lunes, 17 de noviembre de 2014

Simulación de circuitos eléctricos en Simulink

Bloques usados:

Solver Configuration: (Simscape>Utilities)
Voltage Sensor: (Simscape >Foundations Library>Electrical>Electrical Sensors)
Current Sensor: (Simscape >Foundations Library>Electrical>Electrical Sensors)
PS-Simulink Converter: (Simscape >Utilities)
Resistor  (Simscape>Foundations Library>Electrical>Electrical Elements)
Electrical Reference  (Simscape>Foundations Library>Electrical>Electrical Elements)
AC Voltage Source     (Simscape>Foundations Library>Electrical>Electrical Sources)
Mux  (Simulink >Common Used Blocks)
Scope  (Simulink>Sinks)

Para este modelo se dejó la configuración del Solver en default con la fuente de voltaje a 10 V pico-pico a 60 Hz y la resistencia es de 50 ohms. El tiempo de simulación es de 0.06 segundos.
Nota: Cómo activar las leyendas en el Scope.

viernes, 3 de octubre de 2014

Guadalajara

Creo que siempre recordaré Guadalajara como el más agridulce de mis viajes. Tenía expectativas muy altas con la ciudad y con mis pretensiones, pero algo bajas con aquel congreso de astrobiología. Todo fue al revés. La ciudad, aunque bastante limpia y ordenada a mi parecer, no era precisamente la hermosa urbe colonial que tenía en la mente. Fue sin lugar a dudas uno de los mejores congresos a los que he asistido. Después de malas impresiones por ver una y otra vez en congresos anteriores trabajos mediocres hechos por estudiantes forzados, servicios sociales y gente que sólo va a alcoholizarse en la ciudades sede, no esperaba mucho. Cambié inmediatamente de opinión y me alegró saber que aún hay muchos estudiantes verdaderamente apasionados por la ciencia. Hice muy buena amistad con los compañeros de mi universidad que también asistieron al evento, personas que lamento no haber conocido antes. Pero la razón por la cual terminé en Jalisco fue la misma que me entristeció las cosas. Lo que creí era una oportunidad de mejorar mi relación me hizo darme cuenta en realidad de que tan mal estaban ya las cosas.

martes, 19 de agosto de 2014

Buscando a Waldo con Matlab

Una aplicación entretenida de la correlación cruzada normalizada es la detección de una imagen patrón en una imagen de mayor tamaño. Esta correlación está definida matemáticamente como 

dónde f(x,y) representa a la función de imagen y t(x,y) la función de templete o imagen patrón que se desea detectar. En nuestro programa ese templete será este segmento de imagen dónde aparece Waldo:


Nuestra función principal será el siguiente mapa en el que habrá que encontrar a Waldo:


Para encontrarlo utilizaremos la función normxcorr2(). Esta función retornará un arreglo bidimensional resultado de la correlación cruzada del templete y la imagen. Para encontrar la posposición de Waldo en la imagen bastará con encontrar el punto donde la función alcanza su máximo. El arreglo resultante será tan grande como la imagen del mapa por lo que habrá que seleccionar una pequeña región alrededor del pico para poder visualizarlo mejor:

 Para encontrar la posición del pico utilizamos la función max() con la siguiente sintaxis:

[pico,indice] = max(c(:)); % Obtener valor del pico y su índice

El arreglo c representa a la función de de correlación. Hasta aquí la variable pico contiene el valor del máximo y la variable indice contiene la posición del valor máximo como si la matriz c estuviera distribuida en un arreglo vectorial. Para conocer la verdadera poción del pico en la imagen se necesita la función  ind2sub():

[y,x] = ind2sub(size(c),indice); % Obtener posición en la imagen 

Teniendo ahora la posición de Waldo solo queda mostrar la imagen completa con un rectángulo superpuesto para señalarlo:


