Model-based implementation of self-configurable intellectual property modules for image histogram calculation in FPGAs
Este artículo presenta el desarrollo de módulos de propiedad intelectual modificables automáticamente para el cálculo de histogramas empleando el flujo de diseño basado en modelos provisto por Xilinx System Generator. En este artículo se realiza un análisis y comparación entre las arquitecturas para el cálculo de histogramas, seleccionando la mejor solución para el flujo de diseño empleado. También se hace énfasis en el uso de arquitecturas genéricas capaces de ajustarse a las necesidades del flujo de datos de la aplicación mediante un procedimiento de configuración automática. Además, se describe la implementación de un módulo de propiedad intelectual configurable para el cálculo de histogramas sobre el flujo de diseño basado en modelos, del cual se muestran algunos detalles de implementación para diferentes opciones de configuración sobre un FPGA Spartan-6 LX45 de Xilinx.IntroducciónLas tareas de Procesamiento Digital de Imágenes (PDI) tienen como objetivo principal la aplicación de ciertas operaciones matemáticas sobre una imagen para obtener un resultado deseado (González & Woods, 2007). Para lograr este objetivo, en las últimas décadas se han desarrollado muchas soluciones basadas en software (SW), utilizando algoritmos secuenciales para procesadores de propósito general (GPP) (Bailey, 2011; Pulli, Baksheev, Kornyakov, & Eruhimov, 2012). Por otro lado, las implementaciones basadas en hardware (HW) -como los Field Programmable Gates Arrays (FPGAs)- se han utilizado para aumentar la frecuencia de operación de los sistemas DIP (Alsuwailem & Alshebeili, 2005; Bailey, 2011; Barranco, Díaz, Gibaldi, Sabatini, & Ros, 2012; Hanumantharaju, Ravishankar, Rameshbabu, & Ramachandran, 2011). Estos dispositivos son adecuados para los sistemas de computación en paralelo que permiten la implementación de funciones elaboradas.El aumento de la potencia de cálculo que requieren los algoritmos DIP actuales puede lograrse realizando tareas de cálculo intensivo en HW, así como explotando el paralelismo de los dispositivos y la independencia parcial de los algoritmos (Bailey, 2011; Qasim, Abbasi, & Almashary, 2009).
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Model-based implementation of self-configurable intellectual property modules for image histogram calculation in FPGAs
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A CMOS Micro-power, Class-AB "Flipped" Voltage Follower using the quasi floating-gate technique
En este trabajo se presenta el diseño y caracterización de un nuevo seguidor de voltaje analógico para aplicaciones de bajo voltaje. La idea principal aquí desarrollada, está basada en el Seguidor de Voltaje ?Volteado? y el uso de técnicas de compuerta casiflotante para lograr un funcionamiento de clase AB. Usando una tecnología CMOS de 0.5μm, se simuló y se fabricó una celda de prueba. Cuando el circuito propuesto se alimenta con VDD=1,5V, este presenta un consumo de potencia de tan solo 413μW. Las mediciones y los resultados experimentales muestran un producto ganancia-ancho de banda de 10MHz y una distorsión armónica total de 1,12% a 1MHz.IntroducciónLos seguidores de tensión o buffers son bloques básicos de construcción analógica ampliamente utilizados como etapa de salida en los circuitos integrados para conducir señales de bajo nivel en cargas que poseen gran capacidad. Por lo tanto, un buen seguidor de tensión debe tener: una pequeña capacitancia de entrada junto con una alta resistencia de entrada, así como una baja resistencia de salida. Además, debe ser capaz de suministrar una alta corriente de salida con una baja tensión de alimentación, para mantener un bajo consumo de energía. Dado que el diseño de un circuito electrónico, en el que se exigen tanto una gran velocidad de giro como un bajo consumo de energía, conlleva limitaciones contradictorias, las técnicas y topologías de circuitos tradicionales, como el conocido amplificador de drenaje común (Carusone, 2012), se han mejorado mediante técnicas de circuitos innovadoras. Así, durante los últimos quince años, se han propuesto diferentes enfoques de circuitos, dichas técnicas van desde el uso de transistores de puerta flotante de entrada múltiple (Ramírez-Angulo, 1995), transistores Quasi-Floating-Gate (QFG) (Ramírez-Angulo, 2003), y recientemente técnicas bulk-driven (Haga, 2009). Este último enfoque se ha hecho popular porque basa su capacidad de rendimiento de bajo consumo en la reducción del voltaje umbral de los transistores P-MOS mediante el efecto cuerpo (Tsividis, 2010).
