas es reducir los procedimientos y equipos de laboratorio más comunes a formatos de microanálisis [1] [2]. La tecnología de estos sistemas se basa en la manipulación automática de micromuestras electrolíticas liquidas. En este artículo se propone un prototipo que agilice el procedimiento de mezclas y compuestos; además de abaratar el uso de materiales de laboratorio. La aplicación de este prototipo de laboratorio, es la primera etapa para desarrollar un biosensor que facilite la detección del virus de papiloma humano (VPH) que sea económico y confiable. Mediante el chip se pretende mezclar y separar los químicos que se necesitan para revelar la presencia del VPH en las células.

MÉTODOS Y MATERIALES

El movimiento del micro-fluido comprende varios factores como i) el ángulo de contacto de la gota con la superficie del electrodo, ii) la tensión de activación, iii) la velocidad de movimiento, entre otros [3]. La arquitectura del dispositivo comprende un arreglo de


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electrodos cubiertos por una capa dieléctrica y una hidrofóbica. Los electrodos permiten la creación de un campo eléctrico mediante diferencias de potencial eléctrico (0 – 200 V y 0 – 500 V) [1]. El movimiento de las gotas se da energizando los electrodos por medio de la conmutación de MOSFETs tipo n con variaciones de frecuencia de 10 Hz hasta los 18 kHz. La señal de activación del MOSFET es generada en un microcontrolador [3]. El prototipo diseñado se muestra en la Figura 1, un arreglo de electrodos en forma de rectángulo en la parte superior de una placa fenólica, recubiertos con aceite orgánico (aceite de cocina, cacahuate, etc.), seguido de una hoja de polietileno cortada a la medida del arreglo de los electrodos. La capa hidrofóbica se obtiene aplicando sobre el polietileno repelente de agua (Rain-X®). El voltaje de hasta 500 V de corriente directa se obtiene de un convertidor CD-CD. El control de la energía en cada uno de los electrodos se hace con MOSFETs. La señal de encendido o apagado de los MOSFETs se selecciona mediante un botón conectado a un microcontrolador que genera una onda cuadrada de una frecuencia determinada.

Figura 1. Relación de las partes del dispositivo de movimiento microfluidico.

CONCLUSIONES

El movimiento de la gota se puede controlar con el prototipo desarrollado. La efectividad del sistema depende del voltaje en los electrodos y la frecuencia de conmutación de los MOSFET. Este dispositivo es el principio de un biosensor que se pretende desarrollar; además del movimiento de las gotas, es necesario mezclarlas con otros componentes químicos, someterlas a diferentes temperaturas y por último separarlas, para así finalizar el proceso de detección del VPH.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al CONACYT por el apoyo otorgado para la realización del proyecto número 216315.

REFERENCIAS: [1] Pollack M; Fair R; Shenderov A; (2002). Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidic

applications. Appl. Phys. Lett., vol. 77, no. 11, pp. 1725-1726, Jul 2000. [2] Mastrangelo C.H; Burns M.A; Burke D.T. Microfabricated devices for genetic diagnostics. Proc. of IEEE,

86(8):1769–1787, 1998.


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[3] Li Y; Chen R; Baker R; (2014). A Fast Fabricating Electrowetting Platform to Implement Large Droplet Manipulation. In Proceedings of the 57th Midwest Symposium on Circuits and Systems. IEEE: College Station, 2014.

UNA APROXIMACIÓN PARA GENERACIÓN DE MOVIMIENTO BROWNIANO DETERMINÍSTICO

Huerta-Cuellar Ga, Campos-Cantón Eb

a Centro Universitario de Los Lagos, Universidad de Guadalajara, b Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica,

RESUMEN:

En este trabajo se muestra la propuesta de un sistema de ecuaciones diferenciales utilizado para generar movimiento Browniano de forma determinística. La dinámica generada por el modelo es caracterizada y se encuentra que el modelo exhibe importantes características del movimiento Browniano. Los resultados obtenidos con el sistema propuesto no muestran una diferencia sustancial al compararlos con los obtenidos mediante la generación de movimiento Browniano tradicional.

PALABRAS CLAVE: Movimiento Browniano, ecuaciones deterministas, simulación.

INTRODUCCIÓN

El movimiento Browniano ha sido estudiado extensamente desde su descubrimiento en 1828 realizado por biólogo Robert Brown. Hasta la fecha este comportamiento se ha definido como estocástico y continuo en el tiempo, pero la naturaleza del movimiento Browniano sigue siendo incierta y muchas preguntas siguen abiertas sobre la dependencia de las interacciones de las partículas en la naturaleza, ¿se trata de un proceso estocástico o determinista?

En este trabajo se muestra una aproximación para generar movimiento Browniano de forma determinista el cual es estudiado mediante series temporales, espectro de potencia y análisis de fluctuaciones sin tendencia.

Modelo

La teoría moderna del movimiento Browniano de una partícula libre (en ausencia de una fuerza externa), se define generalmente por la ecuación de Langevin [1], dada como 𝑥 =−𝛾𝑥 + 𝐴, en donde 𝑥 y 𝑥 representan la aceleración y velocidad de la partícula respectivamente y 𝛾 es un coeficiente de fricción. El valor 𝐴 se refiere a la aceleración fluctuante y es el responsable del comportamiento aleatorio que puede generar esta ecuación. Con la idea de generar movimiento determinista, se ha tomado la ecuación de


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Langevin y el término aleatorio se sustituye por una variable 𝑧, que se define una tercera ecuación diferencial para obtener el siguiente modelo [2].

𝑥 = 𝑦𝑦 = −𝛾𝑥 + 𝑧

𝑧 = −𝛼]𝑥 − 𝛼^𝑦 − 𝛼_𝑧 + 𝛼 (1)

en donde 𝑧 se define como sacudida (jerk) y el valor 𝛼 es un término no lineal que depende de la posición de la partícula.

RESULTADOS

Se realizaron diferentes series de simulaciones variando los valores de 𝛾, 𝛼], 𝛼^ y 𝛼_, encontrando que una dinámica de tipo Browniana se define para un valor 𝛾 = 7×10( con

1.49 ≤ 𝛼] ≤ 1.520.1 ≤ 𝛼^ ≤ 2.00.1 ≤ 𝛼_ ≤ 1.5

La mencionada dinámica Browniana fue caracterizada por el crecimiento de la varianza con el tiempo mostrado en el recuadro insertado en la Figura 1a), además mediante una ley de escalamiento entre frecuencias y su espectro Figura 1c), la cual define al movimiento Browniano si su pendiente 𝛽 ≅ −2 [3].

Figura 1. En a) se aprecia una serie temporal generada por el sistema propuesto con un recuadro que muestra el comportamiento de la varianza contra el tiempo, en b) se observan series temporales obtenidas con 15 diferentes condiciones iniciales, y c) muestra el resultado de la evaluación de frecuencias contra su espectro, el cual da como resultado una ley de potencia 𝛽 ≅ −2, característica del movimiento Browniano.

CONCLUSIONES

Se ha propuesto un modelo numérico que, hasta donde se ha caracterizado, genera un comportamiento de tipo Browniano que por su naturaleza determinista podría ser empleado en diferentes campos de estudio de la naturaleza.

REFERENCIAS

[1] Langevin P (1908). Sur la théorie du mouvement brownien.CR Acad. Sci. Paris,146(530-533), 530.


43

[2] Huerta-Cuellar G; Jiménez-López E; Campos Cantón E; Pisarchik AN (2014), An approach to generate deterministic Brownian motion, Comm. Nonlinear Sci. and Num. Sim. 19:2740-2746.

[3] Gaspard P; Briggs ME; Francis MK; Sengers JV; Gammon RW; Dorfman JR; Calabrese RV (1998). Experimental evidence for microscopic chaos.Nature,394(6696), 865-868.

Algoritmo de fijación de fase implementado en Arduino

Martínez-Montejano RCa*, Espinoza-López VEa, González-Badillo Ga, Guerrero-Mora Ga

aUnidad Académica Multidisciplinaria Zona Media, UASLP, *[email protected]

RESUMEN:

Este trabajo presenta un algoritmo de fijación de fase (PLL por sus siglas en inglés) basado en un observador adaptable, implementado en la plataforma Arduino, en aras de usarlo en la sincronización de convertidores multinivel con la red eléctrica. El algoritmo de fijación de fase es el método más usado para sincronización y consiste en un lazo de control que determina el ángulo de fase y la frecuencia de la red eléctrica. El objetivo del presente trabajo es la programación del algoritmo en la plataforma Arduino con propósitos de enseñanza, en donde se obtuvieron resultados por simulación y experimentales. Con esto se muestran las capacidades de Arduino y se impulsa a los alumnos de ingeniería a programar algoritmos de control en sus futuras aplicaciones en el ámbito profesional.

PALABRAS CLAVE: algoritmo de fijación de fase, Arduino, lazo de control.

INTRODUCCIÓN

Un algoritmo de fijación de fase es un lazo de retroalimentación que genera una señal de salida proveniente de un oscilador controlado por tensión, que se compara con una señal de entrada, fijando la frecuencia y el cambio de fase. Es ampliamente usado en comunicaciones y sistemas de control [1]-[2], como vuelos espaciales, telemetría, sincronización de chips con receptores de GPS, instrumentación, control, control de velocidad de motores y electrónica de potencia.

Por otro lado, un convertidor multinivel, es un dispositivo electrónico que cambia energía de corriente directa a corriente alterna, con un voltaje y frecuencia deseados por el usuario. Por lo tanto son ideales para conectar fuentes de energía renovables como los paneles solares con la red eléctrica; siendo el principal reto, la sincronización de las energías [3]. La señal de salida del PLL se usa como referencia para el sistema de control, el cual finalmente realiza el encendido y apagado de los dispositivos semiconductores que conforman el convertidor multinivel.

Hoy en día, la implementación de esquemas de control es de suma importancia para los alumnos de ingeniería, ya que al probar y obtener resultados en físico, permite reforzar el conocimiento adquirido. Una de las herramientas que puede facilitar la implementación de


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sistemas de control puede ser la plataforma Arduino, que es ampliamente utilizada para crear prototipos electrónicos [4].

METODOLOGÍA

Nuestro objetivo de estudio consiste en diseñar un modelo que reproduzca de manera eficaz el voltaje de la red eléctrica, por lo que se considera un estimador del voltaje de entrada, como un oscilador armónico al que se le añadirá un amortiguamiento y una señal auxiliar que sirve para reconstruir el voltaje de entrada, quedando el modelo matemático como se muestra a continuación:

𝑉 = −𝜃𝜓 + 𝜆𝑉 (1)

𝜓 = 𝑉 (2) Endonde𝑉eselvoltajeestimado,𝜃eselángulodelaredeléctrica,𝜓esunaseñalauxiliarparareconstruirelvoltajeyelángulo,𝜆esunafactordeamortiguamientodadoporunagananciapositivay𝑉eslaseñaldeerrordelarestadelvoltajedelaredmenoselvoltajeestimado.

RESULTADOS

El algoritmo de control desarrollado se simuló utilizando el programa Proteus 8, y para el convertidor analógico digital, se utiliza un arreglo de resistencias R-2R. El mismo esquema es llevado en físico, y a continuación se presenta el resultado en el osciloscopio de la señal de entrada y señal de salida ante un cambio de frecuencia en la figura 1.

Figura 1. Resultado del PLL ante cambio de frecuencia.

CONCLUSIONES

Se probó la funcionalidad de un algoritmo de control potente, como lo es el algoritmo de fijación de fase en la plataforma Arduino, ante cambios de frecuencia y cambio abrupto de señal, demostrando un correcto seguimiento del algoritmo. Este trabajo puede contribuir a reforzar los conocimientos aprendidos en el aula de clase en el proceso de implementar algoritmos de control. El algoritmo sirve para comunicaciones, sincronización de la red eléctrica, GPS, etc.


