2005 - 2008

Estudio de factibilidad de un sistema electrónico para estimar la fecha óptima de cosecha de paltas

Se estudia la factibilidad de implementar un sistema electrónico que permita determinar, inicialmente en forma no destructiva, el estado de madurez de la palta antes de su recolección, con el fin de poder estimar una fecha óptima para comenzar la cosecha, con lo que se espera un aumento en la producción y una mejor calidad del fruto. 

Para lograr este objetivo es necesario estimar en forma rápida, económica y eficiente alguno de los parámetros biológicos que se correlacionan con el estado de madurez del fruto. Se evalúan fenómenos de naturaleza inductiva, capacitiva y resistiva.

Transformación de ecosondas análogos a digitales

El ecosonda es un instrumento que se utiliza frecuentemente para medir la profundidad del mar, con el objeto de cartografiar el fondo marino, determinar la necesidad de dragar en los puertos, evitar que encallen las embarcaciones, etc. 

El ecosonda transmite pulsos de sonido hacia abajo, y mide el tiempo transcurrido hasta la llegada del eco del fondo.

El ecosonda análogo despliega los ecos en un registrador de papel en función del tiempo (eje horizontal), y de la profundidad (eje vertical). En la figura se observa un ejemplo.

Este tipo de ecosonda tiene varios inconvenientes:

• el papel tiene un alto costo
• la interpretación de la lectura del "ecograma" es lenta y proclive a errores 
• el único respaldo de la información es el "ecograma" mismo.

Además existen ecosondas análogos que han sido utilizados durante un tiempo prolongado y cuya parte mecánica (registrador) está en mal estado, pero cuya parte electrónica está todavía operativa.

En este proyecto se construye un sistema capaz de transformar un ecosonda análogo en uno de lectura digital, para visualizar y almacenar la información en un computador personal.

Para esto se diseña y construye una interfaz que recibe las señales análogas de transmisión y recepción del ecosonda, las procesa, y las adapta para ingresarlas a un computador personal.

Además se desarrolla un programa para desplegar en la pantalla información gráfica similar a la que aparece en el papel, indicar la profundidad del fondo en forma numérica, y registrar los datos para procesamiento posterior.

En la figura siguiente se observa el registro del ecosonda, y el eco del fondo capturado en un osciloscopio digital.

Medición del porcentaje de grasa corporal

Conocer en forma precisa la cantidad de grasa corporal es muy importante, dado que en muchos casos la grasa es la culpable de los accidentes cardiovasculares, y de enfermedades tales como la diabetes. 

Para medir la cantidad de grasa corporal no basta con determinar el índice de masa corporal (IMC) que se basa en la relación peso-talla, ya que el peso depende no sólo de la cantidad de grasa, sino también del desarrollo muscular.

En este proyecto se desarrolla un sistema que mide el porcentaje de grasa corporal mediante bioimpedanciometría. La masa magra (órganos y músculos) es conductiva, el agua es altamente conductiva y la grasa no lo es. Midiendo la impedancia del cuerpo se puede deducir el porcentaje de estos elementos.

La medición de impedancia se realiza utilizando el principio de funcionamiento de un lock-in amplifier, lo que reduce el ruido de línea, y permite medir la magnitud y fase de la impedancia. Un microcontrolador procesa las tensiones medidas, calcula el porcentaje de grasa corporal, y lo despliega en un visor LCD.

Electrodos fabricados           Circuito montado en protoboard                  Medición de impedancia

Monitoreo de señales biológicas en un PDA mediante tecnología Bluetooth

El estudio de las señales cardíacas puede dar pistas importantes acerca del funcionamiento normal o patológico del corazón. Las señales son extraídas por medio de electrodos conectados a distintas partes del cuerpo del paciente.

En la actualidad, la mayoría de los electrocardiógrafos integran los cables de los electrodos junto con el medio de visualización, que puede ser un monitor de computador o una pantalla LCD, lo que dificulta el desplazamiento del paciente.