 El programa completo es quizá más compacto de lo que pudieron haber pensado

clc,clear
mapa = imread('Waldo.jpg'); %Carga imagen del mapa
waldokernel = imread('waldok.jpg'); % carga templete de Waldo
c = normxcorr2(waldokernel(:,:,1),mapa(:,:,1)); % Correlación cruzada normalizada
[pico,indice] = max(c(:)); % Obtener valor del pico y su índice
[y,x] = ind2sub(size(c),indice); % Obtener posición en la imagen
ccut = c(y-45:y+45,x-45:x+45); % Recortar región alrededor del pico
imshow(mapa)
hold on
rectangle('Position',[x-50,y-43,70,70], 'LineWidth',2)
figure(2),surf(ccut), shading flat, title('Pico en Correlación Cruzada')



miércoles, 23 de julio de 2014

Elisyum

En un conversación divagada le comenté a un amigo una idea que he traído en la cabeza desde hace mucho. Se trata de construir una ciudad desde cero con todo lo mejor que México puede ofrecer: las mejores universidades, centros de investigación, hospitales y fabricas de alta tecnología así como las oficinas de las empresas más grandes, es decir, una Hong Kong mexicana en la cosa de Veracruz o Oaxaca. Me hizo ver inmediatamente que esa idea le recordó a la película de Elisyum. Quizá tenga razón. Aumentar aún más la desigualidad en el país dista de ser una solución. Pero me queda la curiosidad. ¿Qué pasaría si existiera una ciudad así?

jueves, 26 de junio de 2014

Problema al implementar un programa asíncrono en VHDL

Supongamos que tenemos un programa muy simple en VHDL en el que prendemos y apagamos dos leds mediante dos interruptores: 

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity leds is
port( a,b : in std_logic;
     s1,s2: out std_logic);   
end leds;

architecture control of leds is
begin

s1 <= a;
s2 <= b;

end control;


Para la tarjeta de desarrollo Basys2 nuestro archivo .ucf quedaría:

# Interruptores
NET "a" LOC = P11;
NET "b" LOC = L3;

# Leds
NET "s1" LOC = M5;
NET "s2" LOC = M11;


Hasta aquí todo parece en orden e incluso nuestro programa funciona bien en la simulación. Pero un problema muy común entre los estudiantes de los primeros cursos de sistemas digitales es que al momento de cargar el archivo .bit de un programa asíncrono como este a una tarjeta de desarrollo, ésta se queda sin hacer nada. Esto ocurre porque la tarjeta espera arrancar por default con el oscilador interno aunque no lo usemos en el programa (razón por la que este problema muy rara vez se presenta en programas que si lo usan). Este problema se resuelve simplemente haciendo click derecho sobre "Generate Program File", buscar "Process Properties" que nos abrirá la siguiente ventana en la debemos buscar la categoría "Startup Options" y cambiar la opción de FPGA Start-Up Clock de CCLK a JTAG Clock:

domingo, 22 de junio de 2014

Control PID para el modelo simple de una masa móvil


Supongamos que tenemos un pequeño vehículo de masa 'm' que se encuentra en una posición inicial x0 que queremos llevar hasta una posición final xr. Para simplificar las cosas supondremos que no existe fricción entre las ruedas y el suelo ni resistencia al aire. El modelo de nuestra planta queda descrito entonces por la 2da Ley de Newton:


dónde la fuerza F(t) es la entrada y la posición x(t) nuestra salida de la planta. Obteniendo la transformada de Laplace,su función de transferencia nos queda:


Observe que cuando a 'm' se le asigna una masa unitaria G(s) se convierte en un doble integrador. Para este modelo, como debe haberse tratado en cualquier curso de control, un controlador proporcional resulta ineficaz. Un controlador de este tipo únicamente mantendría oscilando el carrito al rededor de la posición deseada sin alcanzar nunca la estabilidad. Incluso considerando la resistencia al aire, este tipo de controlador mostrará una respuesta transitoria indeseable. Para control ideal, donde el carrito acelere y desacelere suavemente hasta detenerse justo (casi en este caso sin fricción ni resistencia al aire) en la posición que queremos requerimos un controlador PID. Las ganancias para controlar un doble integrador ideal son:


Corriendo nuestro modelo en Simulink estos son son los resultados:



lunes, 28 de abril de 2014

Pruebas con adaptador Canon para telescopio (impreso 3D)

Hace poco mandé a imprimir en la Inventoteca una montura EF que se puede descargar en Thingiverse. Después de un intento fallido y varias vueltas, finalmente mi novia y yo lo probamos en su telescopio y funcionó de maravilla. ¡He aquí algunas fotos!:

viernes, 18 de abril de 2014

 I
I miss you and every single star is a memory. Then I ask myself, what's all this starfield above me? I may say it's almost everything; matter, vastness... even an endless collection of frames of you.