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REFERENCIAS:

[1] Singhal A; Madhu C; Kumar V; (2014). Design of All Digital Phase Locked Loop. IEEE Recent Advances in Engineering and Computational Sciences (RAECS). 1-5.

[2] Jing X; Yongkang L; Jie X; Rongyan Z; (2010). Implementation of High-Dynamic Phase-Locked Loop Based on DSP. IEEE International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA). 494-497.

[3] Filho F., Cao Y., Tolbert L., (2010). 11 level cascaded H-bridge grid-tied inverter interface with solar panels. Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) IEEE. 968-972.

[4] Rama-Chakravarty K; Gouse-Basha SK; (2014). Design and simulation of 11-level Cascaded H-Bridge Grid-Tied Inverter for the application of Solar Panels. International Journal of Science Engineering and Advance Technology. 15-21.


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SEGUIMIENTO DE TRAYECTORIAS CAÓTICAS MEDIANTE ACOPLAMIENTO DE ROBOTS UNICICLO PARA LA COBERTURA

DE ÁREAS DETERMINADAS DE FORMA SÍNCRONA

Silva-Campos JMa*, Lozoya-Ponce REb, Ontañon-García LJc

aCentro de Tecnología Avanzada, CIATEQ A.C., campus San Luis Potosí, bInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus San Luis Potosí,

cCoordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP, *[email protected]

RESUMEN:

El objetivo del presente trabajo es, inducir trayectorias caóticas en una flotilla de robots tipo uniciclo esclavos a partir de un sistema dinámico maestro para la cobertura de áreas determinadas de forma síncrona. El seguimiento de trayectorias caóticas deberá de cumplir con el barrido total de un área determinada y con movimientos del robot difíciles de predecir; esto se ve aplicado para el sector industrial en tareas de inspección y vigilancia, donde se emplean robots móviles que realizan la tarea de patrullaje de manera aútonoma.

PALABRAS CLAVE: Robots Móviles, Caos, Sincronización.

INTRODUCCIÓN

Uno de los principales usos de robots es el logro de tareas coordinadas y eficientes, muchos ejemplos se pueden observar tanto en el ámbito de la robótica industrial como de la investigación. En ambos casos, se han estado desarrollando tareas como exploración [1], vigilancia [2], búsqueda y rescate [3], cartografía de entornos desconocidos o parcialmente conocidos, manipulación distribuida [4, 5] y transporte de objetos grandes [6] utilizando robots móviles en donde es necesario que estos cumplan los objetivos de cubrir toda un área determinada y de realizarlo de una manera impredecible (sobre todo para los casos de vigilancia).

Un robot móvil es un dispositivo electromecánico capaz de desplazarse dentro de un espacio de trabajo (laboratorio, nave industrial, corredor, habitación, etc.) con diferentes niveles de autonomía. El nivel de autonomía está determinado por la capacidad del robot para percibir el ambiente de trabajos mediante sensores (microinterruptores, dispositivos opto electrónicos, cámaras de video, etc.) y poder modificar su comportamiento en consecuencia [7].

Se dice que el modelo matemático de un robot móvil es un sistema no holonómico por que las velocidades a lo largo de los ejes coordenados generalizados satisfacen restricciones


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no integrables. Las restricciones no holonómicas de este tipo de sistemas dan lugar a una gran variedad de problemas teóricos, por ejemplo, el estudio de planificación de trayectorias [7].

Ahora bien, existen tareas que no pueden ser realizadas con un solo robot o que pueden ser completadas de una mejor manera utilizando varios de ellos, lo anterior fundamenta la Robótica Móvil Colaborativa. Uno de los principales problemas, en este tipo de tareas, es evitar colisiones entre ellos para lograr que se cumpla un objetivo común. Se han realizado propuestas acerca de la asignación de tareas cooperativas y la planificación de coberturas en áreas determinadas para robots móviles basados en la sincronización del caos. Los sistemas multi-robot cooperativos pueden funcionar más rápido y con mayor eficiencia y fiabilidad que un sistema de robot único. Al sincronizar los controladores caóticos de los robots, se puede lograr una cooperación efectiva [8].

JUSTIFICACIÓN.

La principal aportación de este trabajo es, inducir trayectorias caóticas en flotillas de robots uniciclo, bajo el esquema maestro-esclavo; con el objetivo de cubrir áreas determinadas llegando a un estado de movimiento síncrono; debido a los requerimientos de eficiencia y calidad en los procesos de producción, así como de flexibilidad y maniobrabilidad en la ejecución de tareas que un solo robot no puede realizar.

HIPÓTESIS.

A partir de la trayectoria generada por el sistema caótico la flotilla de robots realiza su movimiento de una forma síncrona, finalmente el área determinada de desplazamiento es visitada con una distribución uniforme.

REFERENCIAS:

[1] D. Fox,W. Burgard, H. Kruppa, and S. Thrun, “A probabilistic approach to collaborative multi-robot localization,” Auton. Robots, vol. 8, no. 3, June 2000, pp. 325–344.

[2] J. Feddema and D. Schoenwald, “Decentralized control of cooperative robotic vehicles,” presented at the SPIE, vol. 4364, Aerosense, Orlando, FL, Apr. 2001.

[3] J. S. Jennings, G. Whelan, and W. F. Evans, “Cooperative search and rescue with a team of mobile robots,” in Proc. IEEE Int. Conf. Advanced Robotics, 1997, pp. 193–200.

[4] D. Rus, B. Donald, and J. Jennings, “Moving furniture with teams of autonomous robots,” in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intelligent Robots and Systems, Pittsburgh, PA, Aug. 1995, pp. 235–242.

[5] M. Mataric, M. Nilsson, and K. Simsarian, “Cooperative multi-robot box pushing,” in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intelligent Robots and Systems, Pittsburgh, PA, Aug. 1995, pp. 556–561.

[6] D. Stilwell and J. Bay, “Toward the development of a material transport system using swarms of ant-like robots,” in Proc. IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, Atlanta, GA, May 1993, pp. 766–771.

[7] E. Aranda-Bricaire, T. Salgado-Jiménez, and M. Velasco-Villa. “Control no lineal discontinuo de un robot móvil”. Computación y sistemas, (Número especial):42—49, marzo 2002.


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[8] Fallahi K. and Leung H. (2010). A “Cooperative Mobile Robot Task Assignment and Coverage Planning Based on Chaos Synchronization”. Int. J. of Bif. And Chaos, 20(1), pp.161-176.

EL SONIDO DEL CAOS

Tristán-Hernández E, Campos-Cantón I, Salas-Castro P, Delgado-Aranda F.

Instituto de Investigación en Comunicación Óptica Universidad Autónoma de San Luis Potosí

San Luis Potosí, S.L.P., México. [email protected]

RESUMEN:

En este trabajo se presenta, por un lado, un análisis sonoro básico de sistemas caóticos, también conocidos como sistemas dinámicos no lineales. Ya que estos sistemas presentan muchos sistemas complejos impredecibles, se hipotetiza que estos comportamientos pueden ser parecidos para señales sonoras derivadas de estos. Para estudiar esto, se escogieron algunos atractores caóticos de sistemas propuestos como el de Chua, Lu, Lorenz, Rossler y Delgado. Para analizar estas señales, se presentan un análisis de respuesta en frecuencia y su espectrograma. Por otro lado, existe evidencia de que estos sistemas son capaces de generar patrones musicales con secuencias melódicas. Las señales de audio capturadas fueron procesadas para obtener los parámetros tonales obtenidos durante el tiempo de grabación, las cuales han sido plasmadas en piezas musicales. Los resultados de este trabajo son derivados de los primeros pasos de esta investigación que está en proceso.

PALABRAS CLAVE: Caos, sonido, música, secuencias melódicas.

INTRODUCCIÓN

Caos, es el término usado para describir el comportamiento impredecible de un sistema dinámico no lineal, bajo ciertas condiciones iniciales. La teoría del caos estudia comportamientos impredecibles de la naturaleza, como lo son el clima, el cerebro humano, entre otros1. Estos sistemas son modelados a través de sistemas de ecuaciones matemáticas que arrojan una secuencia de valores, los cuales determinan su órbita o trayectoria y que determina su comportamiento conocido como caótico. Visualmente puede observarse lo que se le llama un atractor extraño2, como el mostrado en el retrato fase de la Figura 1a. Existe evidencia de que los sistemas no lineales son capaces de generar mecanismos de generación de sonido y música. En este trabajo se han estudiado las señales sonoras obtenidas de dichos sistemas a través de la implementación de los circuitos derivados de sistemas caóticos ya propuestos. Así mismo, usando estas señales sonoras, se han obtenido los parámetros tonales que estos sistemas arrojaron durante el tiempo de grabación, obteniendo secuencias melódicas características de cada sistema.


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DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

El estudio de estos sistemas, regularmente se lleva a cabo a través de simulaciones matemáticas, sin embargo, también es posible modelarlo a través de la construcción de un circuito electrónico. Se implementaron los circuitos correspondientes a cada sistema estudiado, y se registraron las señales analógicas en formato digital a 24-bits/44.1kHz en un rango de frecuencias fue de 20-20,000 Hz. Se obtuvieron las señales de audio que posteriormente fueron procesadas y analizadas. Para lograr esto, se ha usado un sistema de codificación simplificado tomando en cuenta solo los parámetros tonales usando un mapeo lineal convirtiéndolo a notas musicales usando el protocolo MIDI.

RESULTADOS

Las figuras 1c y 1d muestran los resultados de las series de tiempo de los sonidos registrados correspondientes al sistema de Delgado A.F. El análisis realizado incluye por un lado la respuesta en frecuencia en bandas de 1/3 de octava y por otro lado su espectrograma. Se puede observar un comportamiento parecido al de un filtro pasa bajas, similar al comportamiento de algunos sistemas caóticos conocidos. Por otro lado, se extrajeron los parámetros tonales de cada sistema en un periodo de 5 minutos. De este modo fue posible obtener una secuencia melódica característica de cada sistema en sus tres estados (x, y y z). Los resultados muestran la presencia de patrones melódicos cortos, incluso hay intervalos que a primera escucha pueden parecer disonantes, sin embargo, esto da pauta a un análisis musical más profundo.

Figura 1. Sistema caótico propuesto por Delgado. a) Atractor característico del sistema caótico; b) Señal en el tiempo del sistema caótico con sus tres estados x, y y z; c) respuesta en frecuencia de una señal de audio del

sistema caótico (estado x); y d) espectrograma de la señal de sonido del sistema caótico

CONCLUSIONES

Se presenta un estudio preliminar sobre el uso de circuitos basados en sistemas caóticos como generadores de sonido y secuencias tonales. Los resultados obtenidos muestran la capacidad de estos sistemas para la generación natural de piezas musicales. Así mismo, los sonidos obtenidos de estos sistemas dan pauta para futuras investigaciones en el uso de estos para diferentes aplicaciones.

REFERENCIAS:

[1] Delgado F.; Tristán E.; Campos I. (2017). Design and implementation of a chaotic system via PWL function with one line of equilibrium points. Chaos: An interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. AIP [Submited]


50

[2] Bilota E.; Gervasi S.; Pantano P. (2004). Reading complexity in Chua’s oscillator through music. Part I: a new way of understanding chaos. International Journal of Bifurcation and Chaos. 15, 2: 252-382.

Diseño de sistemas caóticos con base en filtros pasa-bajas de 1er orden

Salas-Castro P, Campos-Cantón I

Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, Facultad de Ciencias, UASLP, San Luis Potosí, México.

[email protected]

RESUMEN:

En este trabajo se muestra el diseño de un circuito electrónico equivalente a un sistema caótico, como lo es el sistema de Lorenz. Para ello, se utiliza una herramienta lineal conocida como filtros pasabajas de 1er orden, tomando la ecuación diferencial de un filtro pasabajas y añadiendo una no-linealidad, que en este caso será un multiplicador.