En este proyecto se implementa una unidad de adquisición de señales cardíacas de bajo costo, la cual emplea tecnología inalámbrica Bluetooth para la transmisión de las señales hacia un PDA (Personal Digital Assistant), el cual, por medio de una interfaz gráfica, presenta las señales en la pantalla.

Se lleva a cabo un tratamiento analógico mínimo sobre las señales para obtener una unidad de adquisición pequeña y sencilla. Al mismo tiempo, se utiliza la gran capacidad de procesamiento del PDA para implementar filtros digitales y obtener una señal libre de ruido.

Este sistema permite al médico monitorear a varios pacientes con sólo un PDA, y le otorga mayor movilidad al paciente.

Sistema personal de localización y telemetría vía telefonía móvil

Telemetría significa literalmente "medición a distancia", y es una tecnología que consiste en la medición de ciertos parámetros (velocidad, temperatura, aceleración, presión...) mediante sensores, y el envío de esos datos mediante ondas electromagnéticas a un centro de recepción, para su posterior análisis.

Aprovechando la extensa red de telefonía celular que cubre casi el 100% del territorio urbano chileno, se desarrolla un dispositivo de telemetría y control personal de bajo costo que permite mantener un monitoreo constante sobre un objetivo, determinando su posición (en base al sistema GPS) y permitiendo una interacción con el dispositivo si así se requiere.

Celular local con conexión a PC                                     Sistema remoto: GPS, celular y controlador

Interfaz gráfica

Conformación de haces para la medición de la velocidad de la sangre mediante sonografía Doppler

La sonografía Doppler es una técnica de diagnóstico médico que permite detectar estructuras móviles

y medir su velocidad. Una de estas estructuras es la sangre; la medición de su velocidad ayuda a localizar obstrucciones en arterias y venas, y anomalías en las válvulas del corazón.

Los equipos modernos de sonografía Doppler utilizan arreglos de transductores para formar haces que se orientan electrónicamente en diferentes direcciones, lo que les permite generar una imagen de la zona irradiada por el ultrasonido, en la cual se representa la velocidad por medio del color.

En este proyecto se diseña y simula un formador de haces para un equipo de sonografía Doppler. Los resultados obtenidos sirven como antecedente para diseñar el sistema de adquisición y procesamiento de los datos.

Mejora de la relación señal-ruido utilizando micrófonos opuestos.

En este proyecto se evalúa la factibilidad técnica de mejorar la relación señal-ruido utilizando micrófonos opuestos.

El proyecto está orientado a la grabación de la voz de una persona mediante un micrófono lejano, en un ambiente afectado por ruido de vehículos.

Se desarrollan y evalúan diferentes algoritmos, utilizando simulaciones y grabaciones reales.

Implementación de un eliminador de acoplamiento acústico en un procesador DSP

En un proyecto anterior se diseñó y simuló un eliminador de acoplamiento acústico, el cual detecta la frecuencia de las componentes que tienen comportamiento de acople e intercala dinámicamente filtros notch centrados en esas frecuencias.

En este proyecto se implementa el sistema en un procesador DSP, para evaluar su funcionamiento en tiempo real.

Comparación técnica y económica de 3 alternativas para fabricar medidores de potencia activa

En 1988 se construyeron en el LABSEI 2 medidores de potencia activa para el Laboratorio de Máquinas de la Escuela de Ingeniería Eléctrica. El núcleo de estos instrumentos era un multiplicador análogo de 4 cuadrantes, el cual era sensible a la temperatura, y requería de un ajuste de cero frecuente.

Actualmente se dispone de multiplicadores análogos más precisos, y de circuitos integrados digitales de bajo costo capaces de adquirir los datos y de efectuar las operaciones matemáticas necesarias para medir la potencia en tiempo real.

En este proyecto se realiza una comparación técnica y económica de 3 alternativas (1 análoga y 2 digitales) con el propósito de ayudar a elegir la solución más conveniente para fabricar nuevos medidores de potencia.

Diseño de un sistema de alerta temprana de maremotos

Un maremoto es un tren de ondas de baja altura y alta velocidad que se propaga en la superficie del océano, y que se crea como consecuencia de un terremoto o de una erupción volcánica submarina. Al llegar a la costa, las ondas pierden velocidad y ganan altura, pudiendo alcanzar una magnitud destructiva, en cuyo caso reciben el nombre de tsunamis.