II
Anoche soñé que te escribía un poema infinito. Te decía que estaba escrito en una sola hoja de papel. Pienso, a modo de analogía, en el sediento que sueña con el agua que nunca lo calma. Yo, en cambio, te escribo en líneas que forman copos de nieve; fractales de Koch.

sábado, 12 de abril de 2014

jueves, 27 de marzo de 2014

Comunicación SPI PIC2550 con DAC LTC1660 (MikroC)


// DAC module connections
sbit Chip_Select at RB5_bit;
sbit Chip_Select_Direction at TRISB5_bit;
// End DAC module connections

 double t,valor;


  void InitMain() {
  Chip_Select = 1;               // Libera DAC
  Chip_Select_Direction = 0;     // Pin CS# como salida
  SPI1_Init();                   // Inicializa modulo SPI
}

void DAC_Output(unsigned int valueDAC) {
  char temp;

  Chip_Select = 0;               // Selecciona chip

  //High Byte
  temp = (valueDAC >> 6) & 0x0F// Corrimiento
  temp |= 0xF0;                   // Cargar dato al canal A
  SPI1_Write(temp);               // Envía parte alta del byte

  //Low Byte
  temp = valueDAC<< 2;
  SPI1_Write(temp);               // Envía parte baja del byte

  Chip_Select = 1;                // Libera chip
}

void main() {
int i = 0;
ADCON1 |= 0x0F; // Desactiva entradas analógicas
CMCON  |= 7; // Desactiva comparadores

 // Puerto B como salidas
  TRISB = 0x00;
  PORTB = 0X00;
 //

  InitMain(); // Secuencia de inicialización
 
while(1){
 for (i=0; i < 80; i++){ // función de prueba
  t = t + 0.078;
  valor = (unsigned int) floor(512*sin(t)+512);
  DAC_Output(valor); // Enviar dato
  if (t > 2*3.14) t = 0;
}

   }
}


* * *
Para que la salida de la DAC sea bipolar, es decir que tenga un rango de -5 a +5 V, se debe implementar el siguiente circuito:

domingo, 9 de marzo de 2014

Crear un archivo de texto desde un array en Matlab

Supongamos que se requiere generar una señal sinusoidal en un DSP o un FPGA a partir de un conjunto de 30 puntos de la función sin(t) dentro un solo ciclo. Si se programa el dispositivo en lenguaje C, necesitamos un array que contenga los 30 valores. Para transferir el array generado a un archivo.txt del cual se puedan copiar cómodamente (separados ya por una coma) se utiliza la función dlmwrite(). El código para generar los 30 valores en formato short es:

t = linspace(0,2*pi,30);
y = round(32767*sin(t));
dlmwrite('texto.txt',y);

domingo, 23 de febrero de 2014

Beakman

Fue muy emocionante compartir la explanada del museo Universum con al menos 2 millares de estudiantes y jóvenes profesionales de las más diversas ciencias, todos siendo niños otra vez durante poco más de una hora. Después de mis padres, me aventuraría a decir que el personaje de Paul Zaloom terminó de encaminarme por la senda de la ciencia. Creo que soy una de las personas más indicadas para afirmar que tener carisma y una irreverencia agradable es más difícil que aprender matemáticas avanzadas. Pocos divulgadores de la ciencia han podido marcar una generación entera de un país."They always say "you must be really tired of hearing I'm a scientist because of you". But I've got to tell you friends... I will never ever get tired of hearing you people "I'm a scientist because of you"". Contuve algunas lagrimas al cierre.

domingo, 16 de febrero de 2014

Arduino + DAC LTC1661 (comunicación SPI)

Algunos proyectos electrónicos requieren salidas de señales analógicas "ideales" como una señal sinusoidal o una señal de control para determinado proceso en el cual el PWM no es adecuado. Si se quiere utilizar Arduino, ya sea como tarjeta de adquisición de datos o como el cerebro de todo el proceso, es necesario utilizar un DAC o fastidiarse con un arreglo de amplificadores operacionales. Para este ejemplo estoy usando un convertidor integrado de 10-bits y 2 salidas LTC1661 de Linear Technologies. Tal vez no sea el modelo de DAC más común en muchos países pero utiliza el protocolo de comunicación SPI, por lo que el código mostrado puede ser adaptado sin mayor problema a otros modelos.