PALABRAS CLAVE: Sistema de Lorenz, Filtro Pasa-bajas, Circuito Electrónico.

SISTEMA CAÓTICO

Cuando los sistemas dinámicos presentan una evolución sensible a sus condiciones iniciales y además dicha evolución no es predecible, se considera un sistema caótico. Este trabajo se enfoca en el sistema caótico de Lorenz, este sistema surgió a partir del modelado matemático del clima realizado por el Sr. Edward Lorenz en 1963. Dicho sistema puede ser reducido a tres ecuaciones diferenciales, donde 𝑥, 𝑦 y 𝑧 son los estados del sistema:

𝑥 = 𝑎 𝑦 − 𝑥𝑦 = 𝑐𝑥 − 𝑥𝑧 − 𝑦𝑧 = 𝑥𝑦 − 𝑏𝑧

(1)

Los parámetros toman los siguientes valores: 𝑎 = 10, 𝑏 = 8 3 y 𝑐 = 30.

FILTRO PASA-BAJAS

Un Filtro electrónico se programa para una cierta frecuencia o rangos de frecuencias que pueden pasar a través de una red eléctrica mientras previene el paso de otras, permitiendo modificar tanto su amplitud y su fase. Existen diversos tipos: pasabajas, pasaaltas, pasabandas, rechazabandas. En el presente trabajo se utilizan los filtros pasabajas de primer orden, estos dejan pasar frecuencias por debajo de una frecuencia de corte, mientras que amortigua las frecuencias por arriba de dicho corte. Pueden ser diseñados mediante


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una resistencia en serie con un capacitor conectado a tierra. Se presentan dos tipos de filtros pasabajas de primer orden: los filtros pasivos, los cuales tiene una ganancia unitaria, y los filtros activos, los cuales tienes ganancia mayor a uno, por lo tanto cuentan con una etapa de amplificación.

La ecuación diferencial de un filtro pasabajas pasivo de primer orden es la siguiente:

𝑉' =1𝑅𝐶

𝑉 − 𝑉' (2)

Donde 𝑉' es el voltaje de salida, 𝑉 es el voltaje de entrada, 𝑅 es la resistencia del filtro y 𝐶 es la capacitancia.

La ecuación diferencial de un filtro pasabajas activo de primer orden es la siguiente:

𝑉' =

1𝑅𝐶

𝑅 + 𝑅𝑅

𝑉 − 𝑉' (3)

Donde 𝑅 y 𝑅 son las resistencias del amplificador operacional en modo no-inversor para obtener la ganancia mayor a uno.

Comparando las ecuaciones del sistema caótico (1) con las ecuaciones del filtro pasabajas de primer orden, tanto pasivo como activo (Ecs. 2 y 3), se encuentra que son similares. En la ecuación diferencial del estado 𝑥 se toma 𝑉 = 𝑦, 𝑉' = 𝑥 y 1 𝑅𝐶 = 𝑎. De esta forma se obtiene la ecuación del filtro en el sistema caótico. De forma similar se realiza la misma metodología en las ecuaciones restantes del sistema caótico utilizando la ecuación (3) de un filtro pasabajas activo de primer orden. Con lo anterior, se llega al circuito mostrado en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama del circuito electrónico del sistema caótico con base en filtros pasabajas.

Con lo anterior, se pretende mostrar una alternativa de diseño e implementación de sistemas caóticos como circuitos electrónicos, con base en una herramienta ampliamente estudiada como lo son los filtros pasabajas.

REFERENCIAS:

[1] Lorenz EN (1963). Deterministic nonperiodic flow. J. Atmos. Sci. 20: 130.


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[2] Hayt WH Jr; Kermmerly JE; Durbin SM (2007). Análisis de circuitos en ingeniería. 2007, Mac Graw Hill Publishing Company 7a: 672.

DISEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO DE DOS EJES

Razo-Infante JPa, Díaz-Díaz IAa*, Campos-Cantón Ea

aLaboratorio de SMT, División de Matemáticas Aplicadas Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, AC, IPICYT, San Luis Potosí, México.

*[email protected]

RESUMEN:

En el presente trabajo se presenta el desarrollo de la estructura de un seguidor solar capaz de aumentar la eficiencia de un sistema solar instalado. La finalidad es obtener el máximo provecho de esta tecnología que es proporcional al tipo de instalación que se utilice. Para lo anterior, se realiza una comparativa de lo que puede llegar a generarse con los paneles solares contra las cifras del gasto en kWh proporcionadas por CFE.

PALABRAS CLAVE: energía renovable, CAD, seguidor solar .

INTRODUCCIÓN

De acuerdo a las cifras publicadas por la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés), en el mundo se producen 21,431 TWh. El 75% de la energía producida a nivel mundial proviene de combustibles fósiles, tales como carbón, petróleo y gas natural. En México se producen 259 TWh, aproximadamente el 77% de la energía generada proviene de la quema de combustibles fósiles [1]; éstos generan un gran impacto en la contaminación ambiental y dado que no son una fuente de energía renovable, su viabilidad se ve comprometida en futuras generaciones. Por lo anterior, es necesario desarrollar e investigar nuevas fuentes de energía que sean renovables y amigables con el medio ambiente; además de ser capaces de impulsar el desarrollo tecnológico y reducir costos de consumo para el ámbito industrial y doméstico [2]. Dado que la energía solar cumple con las características antes mencionadas, se ha propuesto como la principal fuente de energía y con un alto potencial de desarrollo.

Para transformar la irradiación solar en energía eléctrica se usan paneles fotovoltaicos (PF). De esta manera se produce energía económica, viable y limpia de forma competitiva respecto de las energías no renovables. Típicamente, los PF se instalan de forma fija, lo que repercute en su eficiencia; debido a esta situación, se han propuesto mecanismos que permitan aumentar la captación solar (seguidores solares) de modo que el PF siga el sol a determinadas horas del día y por estación climática del año [3].


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MATERIALES Y MÉTODOS

El diseño propuesto se basa en los seguidores de tipo poste. La razón se debe a que este tipo de seguidor es el que más porcentaje de eficiencia posee (de 28 a 40%) con respecto de la captación solar ya que permite tener un giro este-oeste (proporciona el seguimiento solar por día) y una inclinación norte-sur (propicia un seguimiento solar anual). Tradicionalmente están hechos con un perfil tubular ya que permite soportar un mayor esfuerzo; además de que proporciona un de giro en 180º sobre un eje (poste) que permite el movimiento para seguir el sol por día. Mediante un sistema de apoyo es posible obtener una elevación de 45° (correspondiente al seguimiento anual).

La estructura se diseña sobre un perfil tubular con una placa redonda de amortiguamiento en la base, cuya función es reducir el esfuerzo en el perfil; estos dos últimos elementos se unen a una segunda placa redonda de amortiguamiento con ocho barrenos para ser fijado al suelo y evitar el movimiento del conjunto mencionado, además de aportar mejor fijación al suelo y mayor estabilidad. Con la finalidad de seleccionar correctamente el material que conforma la estructura se realiza un programa de Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) en Matlab. La GUI permite introducir los valores de las principales características de los materiales y la zona de instalación de la estructura. Mediante una comparación de los valores introducidos, la GUI arroja el elemento con el que se debe construir la estructura del seguidor solar. Cabe mencionar que la GUI sólo puede comparar los datos de los materiales incluidos en las normas establecidas de cada material. En la Figura 1 se muestra la vista CAD del sistema propuesto.

Figura 1. Diferentes vistas del ensamble de la parte de movimiento este-oeste del seguidor solar.

CONCLUSIONES

En este artículo se presentó el diseño de un prototipo de seguimiento solar de dos ejes para un panel fotovoltaico de 265 W. El seguidor cuenta con un mecanismo que posee un movimiento de este a oeste en 180° y una elevación de 45° para determinar de manera teórica el movimiento que debe seguir. Además, se calculó lo que es posible generar con un PF si éste puede seguir al sol durante las 8 horas acotadas de 10 am a 6 pm y con una irradiación constante de 1000W/m2. Este proyecto deja sentadas las bases sobre lo que hace falta para llevar a cabo una estimación real en cuanto a energía producida.

REFERENCIAS:


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[1]Key World Energy Statistics 2016 http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld_Statistics_2015.pdf (en línea, febrero 2017) [2] S. R. Bull, (2001) Renewable energy today and tomorrow, IEEE Proc., vol. 89, no. 8, pp. 1216-1226. [3] R. Zogbi and D. Laplaze, (1984) Design and construction of a sun tracker, Solar Energy magazine, vol. 33(3-4), pp. 369-372.

DISEÑO DE UN INSTRUMENTO VIRTUAL PARA MEDIR LA POTENCIA ÓPTICA DE UN LASER ND:YVO4/KTP

Afanador-Delgado SMa, García-López JHa, Huerta-Cuellar Ga

aCentro Universitario de los Lagos, Universidad de Guadalajara, Lagos de Moreno, Jalisco, México [email protected]

RESUMEN:

Se presenta el diseño y funcionamiento de un instrumento virtual capaz de controlar una fuente de voltaje y corriente (Bk-Precisión 1969), un medidor de potencia y energía (PM100D) y monitorear la temperatura del cristal Nd:YVO4 a través de un sensor de temperatura (LM35) conectado a una tarjeta de adquisición de datos. La interfaz es utilizada para medir de manera automática la potencia óptica de un láser Nd:YVO4/KTP con emisión a 1064 nm y 532 nm al variar la corriente de la fuente.

PALABRAS CLAVE: Labview, instrumento virtual, emisión láser.

DESARROLLO

El software de programación LabVIEW es utilizado como una herramienta de ingeniería. Sus aplicaciones abarcan desde adquisición de datos y procesamiento de señales [1]. Utilizando este software se diseñó el instrumento virtual mostrado en la Figura 1a

Figura 1. a) Panel del instrumento virtual. b) Autómata finito que representa el funcionamiento del instrumento

virtual.

El funcionamiento del instrumento virtual

• Inicia • Inicializa instrumentos


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• Comprueba que la inicialización es correcta, si no es así se mantiene en un ciclo hasta que se inicializa o hasta que cumple ciertos ciclos sin inicializar, en este último caso finaliza.

• De lo contrario configura los instrumentos y posteriormente • Inicia el ciclo de muestreo, hasta que se alcanza el máximo de la variable a modificar. • Durante el proceso podemos modificar las variables o parámetros o reconfigurar los

instrumentos. • Finaliza cuando la corriente actual es igual a la corriente final, o cuando le indicamos

finalizar.

RESULTADOS

Se obtuvo la potencia óptica de la emisión del láser de longitudes de onda 808 nm (Diodo láser, DL), 1064 nm (cristal Nd:YVO4) y 532 nm (cristal KTP), al colocar cada uno de los elementos que conforman la cavidad láser.

1. Emisión del DL a 808 nm. 2. Se colocó el cristal Nd:YVO4 y se obtuvo la potencia de las emisiones en 808

y 1064 nm. 3. Se colocó el cristal KTP para medir las emisiones en 532 nm, 808 nm y 1064

nm.

Figura 2. Potencia de la emisión generada. a) por el diodo láser a 808 nm. b) por el diodo láser a 808 nm al pasar por el cristal Nd:YVO4. c) por el cristal Nd:YVO4 a 1064 nm; Potencia a la salida de la cavidad de la emisión de longitud de onda: d) 532 nm, e) 808 nm, f) a 1064 nm. g) Esquemas del diseño de la cavidad.

CONCLUSIONES

Los datos obtenidos con el instrumento virtual pueden ser procesados para obtener la eficiencia de conversión del haz infrarrojo (1064 nm) a la luz verde (532 nm). Además, la implementación de un instrumento virtual con la estructura del autómata de la Figura 1b nos permitirá incluir, en la automatización, otros equipos de laboratorio como: osciloscopio, analizador de espectros de frecuencia, analizador de espectro óptico, esto con el fin de caracterizar el láser ya sea en series temporales, en frecuencias o longitudes de onda.