Si un maremoto se origina a gran distancia de la costa, puede ser detectado en océano abierto con suficiente anticipación como para evacuar la zona costera amenazada.

En este proyecto se diseña y simula un sistema capaz de detectar un maremoto en océano abierto y de emitir una alarma con la anticipación requerida.

Estudio de factibilidad técnica de un sistema de advertencia de obstáculos usando visión artificial binocular

La visión binocular, es decir, la que se obtiene mediante la participación de los dos ojos, permite estimar la distancia que nos separa de posibles obstáculos en nuestro camino.

En este proyecto se evalúan algoritmos para estimar la distancia a posibles obstáculos utilizando las imágenes provenientes de 2 cámaras digitales separadas por una distancia predefinida. Un sistema artificial de estimación de distancia puede ser de utilidad para no videntes, o para robots.

Para reducir el costo y la complejidad del estudio, se utiliza sólo 1 cámara digital, montada en una plataforma deslizable en rieles, la cual se observa en el recuadro ubicado en la esquina inferior derecha de la fotografía. Después de tomar 2 fotografías con la cámara en 2 posiciones diferentes, se ingresan las imágenes al computador y se ensayan los algoritmos.

En la figura siguiente se observa la interfaz gráfica del programa desarrollado. En la parte superior se muestran las imágenes izquierda y derecha captadas por la cámara, y en la parte central inferior, una representación en colores de la imagen que "ve" el algoritmo. En el sector inferior derecho se muestra la ubicación de uno de los obstáculos detectados por el programa.

Analizador de Espectro para osciloscopio Tektronix TDS-220

En el LABSEI se cuenta con un osciloscopio digital  Tektronix TDS-220, el cual puede comunicarse con un computador, pero no posee la capacidad de realizar análisis espectral.

En este proyecto se estudia el lenguaje de comunicación usado por el osciloscopio y se desarrolla un programa de análisis espectral que permite potenciar el instrumento.

En la figura siguiente se muestra un ejemplo del resultado obtenido al aplicar una onda sinusoidal al analizador. Se observa la fundamental, algunas armónicas y el ruido de fondo del sistema.

Sistema de monitoreo inalámbrico con sensores autónomos para un invernadero

En los invernaderos resulta de gran utilidad conocer parámetros tales como la temperatura ambiente, la humedad del aire, la humedad del suelo, etc. Algunos sistemas de medición utilizan grupos de sensores conectados a una unidad de adquisición y proceso central, lo que obliga a tender un gran número de cables en el recinto.

El objetivo principal de este proyecto es crear pequeñas estaciones sensoras inalámbricas y autosuficientes, capaces de funcionar en forma permanente sin conexiones de ningún tipo.

La comunicación se establece mediante transceptores XBee, que utilizan el protocolo ZigBee, y que operan en una frecuencia de 2.4 GHz.

La fuente de alimentación proviene de pequeñas celdas solares que obtienen la energía directamente desde el Sol o desde la iluminación artificial del recinto.

En lugar de pilas recargables (que tienen una vida útil limitada) se utilizan capacitores de 50 Faradios para proveer energía durante los períodos de oscuridad. De esta forma las unidades sensoras no requieren mantención, pudiendo estar completamente selladas y protegidas del ambiente. Para alcanzar la autonomía necesaria durante los períodos de oscuridad, las unidades sensoras tienen un consumo promedio menor de 1 mA.

El sistema se completa con una estación base que recoge la información transmitida por los sensores remotos, la procesa, la despliega y la registra.

Restauración de imágenes astronómicas mediante deconvolución ciega

Aplicaciones de filtros digitales inversos en acústica y audio.

Cuando se reproduce una señal de audio en un recinto cerrado tal como un auditorio, una iglesia o una habitación, se altera la señal original producto de las reflexiones de las ondas sonoras con los límites y objetos presentes dentro del recinto.

Además la fuente emisora (amplificador y parlante) realza y atenúa distintas frecuencias dentro del espectro audible, lo que afecta la fidelidad con que se escucha la señal de audio original.