Lo primero que se debe hacer a la hora de escribir un código de comunicación SPI es revisar la hoja de especificaciones del dispositivo con el que vamos hacer la comunicación y buscar el diagrama de tiempos y la tabla de direcciones. Para el LTC1661 tenemos este diagrama:


Recordemos que aún con la librería SPI.h de Arduino sólo podemos enviar paquetes de 8 bits a la vez. Cuando visualizamos esta secuencia nos damos una buena idea de lo que tenemos que hacer en el código. En este caso habrá que dividir la "palabra" de 16 bits que deseamos enviar en dos paquetes de 8 bits cada uno. Así, la secuencia binaria de un 512 (en binario 1000000000) que se traducirá como la mitad del voltaje de referencia para la salida A es:

 1001100000000000
(dirección, dato y bits "don't care")

y debe ser divido como:

10011000  y 00000000

 Para esto tomaremos una variable que llamaremos "valor" que representará a un dato de 10 bits como valor de voltaje. Es importante recordar que esta variable se declara como entero sin signo que en Arduino es un dato de 16 bits. Para obtener el primer byte será necesario utilizar una variable de tipo char (que es de 8 bits) que llamaremos "temp" y que igualaremos a la variable "valor" después de hacer un corrimiento de 6 bits a la derecha de manera que el entero sin signo 0000001000000000 se convierta en 0000000000001000 y finalmente en el char 00001000. Para agregar la dirección 1001 habrá que sumar simplemente 1001000 a nuestra variable "temp". Toda esta operación en lenguaje Arduino (y también en C) queda:

temp = (valor >> 6) & 0x0F;  // Corrimiento a la derecha
temp = 0x90 + temp; // dirección y parte del dato

Teniendo este numero cargado en "char" queda listo para ser enviado con la fusión SPI.transfer(). Para el segundo byte lo único que falta hacer es aplicar un corrimiento de dos bits a la izquierda e igualar a "temp" y volver a enviar con SPI.transfer():

temp = valor << 2;

Como había escrito al principio, es posible que los dispositivos que estén utilizando trabajen con datos de 8 o 12 bits y no 10 como en este ejemplo. Pero en esos casos lo único que habrá que hacer es ajustar el valor de los corrimientos. Si es la primera vez que conectas un dispositivo SPI a un Arduino es importante que sepas cuales son los pines para este tipo de comunicación.

Código completo:

#include <SPI.h>;
#include < math.h>;
int ss = 10;
float t;
unsigned valor = 0;

void setup(){
  
pinMode(ss, OUTPUT);
SPI.begin(); 

}

void enviar( unsigned int valor_dac){
char temp;

digitalWrite(ss, LOW); // CS o SS en bajo

temp = (valor_dac << 6) & 0x0F;  // Corrimiento a la derecha
temp = 0x90 + temp; // dirección y parte del dato
SPI.transfer(temp); // envio del primer byte
temp = valor_dac << 2; // Corriemiento a la izquierda 
SPI.transfer(temp); // envío del segundo byte

digitalWrite(ss,HIGH); // CS o SS en alto
}

void loop(){
  
for (int i; i < 80; i++){ // función de prueba
  t = t + 0.078;
  valor = (unsigned int) 511*sin(t)+511;
  enviar(valor);
  delay(1);
  if (t > 2*3.14) t = 0;
}

}

Aquí pueden encontrar el código para comunicar un PIC18F2550 con un DAC LTC1660.

lunes, 3 de febrero de 2014

Función promedio para lectura analógica desde PIC (MikroC)

Cómo muchos hemos notado, la conversión A/D en PIC es un tanto ruidosa. El método de promediación no es la solución definitiva al ruido del ADC, pero mejora considerablemente los resultados:

unsigned int promediolectura(void){

  int i =0;
  unsigned int a = 0;

  for (i=0; i <16;i++){a+ =
ADC_Read(0);}
  a = a >>4;

  return a;
}