REFERENCIAS:

[1] Lajara-Vizcaíno JR; Pelegrí-Sebastián J (2011). LabView. En, LabView, Entorno Gráfico de Programación, Editorial Marcombo S.A, pp 75-240.


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[2] Echenausía-Monroy JL (2015). Generación y aplicación de máquinas de estados para la asistencia virtual de experimentos basados en sistemas expertos. SOMI XXX.

[3] Afanador-Delgado SM; Sevilla-Escoboza R; García-López JH; Huerta-Cuellar G (2016). Automatización de equipo de laboratorio para caracterización de un láser Nd:YAG/KTP con generación de segundo armónico. SOMI XXXI. ISSN 2395-8499

SISTEMA DE GRABADO CON LÁSER

Israel Macías Gonzáleza, Juan Almendáres Rodríguezb, Omar Fernando Ortiz Aguilerab, Oscar Fernando Núñez Olverab, Griselda Rodríguez Pedrozab

a Facultad de Ingeniería UASLP

bInstituto de Investigación en Comunicación Óptica, UASLP, San Luis Potosí, México.

RESUMEN:

Los actuales parámetros de diseño y construcción permiten realizar cortes en materiales blandos. Las ventajas de desarrollar un prototipo de cortadora láser son: realizar trabajos de una manera fácil, segura, limpia y productiva y ser relativamente sencillo y rentable en trabajos grandes, como las producciones en masa. El corte por láser es un procedimiento inteligente. El proyecto: Prototipo de Cortadora Laser, se desarrolló con el fin de crear figuras a través de una máquina herramienta por medio del reconocimiento de imágenes a través del software de LabView y el envío de señales de la PC a un microcontrolador, el cual permite crear la interfaz entre el software y los respectivos motores de cada eje. Este Proyecto fue desarrollado en el Laboratorio de Proyectos Tecnológicos del Instituto de Investigación en Comunicación Óptica. PALABRAS CLAVE: Grabado, láser, LabVIEW, microcontrolador. I. INTRODUCCIÓN El sistema de grabado con láser es un proceso que entrega un proceso térmico en el cual un haz de luz es generado por un diodo laser, este haz se enfoca en espejos para alcanzar la longitud de onda deseada con el fin de llegar al lente de enfoque y cortar sobre la superficie de la pieza, haciendo que ésta se caliente y se funda o se evapore. Estos sistemas están remplazando a las antiguas máquinas-herramienta computarizadas, en el sector industrial, debido a su facilidad de automatización, elevada precisión, fabricación de figuras y contornos complejos, creación de orificios muy pequeños y su alta velocidad de corte, como también el bajo desgaste de la herramienta de corte, a comparación de otros sistemas que utilizan brocas y fresas, las cuales se desgastan con el tiempo [1]. Actualmente la mayoría de los sistemas de control de las máquinas-herramientas automatizadas se rigen por unos códigos especiales por lo cual es necesario constar de personal capacitado para el control de estos sistemas de maquinado, lo cual origina gastos a la empresa o institución. El objetivo del presente proyecto es el de crear una máquina-


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herramienta y a la vez una interfaz “amigable” entre la máquina y el usuario, así este no tendrá la necesidad de adquirir grandes conocimientos de los Códigos especiales. Para ello el software que se utilizó permite cargar imágenes y a través de funciones de programación obtener las coordenadas de la figura y así enviar las señales necesarias al microcontrolador para el movimiento de los ejes de la mesa de trabajo. Cabe mencionar que muy pocos institutos educativos desarrollan sus propias máquinas-herramienta y menos con sistema de control.

II. COMPONENTES DEL EQUIPO

La estructura principal de la mesa de trabajo está construida de aluminio, consta de dos ejes de movimiento (X y Y) y un cabezal con el diodo laser. Utiliza como mecanismo de transmisión un husillo de potencia y un acople para transmitir el giro del motor al husillo, éstos son los encargados del desplazamiento de cada uno de los ejes. Se utilizaron motores a pasos unidireccionales con una resolución de 1.8º por paso, lo cual permite el avance de los ejes en ángulos muy precisos y por pasos en las dos posibles direcciones. Se usaron sensores de contacto, conocidos como “Finales de carrera”, se trata de un interruptor de una pieza móvil que permite detectar el final del recorrido de la plataforma de cada eje. En la etapa de potencia utiliza dos tarjeta PWB-F-MOT-390 de TOSHIBA para el movimiento de los motores de cada eje. Utiliza el STK672-600, circuito integrado hibrido para el control de corriente con PWM en el uso de motores a pasos unipolares; por medio de un puerto se comunica con la tarjeta de control. [2], añadiendo otros componentes para permitir aislar la etapa de control de potencia y mantener al driver en las mejores condiciones de trabajo.. Se usó en el proyecto una “Etapa de Desarrollo” que utiliza el PIC18F4553-I/P, el cual se programó en lenguaje C, además permite tener una comunicación con la PC a través de un cable USB-Serial. El software empleado para el desarrollo de la cortadora laser es LabVIEW, debido a su facilidad de incorporación al sistema. A través de las funciones de Visión se pueden adquirir imágenes de varios formatos [3]. Por medio de ciertos módulos y funciones de programación se puede obtener las coordenadas en pixeles del contorno de una imagen y se hace la conversión de longitud que puede interpretar la sección del software que controla el movimiento de cada uno de los motores. De esta forma se traza con la mesa X-Y la pieza de trabajo que se adquirió.

III RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

Se diseñó de manera exitosa un prototipo de cortadora por láser de Helio-Neon (HeN), controlada por el microcontrolador PIC18F4553-I/P a través de la interfaz con el software de LabVIEW que permite adquirir una imagen, obtener sus coordenadas y enviarlas al microcontrolador.

VI. REFERENCIAS.

[1] Kjellberg. (12 de Marzo de 2016). Comparación con otros procedimientos de corte. hpttp://www.kjellberg.de/Tecnologia-decorte/Plasma/Procedimiento/Otrosptocedimientos/Corte-por-laser.html

[2] ON Semiconductor (20 de Enero de 2017) Obtenido de:

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/ENA0755-D.PDF


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[3] Arevalo M. (2014) Diseño y construcción de una prototipo CNC que realiza el ruteo de pistas y el taladrado de circuitos impresos utilizando procesamiento de imágenes en LabVIEW. Tesis de Ingeniería, Universidad de las Fuerzas Armadas.

Audio Visualización por medio de un Cubo de Leds RGB

Rodríguez-Salas La, Fortuna-Cervantes JMa, Cerda-Cerda Ba, Vértiz-Hernández JAa*.

aInstituto de Investigaciones de Ciencias Ópticas, UASLP, San Luis Potosí, México *[email protected].

RESUMEN:

Mediante un sintetizador de audio se generar una señal a diferente frecuencia siendo visualizada en el cubo led, creando patrones con led’s RGB previamente establecidos por nosotros. Otra implementación fue el realizar una máquina de estados para visualizar secuencias con los leds RGB. Así como la reproducción de un audio para filtrar dicha señal. Se utiliza el software labVIEW® 2015 y Quartus II; hardware, tarjeta Altera FPGA CYCLONE II 2C35C672C6 y NI-USB 6008.

PALABRAS CLAVE: Quartus II, Lenguaje HDL, Led’s RGB.

DISEÑO Y ELABORACIÓN DEL CUBO DE LEDS 4*4*4

Se diseñó el circuito de control del cubo de leds en el software Proteus Design Suite Isis versión 7, que consta de resistores y transistores que nos permiten controlar el cubo por niveles y por columnas. La secuencia audio rítmica consta de un divisor de frecuencias, un contador y una unidad llamada cubo que es la máquina de estados. El contador es sencillo de 13 bits, que genera una señal ‘Z’ y se incrementa en uno si es ascendente. La máquina de estados cuenta con una entrada de reset, de reloj y del contador. Esta última es la señal que se compara para determinar si la máquina cambia o no de estado, en caso de que la señal detectada no indique cambio de estado, ésta permanecerá en el estado anterior, considerando 69 estados con dos salidas, una salida de columna y otra de nivel. Estos dos vectores son los que determinan que leds se encienden o se apagan en cada cambio de estado, mostrando de forma alterna los cambios del led con apoyo de las notas generadas por el teclado.

IMPLEMENTACIÓN ELECTRÓNICA PARA EL CONTROL DEL CUBO LED

Se cargó en la tarjeta Altera el código descrito en VHDL donde se conectaron los jumper al puerto GPIO 0 y GPIO 1 teniéndolos como salidas que se conectaron posteriormente a la placa de pruebas, utilizando resistencias de 33Ω, 47Ω, 100Ω y 1KΩ, al igual que transistores BC548y se conectan los led’s RGB. Con ello se puede demostrar el control ya


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mencionado por medio del contador obteniendo diversos los colores del RGB que llevara la secuencia de los leds junto al ritmo musical o de tonos.

IMPLEMENTACIÓN DE FILTROS DIGITALES

Se recurrió a la aplicación de la técnica de ventaneo basada en la respuesta de un filtro. Por medio de una multiplicación de sus ecuaciones, la ventana hace que en el filtro real diseñado se tengan menos variaciones de transición o supresión y con esto lograr un filtrado más efectivo. Por ello se deciden las especificaciones de respuesta en frecuencia Hd(w) y determinar su correspondiente en respuesta al impulso hd(n):

( ) jwn

ndd enhwH -

¥

=å=0

)(

( ) ( ) dwewHnh jwndd ò

-

=p

pp21

(1)

La técnica de ventana rectangular es idónea para generar los filtros que se necesitan y así generaran 21 coeficientes, pero sólo se calcularán 11 ya que se calculan M-1 / 2 de estos. Partiendo de la ecuación del filtro pasa bandas:

𝑛 =

𝑠𝑖𝑛 2𝜋𝑓'^ 𝑛 − 𝑀2𝜋 𝑛 − 𝑀2

−𝑠𝑖𝑛 2𝜋𝑓'] 𝑛 − 𝑀2

𝜋 𝑛 − 𝑀2

2(𝑓'^ − 𝑓'])

𝑛 ≠𝑀2

𝑛 =𝑀2

(2)

CÓDEC DE AUDIO El códec incluyó una entrada de micrófono (MICIN) y una línea estéreo (LLNEIN) de baja ruido. Las entradas de audio digital tienen una longitud de palabra que va desde 16 bits a 32 bits, con una frecuencia de muestreo, entre 8 KHz y 96 KHz. Por defecto, se va a utilizar una longitud de palabra de 24 bits, y una frecuencia de muestreo de 48 KHz. CONCLUSIÓN La ventaja de los lenguajes de descripción de hardware son compatibles mediante diagramas de bloques, lo cual facilita su aplicación. Podiendo crear patrones con los led’s RGB y al mismo tiempo poder visualizar la secuencia de reproducción del audio bajo y la implementación de máquinas de estado en VHDL. Para que por medio de un sintetizador de audio se logra generar una señal a diferente frecuencia siendo visualizada en el cubo led con ayuda del códec de audio que contiene un convertidor ADC y DAC y permite la fácil y rápida conversión de señales análogas a digitales y viceversa.

REFERENCIAS:

Imagen 5. Visualización de la secuencia de led’s mediante la frecuencia del audio.


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[1] Hamblen J; Hall T and Furman M (2008) “Rapid Prototyping of Digital Systems”, SOPC, Springer ed. New York, NY, U. S. A.

[2] Melgarejo M; y Pirajan A (200) “Filtro FIR adaptativo sobre celdas lógicas programables FPGA”. Revista Ingeniería. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá.