Este proyecto trata de corregir dichos problemas procesando digitalmente las señales y se divide en 2 partes principales:

1. Obtención de la respuesta impulso de un Sistema Acústico como el mostrado en la figura siguiente y diseño de un filtro ecualizador inverso.

2. Desarrollo de un algoritmo para la cancelación de los ecos y estudio de factibilidad de un eliminador de ecos en tiempo real usando filtros adaptivos.
   

Corrección de afinación para vocalistas

En algunas ocasiones los cantantes desafinan en un cierto grado. En los estudios de grabación se utilizan algoritmos de corrección de afinación para reducir la desafinación a un nivel tolerable, dado que si no se corrige, es necesario repetir la grabación muchas veces.

Este proyecto consta de tres etapas:

1. Desarrollo de un algoritmo que identifica la frecuencia fundamental que está generando el vocalista en cada instante.
2. Desarrollo de un algoritmo que modifica la afinación de una señal grabada.
3. Implementación de un sistema de control que compara las frecuencias generadas por el cantante con las notas de una escala de afinación perfecta preestablecida. Este sistema entrega una señal que sirve para corregir la afinación del cantante.

Estudio de algoritmos para identificación de voz

Medidor de frecuencia cardiaca para deportistas

La frecuencia cardiaca permite controlar la intensidad del entrenamiento en actividades deportivas que inciden directamente sobre el sistema cardiovascular.

En este proyecto se desarrolla un dispositivo que permite a un deportista monitorear en tiempo real su frecuencia cardiaca, almacenar la información obtenida para su posterior evaluación, y recibir una alerta sonora cuando se sobrepasa una frecuencia predefinida.

El sistema consta de dos partes: una banda ubicada en el pecho que monitorea la señal eléctrica del corazón y un modulo de lectura. La comunicación entre ambas partes es inalámbrica, mediante un campo magnético de baja frecuencia. Los latidos son detectados por la banda ubicada en el pecho, y transmitidos mediante trenes de onda sinusoidal de 60 kHz. El modulo de lectura mide el tiempo entre los latidos, calcula la frecuencia cardiaca, y presenta la información en una pantalla LCD.

Sistema de medición del tiempo de reacción para entrenamiento en artes marciales

En deportes de alta velocidad, tales como combate o esgrima, se presentan estímulos que requieren respuestas rápidas. Para los deportistas que practican este tipo de disciplinas, es vital que la respuesta tenga lugar en el menor tiempo posible.

Este proyecto busca realizar mediciones precisas del tiempo de reacción ante un estímulo visual, y del tiempo invertido en impactar un cierto objeto, para ayudar al atleta a optimizar el movimiento.

La medición se efectúa por medio de un acelerómetro (mostrado en el recuadro) instalado en un guante. Mediante la aceleración se puede calcular la velocidad y el desplazamiento, datos que también resultan útiles al atleta.

En la figura siguiente se muestra la interfaz gráfica del programa desarrollado, en la cual se observan las curvas de aceleración, velocidad y distancia en función del tiempo. El programa calcula y despliega el tiempo de reacción y el tiempo total empleado en el movimiento.

Estetoscopio electrónico con capacidad de diagnóstico remoto

Sistema para supervisar transporte de pasajeros en zonas rurales

 
Para solucionar un problema de control de recorrido de vehículos de transporte público subvencionados en el sur de Chile, se diseña un sistema que permite supervisar los recorridos de estos vehículos. Este sistema comprende un dispositivo instalado en cada vehículo y un computador con conexión a Internet ubicado en una central, que permite revisar los recorridos.

Los dispositivos recogen información de la hora y de su posición mediante un módulo GPS. Esta información es almacenada en una memoria no volátil, y es enviada cada cierto número de mediciones a una casilla de correo electrónico usando una conexión GPRS. El computador recupera esta información desde la casilla de correo electrónico y la almacena en su base de datos.

Un software instalado en el computador remoto muestra en un mapa el recorrido de cada vehículo, mostrando además la lista de puntos geográficos registrados por cada dispositivo.