Especificación de trayectorias de Ar.Drone 2.0 utilizando LabVIEW

Martínez-López Ma, Rosa-García LFa, Ramírez-Torres MTa

aCoordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP, [email protected]

RESUMEN:

Este trabajo de investigación tiene por objetivo el desarrollo de una serie de algoritmos de programación para manipulación y control del Ar.Drone 2.0 de Parrot. Con el objetivo principal de desarrollar rutinas que determinen las trayectorias del dron en función de la información capturada por las cámaras integradas, por ejemplo: esquivar objetos, rastreo y encontrar zonas de aterrizaje. Es decir la toma de decisiones dependerá de la información capturada a través de la cámara y procesada en CPU. Esto con el propósito de observar como el dron actúa para cumplir con las rutinas especificadas y en algún punto lograr una navegación autónoma. Esta investigación se desarrollará con la ayuda del lenguaje de programación grafica LabVIEW el cual contiene un toolkit especial para conectarse con el Ar Drone y así poder realizar instrucciones para poner en práctica cada una de las rutinas.

PALABRAS CLAVE: Visión, Drone, LabVIEW.

INTRODUCCIÓN

Los drones son vehículos aéreos que se pueden conducir a distancia, su principal diferencia es su facilidad de uso, la tecnología ha permitido que el drone sea sencillo y se pueda acceder fácilmente a él. Sus usos van más allá que un simple juguete ya que se les está encontrando un número de aplicaciones de gran utilidad, por ejemplo, que sirven para vigilar terreno de agricultores y ganaderos que los utilizan para analizar sus campos por el aire, pueden transportar cosas como mensajes y mandar información a escala desde el lugar donde se encuentre. Facilitan a los agricultores la capacidad de observar su explotación desde el aire, obteniendo así una perspectiva de su cosecha, detección de plagas y hongos que no se ven a ras del suelo entre otras más aplicaciones. AR.Drone 2.0, es la segunda versión de este dispositivo en la cuales destaca que es un cuadricoptero que cuenta con cámara de HD de alta definición para poder tomar fotos y videos, autonomía de funcionamiento de 12 minutos, alcance de hasta 50 metros en conexión inalámbrica [1]. Su


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forma de pilotear es intuitiva con un Smartphone o con una tablet y mediante un sistema operativo iOS o Android se conecta a la red Wi-Fi que genera el propio cuadritoptero. Contiene un puerto USB en el que se puede conectar una memoria para almacenar las grabaciones de video y captura de imágenes [2]. Mediante el uso del lenguaje grafico LabVIEW se planea ejecutar la manipulación y control del drone con el uso de un paquete de compatibilidad llamado toolkit el cual nos brinda la comunicación entre el drone, la computadora y el acceso a la cámara [3]. La intención es crear código en el que el drone pueda ejecutar diversas trayectorias y así desarrollar múltiples rutinas.

OBJETIVOS

Se desarrollaran diferentes partes de la investigación donde el Ar Drone realice diferentes rutinas para así cumplir los objetivos especificadas, que pueda ejecutar múltiples acciones de manera autónoma. Algunas de las partes a realizar son las siguientes.

A) Esquivar objeto. Esta parte de la investigación consiste en hacer que el que Ar Drone pueda esquivar objetos mediante su cámara. Se desarrollará un algoritmo en el cual se especifique al drone si un objeto se encuentra cerca de él, de ser así que sepa reconocerlo, detenerse y girar en sentido contrario a esa dirección y siga su camino en su nueva trayectoria.

B) Identificación de zonas de aterrizaje. En esta parte de la investigación consiste en determinar que el Ar Drone encuentre zonas específicas de aterrizaje. Se comenzará definiendo que tipo de zona es la que se quiere que el drone detecté para su aterrizaje y posteriormente desarrollar el algoritmo predeterminado para este objetivo.

Esto con la finalidad de observar las reacciones que el drone ejecuta de manera autónoma mediante algoritmos de programación que puedan ser útiles para poder determinar además de estos objetivos señalados otras múltiples trayectorias que pueda realizar.

MATERIALES (DRON ar, LABVIEW Y TOOLKIT)

Dentro de los materiales que se necesitan el Ar Drone equipado con una cámara de resolución HD 720p. Se necesita el software de desarrollo LabVIEW y el toolkit AR Drone que nos permitirá poder interactuar con el drone.

REFERENCIAS:

[1] Parrot. (2016). Parrot. Obtenido de Parrot AR.Drone 2.0 Elite Edition: https://www.parrot.com/us/es/drones/parrot-ardrone-20-elite-edition#técnicos

[2] Méndez, Á. (8 de AGO de 2012). Quesabesde. Obtenido de Parrot AR.Drone 2.0: análisis: http://www.quesabesde.com/noticias/parrot-ar-drone-2-analisis-fotos_8986

[3] INSTRUMENTS, N. (2017). sine. Obtenido de AR Drone Toolkit para LabVIEW - LVH: http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/211837


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CONTRASEÑA DE SEGURIDAD *Villa-Salas LRa, Domínguez Rivera I, Ontañon García Pimentel LJ

aCoordinación Académica Región Altiplano Oeste,

Universidad Autónoma de San Luis Potosí,

Carretera Salinas-Santo Domingo, #200, C.P.78600

Salinas de Hidalgo, San Luis Potosí, México

*[email protected]

RESUMEN: Este circuito fue realizado con el fin de crear un aparato capaz de funcionar como una cerradura digital la cual solo será abierta cuando la contraseña sea ingresada de la manera y en el orden correcto, la contraseña es ingresada mediante un switch de 4 interruptores, de no ser ingresado de la manera correcta, se emite una alarma la cual bloquea al switch y no permite cambiar los estados de los interruptores, también al ser activada la alarma un led rojo enciende, esta alarma no dejara de sonar hasta que sea desactivada.

PALABRAS CLAVE:

• Compuertas lógicas. • Contraseña. • Circuito electrónico.

MATERIALES:

• 1 conversor de voltaje que está conformado por: 1 integrado LM7805, un capacitor de 0.33 microfaradios y otro de 0.1 microfaradios.

• 1 DIP switch de 8 variables. • 1 integrado 74LS04. • 2 integrados 74LS08. • 1 integrado 74LS32. • 2 relays de 5v. • Resistencias 390 ohms, 680 ohms y 204 ohms. • 1 capacitor de 220 microfaradios. • 1 contador 555. • 1 buzzer. • 2 protoboards. • Cable.


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DISEÑO: Para implementar el circuito se realizaron sus respectivas tablas de verdad, y una vez se indicó cuáles son los estados de encendido y apagado según se requiere se ingresó a un mapa de karnaugh y la función resultante se redujo al circuito de la figura 1, donde se muestra como se cableo el proyecto presentado en este escrito, se implementó un integrado 555 de forma monoestable así de tal manera que cuando la contraseña sea ingresada incorrectamente se genera un pulso con el cual el integrado 555 se activa encendiendo la alarma y activando un relay que una vez está activado no se podrá modificar la contraseña y la alarma permanecerá encendida hasta ser desactivada.

El circuito se diseñó especialmente para la contraseña por lo cual la contraseña puede ser cambiada a menos que se cree un nuevo diseño por lo tanto el diagrama del circuito quedaría cableado de una manera diferente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: A lo largo del desarrollo del proyecto se observaron las conductas del circuito y se implementaba nuevas tablas de verdad hasta que se consiguió el comportamiento deseado, por lo que se implementaron los relays para bloquear al switch y el buzzer con el cual avisa que la contraseña ha sido ingresada de una forma incorrecta, el sistema del integrado tiene un interruptor para apagar el buzzer.

También cabe mencionar que se observó que la contraseña de 3 dígitos es muy corta esto quiere decir que tiene muy pocas combinaciones posibles y puede ser descifrada con facilidad.

CONCLUSIÓN: Finalmente concluimos que el proyecto no funciono como debería se cree que es un problema del diseño del circuito, un relay no se activa debido a un voltaje nulo, por lo que se están cambiando los relays por transistores intentando hacer funcionar dicho circuito como debería.

Figura1:Diagramadelcircuitoimplementado


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Con 3 dígitos como contraseña observamos que puede ser sencillo encontrar la contraseña, deduciendo las posibles combinaciones por lo cual se está pensando implementar hacer el proyecto de 10 dígitos base y hacer la contraseña de 5 dígitos haciendo así la contraseña más difícil y extendiendo las posibles combinaciones de estados para la contraseña.

MEDICIÓN EN TIEMPO REAL DE SENSORES EN CULTIVO HIDROPÓNICO

*González JDa, Espíndola BJa, Lozano La, Ramírez MTa, Lara OEb

aCoordinación Académica Región Altiplano Oeste, UASLP, Salinas, San Luis Potosí, México,

bUnidad Académica de Pinos, UTZAC, Pinos, Zacatecas, México

* [email protected]

RESUMEN: En este proyecto de investigación se realiza la medición, monitoreo y visualización de información de distintos sensores y activación de actuadores en un cultivo hidropónico. Mediante los sensores se medirá la temperatura, humedad, luminosidad, pH y se controlará el encendido/apagado de una bomba de agua haciendo uso de la placa Arduino UNO y el módulo ESP8266-01 con el que se conectará a una red WiFi para transferir la información a ThingSpeak, un servidor web. Este servidor permitirá la visualización de los datos en tiempo real por medio de una aplicación web y móvil, para su fácil acceso, haciendo uso de avances tecnológicos como el internet de las cosas y contribuyendo así con los sistemas en línea. Uno de los objetivos es proponer la implementación de esta tecnología a productores de la región, para prevenir y/o notificar fallas de manera remota y disminuir costos de producción.

PALABRAS CLAVE: ESP8266-01, Arduino UNO, ThingSpeak, IoT.

INTRODUCCIÓN: El internet de las cosas (por sus siglas en ingles IoT, Internet of Things) es una de las creaciones más importantes y poderosas de la actualidad. Representa la próxima evolución de internet la cual será un enorme avance en su capacidad para reunir, analizar y distribuir datos que podremos convertir en información y conocimiento. Existen hoy en día proyectos de IoT que prometen mejorar la distribución de los recursos del mundo enfocados en resolver problemas ambientales, ahorro de iluminación, desarrollo de invernaderos inteligentes y además de enfrentar los desafíos que nos presenta una sociedad cada vez más conectada, para ir mejorando la calidad de vida de las personas en corto, mediano y largo plazo. A lo largo del proyecto de investigación se estudiará el IoT, así como las diferentes herramientas tanto de software, como de hardware y su relación entre ellos, para poder llevar a cabo de la manera más simple y clara posible, la lectura, monitoreo de sensores y manejo de actuadores implementados en cultivos hidropónicos, realizando un perfil detallado de las condiciones del cultivo, gracias a IoT, toda la información recogida a través de internet se podrá revisar en aplicaciones móviles y web en tiempo real para lograr anticiparse a posibles problemas y evitar pérdidas en la producción.


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MATERIALES Y MÉTODOS: Los materiales utilizados para este proyecto son: fuente de alimentación MB102, módulo ESP8266-01, Protoboard y Arduino UNO. La conexión del ESP8266-01 con Arduino UNO se llevó a cabo uniendo los pines RX y TX de ambos dispositivos y alimentando el ESP8266-01 a 3.3v con la fuente de alimentación MB102. Mediante la placa Arduino se miden las señales físicas como la temperatura, humedad, luminosidad, pH por medio de sensores y se controla el encendido/apagado de la bomba de agua. Dichas señales son convertidas en datos de distintos tipos, los cuales son transmitidos vía inalámbrica a través del módulo ESP8266-01, el cual permite conectarse a una red WiFi con el uso de comandos AT y realizar la conexión con un servidor web, para enviar dicha información que se estará actualizando constantemente para ser visualizada en tiempo real. Para ello se utiliza la plataforma ThingSpeak Open Source, para conectar productos y servicios al Internet de las Cosas (IoT), siendo un servidor gratuito y fácil de usar. Este servidor se maneja como un sustituto de la futura base de datos local. Básicamente, permite enviar datos a sus servidores y ellos se encargan de guardarlos y de facilitar las herramientas de visualización y gestión. La información se guarda en memorias, a las que ThingSpeak denomina canales. En cada canal se pueden añadir hasta 8 variables que se requieran monitorizar, y la manera en que se puedan guardar nuevos datos es haciendo una petición HTTP con un método llamado GET, que permite obtener la información desde el servidor. Las variables que se incluyen en la petición HTTP es el código del canal. La información capturada en el servidor es visualizada mediante gráficos, de esta manera quedará registrado automáticamente en ThingSpeak. En la tesis de González Daza, E. Red de sensores - Internet de las cosas [2], se explica el uso de esta herramienta para la obtención de datos de sensores. RESULTADOS: A continuación en la Figura 1 se muestran los resultados de la lectura de datos como la temperatura y la humedad, mismas que son obtenidas en tiempo real utilizando la plataforma ThingSpeak que permite su visualización en linea desde cualquier dispositivo electrónico.

Figura 1. Gráficos en ThingSpeak de la lectura de temperatura y humedad en tiempo real.

CONCLUSIONES: Este sistema de monitoreo y medición proporcionará la adquision de datos provenientes de sensores y estado de actuadores en cultivos hidropónicos para su visualización en línea, logrando anticipar y/o notificar problemas con las plantas, el riego y


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evitar pérdidas en la producción. Se espera que al continuar trabajando con el proyecto, dicha información se pueda almacenar en una base de datos en la nube y poder acceder a ella desde una aplicación en cualquier dispositivo electrónico. REFERENCIAS: [1] García López, P. (Abril 2016). Sensado de temperatura y humedad mediante sistemas embebidos en

internet de las cosas. Dr. Alfonso Lastras Martínez, Premio de instrumentación y electrónica. IICO- UASLP, San Luis Potosí.

[2] González Daza, E. (2016). Red de sensores - Internet de las cosas. 1st ed. España, pp.30-31.

FPAA COMO PLATAFORMA DE INVESTIGACION Y DEASARROLLO

*De La Rosa-García LF a, Ontañón-García LJ a a Coordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP

Salinas De Hidalgo, San Luis Potosí [email protected]

RESUMEN: Se analizan las ventajas de los sistemas analógicos sobre los digitales, se presentan las tarjetas FPAA`s como una alternativa para realizar mediciones y acciones basados en modelos matemáticos, dadas las características de este tipo de tarjetas dan una gran ventaja al momento de obtener datos con mayor precisión y de esta manera enfocarlas a desarrollo de aplicaciones con modelos matemáticos representados por circuitos electrónicos como lo son los sistemas neuronales, así mismo, se plantea realizar mediciones y análisis de las señales emitidas por el corazón con el fin de identificar los factores de riesgo que puedan llegar a provocar alguna falla cardiaca. Los modelos matemáticos son una de las bases primordiales que se consideraran para llevar acabo estas tareas. PALABRAS CLAVE: FPAA, FPGA, Analogico, Digital, Modelos Matematicos, Sistemas neuronales. ESTRUCTURA DEL ARTÍCULO: En la actualidad las personas han tomado una gran determinación por obtener valores exactos de lo que los rodea (tiempo, temperatura, humedad etc.) y a su vez se necesita de dispositivos que realicen diferentes tareas de la manera más precisa, esto con el fin de realizar estudios mas amplios o bien para tener parámetros de control mas exactos. El mundo se ha llenado de dispositivos digitales, sin embargo debemos tener en cuenta que vivimos en un mundo analógico. Los dispositivos digitales manejan valores discretos por lo que en el momento de hacer mediciones de algún valor análogo pierden gran cantidad de información. La precisión de estos se encuentra limitada debido a la gran cantidad de datos que se descartan. Es aquí donde los dispositivos analógicos se convierte en una de las alternativas pensadas para resolver esta problemática los valores de medición realizados con un dispositivo analógico no descarta la información por lo que la recolección de datos es más amplia y permite manejar valores mucho más precisos. Las tarjetas FPAA`s (Field Programmable Analog Arrays) son el equivalente analógico de las FPGA`s (Field Programmable Get Arrays ). Las FPAA`s son dispositivos que en su interior manejan un arreglo de amplificadores operacionales los cuales pueden reorganizarse mediante una interfaz de programación, esto le permite realizar diferentes tareas como dispositivo reprogramable. Así mismo el echo de contar con amplificadores


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operacionales le permite realizar operaciones e incluso replicar funciones. Esta peculiaridad es muy útil ya que puede realizar sus acciones en base a una función matemática[1] (Tabla 1), muy diferente a los métodos mas secuenciales que se utilizan con los dispositivos digitales.

PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS FPAA ü No descartan datos por lo que su información es mas completa y exacta. ü Su programación grafica basada en modelos matemáticos, es mas intuitiva y no requiere de

grandes conocimientos de programación. ü Permiten representar ecuaciones y funciones matemáticas. ü Puede leer datos analógicos y digitales. ü Su software permite realizar simulaciones de gran precisión. ü Es una plataforma donde todas sus características son reconfigurables.

Tabla 1. Ventajas de las tarjetas FPAA de Anadigma

El FPAA AN221K04-DVLP2 de Anadigm es una placa que permite realizar una gran cantidad de configuraciones con amplificadores operacionales. Además cuenta con el software de fácil uso llamado AnadigmDesigner2 (Figura 1) el cual se maneja por una estructura de programación grafica, con la cual se configura la tarea que debe hacer la placa y después se carga esta configuración en la tarjeta, de esta manera tienes un sistema embebido con la capacidad de analizar y replicar funciones matemáticas.

Figura 1. AnadigmDesigner2 (Programa de GANANCIA 1).

Sabemos que toda acción que ocurra o se realiza puede ser representada por una función o una ecuación, esto brinda un amplio campo de trabajo para los investigadores. Una de las propuestas que se tienen para desarrollar con esta placa, es la de replicar la interconexión de un sistema neuronal, los sistemas de neuronas[2] ocupan muchísimo espacio y son costosos de implementar por lo que el realizar uno conlleva muchos recursos, el emplear una tarjeta FPAA permitiría reducir el tamaño del circuito y a un menor costo obteniendo resultados mas precisos al eliminar la posibilidad de que alguno de los componentes no funcione correctamente. Otra de las aplicaciones que se plantean para trabajar con esta plataforma es la de realizar mediciones de señales, mas específicamente del corazón, esto con el fin de comprender el comportamiento de este y realizar alguna implementación que muestre si existe algo anormal en el funcionamiento de mismo y prevenir padecimientos cardiacos. La ventaja de manejar modelos matemáticos como método de programación reduce en gran medida los tiempos de compilación y de depuración. Integra nuevos métodos de desarrollo de aplicaciones y da acceso a un gran campo de investigación y desarrollo.

REFERENCIAS: [1] Ontañón-García L.J, Campos-Cantón E., Sanchéz-Sahaugun J., Campos-Cantón I., (Octubre 2014).


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Electronic implement of a pancreatic b cell. XVI Congreso Latinoamericano de Control Automático AMCA, Cancún, Quintana Roo.

[2] Ontañón-García L.J, Soubervielle-Montalvo C. & Campos-Cantón E. (Octubre 2015). Analog circuit implementation for a neuron with applications to communications. Congreso Nacional de Control Automático AMCA, Cuernavaca, Morelos.

JUEGO INTERACTIVO DE PATRONES. Olvera-Guerrero JA*, Torres-Alonso KM, Ontañón-García L.J.

Coordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP, San Luis Potosí, México. *[email protected]

RESUMEN: El proyecto consiste en un patrón aleatorio representado en leds, el cual al ser visualizado por el usuario introduce la respuesta mediante un dispositivo de entrada DIP Switch. Este determina si es un acierto o un error. Los aciertos y errores se asignan en dos contadores representados mediante leds. Se emplea el uso de las compuertas básicas mediante el diseño de los mapas de Karnaugh para su simplificación y tablas de verdad. El principal propósito es mejorar la habilidad de la concentración, coordinación e interactividad. PALABRAS CLAVE: Diseño y Lógica Combinacional Digital. INTRODUCCION: En la electrónica digital [1] se utilizan sistemas y circuitos en los que solo existen dos estados posibles: Alto y Bajo. En los sistemas digitales la combinación de los dos estados se denomina binario y los dos dígitos que emplea son 0 y 1. El objetivo es diseñar un sistema de conteo en base a patrones, aciertos y errores, el cual le permita al usuario mejorar su concentración usando lógica digital. MATERIALES:

• DIP swich • Compuertas NOT, AND, OR, XOR • Push button • Timer NE555 • LED’s • Contador SN74LS193 • Capacitores de 10mF y 10µF. • Resistores 330, 390,1K, 10K y

68KΩ. MÉTODOS: Para la realización del proyecto se propuso crear un sistema que fuera novedoso y que a la vez llamara la atención de las personas para implementar en ellas el interés por los sistemas digitales. Lo principal en su desarrollo fue generar la tabla de verdad, y posteriormente se usó el álgebra de Boole y mapas de Karnaugh para su simplificación. Los tres elementos lógicos básicos AND, OR y NOT se pueden combinar para formar


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circuitos lógicos más complejos, que realicen muchas operaciones útiles y que se empleen en la construcción de sistemas digitales complejos. DESARROLLO: El sistema cuenta con distintos componentes electrónicos para los cuales se usa una fuente de poder de 5V. Se utiliza el timer 555 el cual su función principal es generar pulsos los cuales conllevan a un conteo binario realizado por el contador 193. Posteriormente el conteo se visualiza en leds. En general se usan compuertas lógicas básicas como AND, OR, NOT, XOR para comparar las entradas del patrón generado en leds y la información que el usuario introduce a partir de visualizar esta información. Por último se contabilizan los aciertos y errores en unos nuevos contadores para llevar el registro de progreso del usuario.

Figura 1. Esquema gráfico de la conexión de los componentes.

El circuito emplea tres contadores junto a su respectivo timer. El primero fue empleado para que repitiera el conteo en binario a tal velocidad que quien lo visualice no se percate de esto y por tanto parezca aleatorio. La velocidad fue determinada por la resistencia y su timer fue configurado en modo astable, es decir, en pulsos continuos. El uso de los dos contadores y timer restantes son empleados para que lleven el conteo de los aciertos y errores, según sea el caso. Estos dos tienen una configuración monoestable, esto es que los pulsos se generan a partir del push button y no de manera automática. También fue necesario el uso de dos push button mas, uno que al presionarlo se dé el patrón aleatorio y el otro que al pulsarlo mande los datos que se dan en el DIP swich y así poder comparar los datos de 0 o 1 de este con los del patrón aleatorio. La comparación fue establecida por medio de una compuerta XOR, si las dos entradas a comparar son iguales envía un 0 o nivel bajo, y si por el contario son diferentes envía un 1 o nivel alto. Al final las 4 comparaciones se introducen en una compuerta OR, y si el resultado es 0, significa que es correcto y se envía al contador de aciertos, de manera inversa al ser el resultado de la OR un 1 será enviado al contador de errores. Como resultado de este proyecto se tiene un prototipo de juego interactivo, el cual realiza comparaciones y en base a ellas lleva un conteo de aciertos y errores. La conexión del juego se muestra en la Figura 1.

CONCLUSIONES: En conclusión, este proyecto demuestra que es posible realizar comparaciones por medio de componentes básicos de la electrónica digital. Este juego ayuda a mejorar habilidades motrices y mentales. No es necesario hacer uso de componentes más complejos para realizar este tipo de proyectos. En un tiempo a corto plazo, se pretende mejorarlo asignado el patrón a un espacio de memoria que lo guarde para que este patrón sea instantáneamente borrado después de unos segundos de mostrarse y así, el usuario practique habilidades de memoria, se pretende también añadir un contador el cual dará un


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tiempo límite al usuario para determinar el patrón, como resultado dar un nivel posterior de dificultad al juego REFERENCIAS: [1] Floyd, T. L., & de Turisi, E. B. L. (1997). Fundamentos de sistemas digitales (Vol. 7). Prentice Hall.