El usuario del programa puede ver un listado ordenado cronológicamente de los paraderos por los que pasó cada vehículo.

Sistema de asistencia para el desplazamiento de no videntes

En este proyecto se desarrolla un dispositivo que asiste a personas no videntes en su desplazamiento, sin necesidad de reemplazar el bastón guía, tan ampliamente usado. El dispositivo desarrollado consta de un módulo ultrasónico para detección de distancia y un microcontrolador que interpreta los datos del módulo, para activar las respectivas salidas hacia los sistemas de alarma, auditivos y vibratorios, que permiten alertar al usuario de los obstáculos que se encuentren cerca. 

El prototipo consiste en 2 circuitos impresos diseñados para ser colocados en la cabeza, en una especie de cintillo. Con ello, se advierte al usuario de posibles obstáculos a la altura de su cabeza, parte de su cuerpo que se encuentra desprotegida debido a su discapacidad. Utilizando las capacidades del módulo análogo-digital del microcontrolador, se interpretan los datos entregados por el módulo detector de distancia, enviando al usuario señales auditivas de alarma, las cuales varían tanto en su frecuencia como en su tasa de repetición. Además, la persona puede elegir un sistema vibratorio de alarma de peligro en el rango de detección más cercano. 

Debido a la naturaleza del proyecto, el diseño se enfoca principalmente a la disminución del consumo de energía y tamaño del aparato, requiriendo también una interacción con el usuario final del producto, para toma de decisiones sobre el funcionamiento y diseño final.

Desarrollo de aplicaciones JAVA en telefonía celular

Enrutador telefónico multilínea

Actualmente existen muchas alternativas para establecer comunicaciones telefónicas, tales como líneas análogas clásicas, enlaces digitales vía red de TV Cable, red celular y red Internet. 

Las alternativas disponibles tienen diferentes costos, dependiendo del número al cual se llama, la hora de la llamada, si la llamada es de corta o larga distancia, etc.

Elegir la mejor alternativa cada vez que se efectúa una llamada puede representar un ahorro significativo para el usuario, especialmente si se trata de una empresa o de un centro de llamados. 

En este proyecto se crea un enrutador capaz de encaminar las llamadas salientes de la manera más inteligente posible buscando la minimización de los costos. 

El equipo desarrollado utiliza microcontroladores, detectores y generadores DTMF para encaminar las llamadas salientes por el medio más conveniente. 

Vista general del proyecto.

Tarjeta de circuito impreso desarrollada para el proyecto.

Identificación de personas mediante reconocimiento de iris

Monitor de signos vitales

Diseño y evaluación de un sonógrafo digital

Obtención de información geográfica mediante el tratamiento de imágenes aéreas

Localización de fallas en cables usando reflectometría en el dominio de la frecuencia

Para detectar anomalías en líneas de transmisión se puede utilizar la "Reflectometría en el Dominio del Tiempo" (TDR), la cual consiste en enviar pulsos de corta duración y detectar las reflexiones provocadas por desadaptaciones de impedancia en la línea. Sin embargo, la circuitería electrónica requerida para localizar las fallas en forma precisa resulta muy compleja, ya que se deben capturar ondas con una precisión temporal de pocos nseg.

En este proyecto se explora una alternativa denominada  "Reflectometría en el Dominio de la Frecuencia" (FDR), que se basa en el cambio de fase que sufre una sinusoide reflejada en la línea, al variar la frecuencia de la misma. El procedimiento implica hacer un barrido de frecuencia y registrar la fase de la onda reflejada. Luego, mediante una transformación matemática frecuencia - tiempo, se identifican los puntos en los que se generan las reflexiones.

El proceso descrito anteriormente se simula en MATLAB, descomponiendo la línea en miles de segmentos R-L-C e introduciendo anomalías conocidas.

Por último se efectúan mediciones en un cable UTP de 150 mt para comprobar las predicciones del modelo, encontrándose una buena correspondencia entre la simulación y la realidad. 

Experimentos realizados para confirmar la validez de la simulación.

Ejemplo de resultados obtenidos mediante la simulación.