Uso y programación de un perceptrónes aplicados en técnicas de visión artificial.

R. E. Lozoya-Ponce a*, M. García Martínez a, Silva-Campos JMa

aInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, ITESM San Luis Potosí.

*[email protected]

RESUMEN:

Se propone contemplar una técnica de visión artificial con el fin de poder procesar imágenes de campos o espacios geográficos, obteniendo información de forma numérica se pretende detectar patrones básicos con el objetivo de posteriormente implementar esta técnica en imágenes satelitales. El objetivo radica directamente en implementar técnicas avanzadas de cómputo evolutivo y conceptos básicos como el del Perceptrón.

PALABRAS CLAVE: Computo Evolutivo, Drones, Visión artificial, Perceptrón.

INTRODUCCIÓN

Gracias al creciente desarrollo tecnológico de vehículos no tripulados, conocidos también como drones, se han abierto también nuevas posibilidades para realizar estudios científicos en áreas tales como agronomía, ecología, oceanografía, entre otras más [1]. Recientemente el investigador Jeffrey Kerby, experto de la Universidad Estatal de Pensivalnia, afirmo que el uso de drones para estudios científicos en campo, ha revolucionado la forma en que se hace ciencia, ya que el trabajo de monitoreo se puede realizar de una manera más eficiente. Un ejemplo muy básico de ello es en el sector agrícola, cuando se quiere analizar un sector de espacio mediante una foto satelital de alta resolución, realizar una fotografía así conlleva diversos esfuerzos que económicamente aproximan un costo del orden de mil dólares, presentando un resultado óptimo solo para unos cuantos metros del terreno de inspección. Una reciente propuesta a esta situación radica en el uso de drones con cámaras digitales


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integradas. Al contar con un dispositivo con cámara de 12 megapixeles, a una altura de casi 40 metros, se posibilita tener una resolución de hasta 5cm por pixel [2]. Utilizando un modelo de redes neuronales se propone realizar un reconocimiento de patrones sencillos, con el objetivo de que más adelante pueda ser implementado para la detección de áreas dañadas de campos de cultivo. Modelo Perceptrón El primer modelo de red neuronal artificial fue desarrollado por el científico Rosenblatt en 1950, este modelo tomo mucho revuelo en los años 60 por su capacidad de aprendizaje y- reconocimiento de patrones sencillos. Un perceptrón formado por varias neuronas es capaz de determinar cuándo una entrada activa o desactiva un potencial de acción a la salida del sistema, en la Figura 2 se muestra un diagrama de un perceptrón, en él se observa como a cada una de las entradas se les asigna un respectivo peso, observe como la única neurona de salida realiza la suma ponderada de las entradas y pasa el resultado a una función de transferencia de tipo escalón. La regla de decisión es responder +1 si el patrón presentado pertenece a la clase A y con -1 si el patrón pertenece a la clase B. La salida dependerá de la entrada (suma de las entradas ponderadas) y del valor umbral 0.

Figura 1. Esquema del Perceptrón.

Existe un método de aprendizaje por corrección de error, el cual consiste en presentar al sistema un conjunto de datos, comparando la entrada y la salida deseada. El objetivo de este conjunto de entrenamiento consiste en minimizar el error entre la salida deseada y la salida actual, en la figura 2 se muestra un diagrama de este proceso.

Figura 2. Aprendizaje por corrección de error.

Para trabajar en el reconocimiento de patrones debemos preocuparnos inicialmente por establecer el número de neuronas en la capa de entrada y el número de neuronas en la capa de salida. Si se considera una RNA como una caja negra es posible representar su interacción funcional con el entorno como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Diagrama funcional de una red neuronal.


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REFERENCIAS:

[1] S. Haykin; Neural networks. A comprehensive foundation. IEEE Press, 1994.

[2] Dowla F, Rogers L. Solving problems in environmental engineering and geosciences with artifical neural networks. Cambridge. MIT Press. 504p. 1996.

Implementación de interfaces virtuales para la generación de multi-enroscados.

Echenausía-Monroy JL1, Sevilla-Escoboza JR1, Huerta-Cuéllar H1

1Centro Universitario de los Lagos, Universidad de Guadalajara Av. Enrique Díaz de León No. 1144, Paseos de la Montaña, Lagos de Moreno Jal., 47460, México

[email protected]

RESUMEN:

En el presente trabajo se muestra la implementación de un sistema híbrido para la generación de multi-enroscados, tomando como punto de partida a un oscilador caótico capaz de generar hasta cinco de estos. Dicha implementación consiste en remplazar la función no-lineal saturada (SNLF, por sus siglas en inglés), por una tarjeta de adquisición de datos 𝑑𝑆𝑃𝐴𝐶𝐸1104. Los resultados obtenidos demuestran que mediante la implementación de interfaces virtuales es posible automatizar el equipo de laboratorio necesario para realizar la caracterización del sistema.

PALABRAS CLAVE: Multi-enroscados, interfaces virtuales, automatización.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para llevar a cabo la implementación del modelo generador de multi-enroscados se considera el sistema de ecuaciones diferenciales reportado en [1], mostrado a continuación (1). La implementación del arreglo puede ser realizada con cualquier amplificador operacional, en este caso se hizo uso de amplificadores 𝑇𝐿082.

𝑥 = 𝑦 𝑦 = 𝑧 (1) 𝑧 = −𝑎𝑥 − 𝑏𝑦 − 𝑐𝑧 + 𝑑𝑓 𝑥; 𝑘, ℎ, 𝑝, 𝑞


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Figura1.Proyeccionesdelarespuestadelsistemaimplementadofísicamente.

La Figura 1 muestra los resultados obtenidos mediante la implementación del circuito, lo que comprueba dos puntos, la versatilidad del oscilador para la generación de multi-enroscados y que la utilización de la tarjeta es válida para la obtención de los multi-enroscados.

La instrumentación virtual es definida como un sistema de mediciones, análisis y control de señales a través de un computador mediante la generación y aplicación de instrumentos o interfaces virtuales. Haciendo uso de la plataforma de desarrollo 𝐿𝑎𝑏𝑉𝐼𝐸𝑊, se generan los instrumentos virtuales necesarios para controlar y caracterizar la dinámica del circuito. También se hace uso del software de desarrollo 𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑖𝑛𝑘, en el cual se implementa una aplicación en tiempo real, la cual es embebida en la tarjeta 𝑑𝑆𝑃𝐴𝐶𝐸1104, donde se hace uso de sus canales ADC y un canal DAC, puertos por donde ingresa la variable 𝑥 del sistema y regresa la 𝑆𝑁𝐿𝐹 al circuito, respectivamente. En la Figura 2, parte izquierda, se muestra el esquema de la automatización del experimento, así como la parte derecha, de la misma figura, un diagrama de bifurcación de máximos locales, construido a partir de la modificación de la amplitud de la función no lineal.

Figura2.Izquierda;Esquemadelaautomatizacióndelexperimentoconlosequiposcontroladosdesdelainterfazvirtual.Derecha;Diagramadebifurcacióndemáximoslocalesobtenidodelaautomatizacióndelexperimento.

CONCLUSIONES

Mediante la implementación de interfaces virtuales es posible realizar la obtención de multi-enroscados en el sistema, además de que esto permite llevar a cabo caracterizaciones en la dinámica del sistema, obteniendo una mayor cantidad de información sobre el oscilador.

REFERENCIAS


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[1] Cuautle,E.T.,Rodríguez,D.G.H.,Santillán,J.H.,Arreola,V.H.,&Cantera,L.A.C.Simulationand experimental realization of multi-scroll chaotic oscillators. Journal of EngineeringScienceandTechnologyReview2013;6(4),1-8.

[2] Echenausía-Monroy José Luis, Sevilla Escoboza Jesús Ricardo, Huerta Cuéllar Guillermo,Jaimes Reátegui Rider, Automatización de Equipos de Laboratorio para adquisición deDatos, SOMICongresode InstrumentaciónXXIXEdición,PuertoVallarta, Jalisco,México,octubre2014.

[3] Echenausía-MonroyJL,SevillaEscobozaR,Huerta-CuéllarG,Controlparalageneracióndemulti-enroscados mediante la implementación de interfaces virtuales, 2do CongresoIberoamericanodeInstrumentaciónyCienciasAplicadas,Guatemala,Guatemala,octubre2016.

BICICLETA HIBRIDA

aDe la Rosa-Pérez Ricardo, Tovar-Hernández Mauroa

Castillo-Meraz Raulb,Campos-Cantón Isaaca

aFacultad de Ciencias UASLP, bCoordinación Académica Región Huasteca Sur UASLP

[email protected]

RESUMEN:

Un bicicleta convencional y un motor eléctrico acondicionado a esta, se le nombrará bicicleta hibrida, esto es lo que se propone. Dicha bicicleta será capaz de llevar una carga máxima de 100 kg. El documento describe una serie de pasos para incluir un motor eléctrico, el cual contará con un banco de baterías recargables. La mayor característica de este sistema es que las baterías podrán ser recargadas con el desplazamiento de la bicicleta, de igual manera podrán ser recargadas desde una fuente externa basadas en energías renovables.

PALABRAS CLAVE: bicicleta, motor, baterías.

ESTRUCTURA DEL ARTÍCULO

El ciclismo es una práctica muy común en nuestra sociedad en los últimos tiempos, ya sea como deporte de alto rendimiento o como transporte. Se han creado campañas que promueven dicha actividad con fines de disminuir la cantidad de contaminación y aumentar la salud física. En San Luis Potosí se intenta concientizar a la sociedad sobre el uso de la bicicleta, organizando eventos semanales los cuales se han denominado como “rodadas”. A pesar de estos esfuerzos mostrados en diferentes lugares del mundo, el uso de la bicicleta sigue siendo alternativo, ya que las distancias a recorrer son considerables.

En el mercado existen diferentes modelos de bicicletas eléctricas, las cuales son capaces de recorrer las distancias requeridas por el usuario, pero estos modelos requieren de un largo tiempo de carga en sus baterías. Es por todo esto, que agregar un sistema de motor


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eléctrico ayuda no solo al medio ambiente, sino también al deportista y a todo aquel de utiliza la bicicleta como medio de trasporte.

SECCIONES DEL ARTÍCULO

Para la mejor eficiencia del motor que utilizaremos tomamos como referencia una pendiente, que a nuestra consideración, es la de mayor exigencia en el ciclismo, para esto, hemos tomado en cuenta los siguientes factores, la fuerza del viento, el gradiente y la fricción con la superficie, las cuales se expresan de la siguiente forma.

𝐹~c¢ =]^𝐶9𝐴£𝜌 𝑣^ (1)

𝐹¥¢~9c = 𝑀𝑔𝑠𝑒𝑛 𝜃 (2)

𝐹¢c££ = 𝜇𝑀𝑔𝑐𝑜𝑠 𝜃 (3)

Donde 𝐶9 es el coeficiente de resistencia de la atmósfera, 𝐴£ es el área frontal, 𝜌 densidad atmosférica, 𝑣 la velocidad, 𝑀 es la masa del conductor y la bicicleta, 𝑔 es la fuerza de gravedad, 𝜃 el ángulo de la pendiente. µ es el coeficiente de rodadura.

La resistencia del torque de la bicicleta 𝑇 , es una función de las fuerzas totales de arrastre y el radio de la rueda 𝑟©, se formula como sigue (4).

𝑇 = 𝑟© 𝐹~c¢ + 𝐹¥¢~9c + 𝐹¢c££ (4)

De esta forma logramos calcular la potencia necesaria del motor que usaremos, y aseguramos su funcionamiento óptimo.

Figura 1. Montaje provisional del motor.


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CONCLUSION:

En conclusión, al calcular la potencia necesaria de tracción y esta convertida a potencia eléctrica, se reducen gastos inútiles en las pruebas ya que se colóca el motor apropiado para el buen desempeño de este objetivo.

REFERENCIAS:

[1] Serway (2012). Física Vol I, II. Cengage learning, México.

DISEÑO DE UN CIRCUITO LÓGICO DINÁMICO TRIDIMENSIONAL

Ortiz-Rivera LM*, Campos-Cantón I.

InstitutodeInvestigaciónenComunicaciónÓptica,FacultaddeCiencias,UASLP,San Luis potosí, México.

*[email protected]

RESUMEN:

En este trabajo se realiza el diseño de un circuito eléctrico hecho a base de resistencias y capacitores. Este genera nodos estables en el plano fase, y mediante comparadores en forma de ventana se da la posibilidad de generar cualquier compuerta lógica (Y), con tres entradas (U1, U2, U3), a través la sintonización de parámetros de entrada (±K1, ±K2, ±K3) se puede pasar una compuerta lógica a otra, sin necesidad de modificar el hardware.

PALABRAS CLAVE: Funciones lógicas, electrónica analógica, ecuaciones diferenciales.

INTRODUCCIÓN

Se realiza la construcción de celdas lógicas en un sistema tridimensional aplicando conocimientos de electrónica y sistemas lineales. Se plantea de forma matemática un sistema dinámico lineal en el espacio de estados, denotado por un sistema lineal no homogéneo [4], generando cuatro soluciones que dependen de las condiciones de entrada (U1, U2, U3), estas soluciones dan la posibilidad de generar una salida (Y) o bien alguna de 256 funciones lógicas.

Considerando un sistema estable y realizando transformaciones se llega a una matriz A en donde sus valores propios (λ1, λ2, λ3) son distintos y negativos. Teniendo esto en cuenta, el sistema queda descrito de la siguiente manera:

𝑋 = 𝐴𝑋 + 𝐵𝑈,𝑥]𝑥^𝑥_

=𝜆] 0 00 𝜆^ 00 0 𝜆_

𝑥]𝑥^𝑥_

+𝑏]] 𝑏]^ 𝑏]_𝑏^] 𝑏^^ 𝑏^_𝑏_] 𝑏_^ 𝑏__

𝑢]𝑢^𝑢_

.

(1)


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Entonces el vector de entrada U ϵ 0, 1 genera ocho casos con tres bits de entrada (u1, u2, u3).

FUNCIONES LÓGICAS

Se propone un circuito a base de resistencias y capacitores y se analiza mediante las Leyes de Kirchhoff determinando la solución general del sistema, es decir la respuesta natural más la respuesta forzada del sistema, dada por V1, V2 y V3.

Una vez obtenida la solución general del sistema con tres entradas binarias, se plantean las funciones lógicas mediante una tabla de verdad, en donde se tienen ocho casos con tres bits de entradas (como se muestra en la tabla 1) y 256 combinaciones en la salida Y. Los nodos estables son presentan en la Figura 1, en donde se muestra que el eje horizontal de las abscisas se asocia con la combinación de entrada U1, U2 y U3 y el eje vertical o de las ordenadas está dado por la solución estable denotados por V1, V2, V3 para cada combinación de entrada. Para generar cada una de las combinaciones de salida (0-255), definimos una circunferencia o región cerrada para envolver los nodos en el plano fase, teniendo en cuenta que los nodos que se encuentren dentro de la circunferencia son considerados como 1 lógico y los nodos que estén fuera de la circunferencia como 0 lógico.

Tabla 1. Tabla de verdad para la función Y259

Figura1.GráficadelafunciónY259

Una forma de visualizar la envolvente de cada una de las señales de salida y0 − y255 es asociando un valor decimal “x” a cada uno de los ocho casos correspondientes a la combinación de entrada, dado por x = 2n-1 (donde n=número de caso) como se muestra en

U1 U2 U3 Casos x = 2n-1 Y259 0 0 0 Caso1 1 1 0 0 1 Caso 2 2 0 0 1 0 Caso 3 4 0 0 1 1 Caso 4 8 1 1 0 0 Caso 5 16 1 1 0 1 Caso 6 32 1 1 1 0 Caso 7 64 1 1 1 1 Caso 8 128 1


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la tabla 1, es decir que el bit de entrada (0,0,0) es el bit menos significativo y el bit (1,1,1) es el bit mas significativo. Por ejemplo, para la salida y249 se suman los valores asociados a los nodos que están dentro de la(s) circunferencia(s): 8+16+32+64+128+1=249.

RESULTADO EXPERIMENTAL

El circuito eléctrico propuesto mostrado en la Figura 2 está compuesto por nueve resistencias, tres capacitores, una sección de comparación compuesta por tres comparadores en configuración ventana [3] y dos amplificadores operacionales, el primero en configuración sumadora y el segundo en configuración inversora.

Figura 2. Circuito eléctrico en placa fenólica para la construcción de 256 posibles celdas lógicas con tres entradas.

Los comparadores ventana tienen tres entradas, la entrada a comparar Vi= 1, 2, 3, que se refiere los potenciales provenientes del circuito RC y las entradas +K y –K que en este caso simularan la envolvente de los nodos estables, generando una ventana, donde lo que este dentro del rango de +K a –K dará como resultado un voltaje 5 Volts o bien 1 lógico y lo que este fuera de este rango dará 0 volts o bien un 0 lógico.

Ya que se tienen tres voltajes a comparar, se requieren de tres comparadores ventana, por lo que posteriormente las tres salidas de los comparadores ventana son introducidas a un sumador y de este a un inversor para obtener una única salida Y(0-255).

REFERENCIAS:

[1] R.E Lozoya-Ponce, I. Campos-Cantón and R.O. Lozoya Ponce, Celda lógica en un sistema bidimensional, Rev. Mex. Fis., 59, 359-363 pp, (2013).

[2] Campos-Cantón I, Desarrollo de celdas lógicas por medio del espacio de estados en un sistema bidimensional, Rev. Mex. Fis., 57(2), 106-109, pp, (2011).

[3] J. U. Cisneros Parra, El amplificador operacional Cap1, SLP, 10 pp, (2006). [4] Lawrence Perko, Differential equations and dynamical systems. USA, Editorial Springer 3rd. edition,

pp.1-63, (2000).


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AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA HIDROPÓNICO

Santos-Sustaita Sa, Ramírez-Beltrán LHa, Martínez-López Ma, Rodríguez-Cardona Ga,Ramirez-Torres MTa,Garcia-Pimentel LJa

aCoordinación Académica Región Altiplano Oeste UASLP [email protected]

RESUMEN

Como parte de un trabajo en conjunto de proyectos relacionados con la hidroponía, la presente investigación tiene por objetivos: automatizar el proceso de suministro de soluciones acuosas que tienen las plantas, y captar a través de sensores las condiciones del cultivo. De esta manera se pretende lograr colectar datos para poder hacer un análisis de la producción, además de ahorrar tiempo, trabajo y dinero a productores de la región. Para llevar a cabo dicha automatización se hace uso de sistemas embebidos, así como de una serie de sensores capaces de medir las condiciones climáticas (temperatura, humedad y luminosidad) y de pH de la solución en la que se encuentran las plantas. El sistema cuenta con un registro temporizado de las condiciones capturadas por los sensores para poder hacer un análisis posterior de la evolución de las plantas y así poder estudiar, optimizar su desarrollo y estandarizar la producción.

PALABRAS CLAVE: hidroponía, automatización, Arduino.

INTRODUCCIÓN

En la mayor parte del territorio donde se encuentra localizado el municipio de Salinas de Hidalgo se cuenta con una serie de adversidades que dificultan la agricultura, resaltando problemas como son la escasez y deterioro de suelo fértil, además de las condiciones climatologías, que al encontrarse en zona semidesértica, se tienen temperaturas extremas y las lluvias son escasas gran parte del año. Pese a toda esta problemática, una buena parte de la población del municipio ve reflejados sus ingresos en esta actividad económica, aferrándose a ella por medio de nuevas tecnologías o métodos para mejorar la producción que se tiene en los suelos.


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Un método que podría ser la solución a la problemática en Salinas de Hidalgo serían los sistemas hidropónicos. Esta técnica no requiere que las plantas estén sentadas en suelo firme, sino que, en una solución acuosa se mezclan los minerales necesarios para el crecimiento de los cultivos, además de que puede estar tanto a cielo abierto como en instalaciones bajo techo para proteger de las inclemencias del clima.

Dentro de este proyecto se tiene como propósito perfeccionar la técnica hidropónica, automatizando la inserción de las soluciones acuosas a través de circuitos y sensores previamente calibrados y ajustados a las necesidades de la planta a tratar, de las cuales se tiene conocimiento gracias a un sondeo realizado en comunidades del municipio a campesinos de la región, enfocado directamente en los cultivos populares.

METODOLOGIA

Para la realización de un sistema que sea capaz de capturar los datos de los cultivos, guardarlos, enviarlos a los usuarios y que además sea autosuficiente para activar el riego parecería se necesitaran una serie de circuitos electrónicos para cada una de las acciones, pero gracias a la placa Arduino, el trabajo de circuitería se simplifica en gran medida, ya que dicha placa puede detectar las condiciones del entorno a través de las entradas (analógicas y digitales) utilizando diversos sensores y puede llevar a cabo acciones mediante el control de luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador de la placa se programa usando el Arduino Programming Language y el Arduino Development Environment.En este proyecto se hace uso del Arduino Mega, el cual funge como dispositivo central para la captura de la información enviada por los distintos sensores conectados dentro de este sistema, el almacenamiento en memoria y la programación de la activación de actuadores.

Los sensores utilizados son para medir la humedad, temperatura y luminosidad que tienen las plantas. Estos sensores están calibrados y programados acorde a la planta que se tenga, y de esta manera captar los puntos críticos de estado en que se encuentran, ya sea si está excediendo o faltando alguna de las condiciones, toda esta información se podrá consultar en el historial almacenado en la memoria. En otra fase que se está desarrollando de este proyecto, el sistema a través de un módulo ESP8266 le notifica inmediatamente al usuario para que tome las medidas correctivas. También en otra fase se cuenta con una base de datos en una página web, creada específicamente para guardar toda información que arrojen los sensores acerca de las plantas que se están tratando.

RESULTADOS

Una vez realizado el sondeo con los campesinos de la región, se realizó la conexión del circuito capaz de realizar todas las acciones incluidas en el sistema hidropónico. Como ya se mencionó anteriormente, la base del circuito es la placa Arduino Mega junto con una serie de sensores. Para medir la humedad y temperatura se usó el sensor HT11, para poder medir la luminosidad que llega a las plantas se implementó una fotorresistencia (TSL2560), así como también se hizo uso del sensor meter v1.1 para medir el pH que tienen la solución acuosa. Para no perder los datos enviados por estos sensores se guardan en una memoria SD donde se puede consultar cada detalle al que estuvo sometido el cultivo.

Se realizaron diversas pruebas para comprobar que funcionara correctamente, las cuales fueron positivas arrojando como resultados que la información enviada por los sensores


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oscila entre el 95% de precisión, además de que dicha información fue guardada en la memoria SD.

CONCLUSIONES

La agricultura hidropónica puede ser una opción viable para huertos urbanos y para pequeños o grandes productores, y no solo a nivel local, sino a nivel mundial, ya que las condiciones del clima y de los suelos están cada vez más deterioradas o reducidas, además de que las exigencias alimentarias de la sociedad también son mayores cada año. Actualmente en el proyecto se encuentra incorporando una interfaz entendible para todos los usuarios.

REFERENCIAS 1 http://arduino.cl/que-es-arduino/ consultado el 11 de noviembre del 2011

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