Prototipo de distorsionador para guitarra eléctrica usando tecnología dsPIC

En muchas áreas de la ingeniería eléctrica la distorsión armónica es un fenómeno no deseado. Sin embargo, desde la época del rock and roll, la distorsión ha sido ampliamente usada por los músicos para producir el sonido característico de las guitarras eléctricas. Con el surgimiento de la era digital, se ha hecho posible la emulación de las curvas de saturación características de los amplificadores clásicos de guitarra mediante "pedaleras" digitales. Desafortunadamente, el costo de estos aparatos los hace bastante inaccesibles para muchos guitarristas.

En este proyecto se construye un dispositivo capaz de distorsionar el sonido de la guitarra eléctrica basado en la tecnología dsPIC, la cual ofrece procesamiento digital de señales a un muy bajo costo. Mediante MATLAB se crea una curva de saturación basada en la función arcotangente, la cual produce una distorsión suave comúnmente conocida como un overdrive. Luego se traspasan estas curvas a 2 microcontroladores dsPIC, los cuales se programan para producir el efecto de distorsión en tiempo real, con la posibilidad de controlar la distorsión mediante el parámetro "ganancia", sin interrumpir el proceso digital de las muestras de audio.

En la figura derecha se muestra un diagrama funcional del prototipo. 

El dsPIC 1 está encargado del procesamiento de las muestras del sonido y el dsPIC 2 del control del parámetro "ganancia". 

Los archivos a_r_in.mp3 y a_r_out.mp3 son respectivamente la entrada de una guitarra eléctrica limpia, y su salida procesada por el prototipo.

Modernización de Sistema Radiotelefónico de Directemar

La Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante (Directemar) maneja el tráfico de información pública y oficial de los buques que navegan en aguas territoriales y rutas oceánicas que convergen en los límites y puertos de Chile, y adicionalmente mantiene la vigilancia y gestiona el tráfico de Socorro y Seguridad. En este contexto, uno de los servicios que ofrece son las conferencias radiotelefónicas, que corresponden a la comunicación entre una embarcación y un abonado a la red telefónica con previa intermediación de un operador local. 

Dada la antigüedad de los equipos que componen este sistema, su reparación en caso de fallas resulta dificultosa. En este proyecto se propone una alternativa para modernizar el sistema. Se diseña un hardware que provee las interfaces electrónicas necesarias para la interacción entre un operador local, un enlace de radio y la PSTN. La operación del dispositivo es controlada desde un PC vía conexión USB, a través de un programa computacional que permite además almacenar en disco duro el audio asociado a las conferencias, su posterior reproducción, y registrar en un archivo Excel información relevante, tal como números discados, fechas, duración, horas de inicio y de término.

Desarrollo de un sensor magnetostrictivo de nivel de líquidos

La magnetostricción es una propiedad de algunos materiales que consiste en la contracción o expansión que experimentan al ser afectados por un campo magnético. 

Los sensores magnetostrictivos de nivel de líquidos están constituidos por un imán colocado en un flotador, un conductor eléctrico magnetostrictivo, una guía de onda acústica y un transductor de sonido. 

Un pulso de corriente de gran amplitud y corta duración es enviado por el conductor eléctrico; cuando el campo magnético generado por el pulso interactúa con el del imán, el material se deforma levemente, generando una onda mecánica que se propaga hacia el transductor. Midiendo el tiempo de viaje de la onda, se puede determinar la altura del líquido.

Los sensores de nivel magnetostrictivos son especialmente adecuados para la medición de la altura de líquidos en estanques de combustible, tal como el mostrado en la figura derecha. Sin embargo, tienen un costo muy elevado. 

En este proyecto se explora la viabilidad de fabricar sensores de nivel magnetostrictivos utilizando materiales de fácil adquisición en el comercio local. Los resultados obtenidos confirman esta posibilidad.

Circuito transmisor                                             Circuito receptor

Intercomunicador vía IP
 

Asistente de posicionamiento y desplazamiento para no videntes

Monitor de la calidad del aire en recintos cerrados

Sistema para detectar y clasificar ondas cerebrales