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Physical characteristics of pipes as indicators of structural state for decision-making considerations in sewer asset managemen
El deterioro de los sistemas de alcantarillado es un problema que afecta a las ciudades, no solo en su estado estructural sino también en su capacidad hidráulica y nivel de servicio. En consecuencia, los encargados del sistema de alcantarillado están trabajando en el desarrollo de una gestión proactiva para tomar decisiones a tiempo y evitar emergencias públicas. Es por esto que el objetivo de este trabajo fue predecir la condición de las tuberías en la ciudad de Bogotá utilizando algoritmos tipo cluster (k ?means), para discriminar las tuberías que tienen buena condición estructural de las que no. Entre los resultados más sobresalientes se encontró una relación entre las características estructurales de las tuberías y su estado (prueba Chi ? cuadrado) siendo la pendiente y la profundidad las variables más relacionadas con el estado de las tuberías. Adicionalmente, estas relaciones encontradas resultaron lineales al agrupar las tuberías en un plano de componentes principales. IntroducciónComo consecuencia del crecimiento de las ciudades, los sistemas hídricos urbanos están expuestos a mayores presiones en términos de cambio climático, contaminación ambiental, recursos limitados y envejecimiento de las infraestructuras (Ferguson et al., 2013). Los sistemas de drenaje, que presentan unos índices de envejecimiento y deterioro alarmantes, forman parte de las infraestructuras de las ciudades desarrolladas durante varios años (Osman, 2012). Como consecuencia de su deterioro estructural, la mayoría de los sistemas de alcantarillado son cada vez más propensos a fallar (Ward & Savic, 2012). Esto repercute directamente en el nivel de servicio y la calidad de vida de las comunidades (Micevski et al., 2002; Osman 2012, Liu & Kleiner, 2013).Son múltiples los factores que influyen en el deterioro de las tuberías, como sus características físicas (diámetro, longitud, profundidad, material, tipo de juntas), los procesos de instalación, los factores externos (características del suelo de soporte, uso del suelo, características ambientales) y otros factores como la edad, el tipo de tubería y un mantenimiento inadecuado (Davis et al., 2001).
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Response surface methodology for estimating missing values in a pareto genetic algorithm used in parameter design
En este artículo se presenta un Algoritmo Genético de Pareto (AGP) mejorado que encuentra soluciones a problemas de diseño robusto en sistemas multi-respuesta con 4 respuestas y hasta 10 factores de control y 5 de ruido. Ya que algunas respuestas podrían no haber sido obtenidas en el experimento de diseño robusto y se necesitan en el proceso de búsqueda, el AGP usa metodología de superficie de respuesta (MSR) para estimarlas. El AGP no solo entregó soluciones que ajustan adecuadamente la media de las respuestas a sus valores meta y con poca variabilidad, sino que también encontró más soluciones Pareto eficientes que una versión previa del AGP. Esta mejora facilita encontrar soluciones que alcancen el balance entre reducción de variabilidad, ajuste de media y consideraciones económicas. Además, la MSR permite estimar las medias y varianzas de las respuestas de sistemas altamente no lineales, haciendo apropiado el uso del AGP en dichos sistemas.IntroducciónEl diseño de parámetros (DP) es un método de dos etapas para ejecutar intervenciones de diseño robusto (DR), que trata de establecer los factores de entrada controlables de un sistema de producción o servicio, de modo que las salidas del sistema se mantengan lo más estables posible. A continuación, ajusta otros factores de control para que la media de las salidas se acerque lo más posible a sus valores objetivo, incluso en presencia de factores de ruido (Taguchi, 1991). Para encontrar soluciones que logren ambos objetivos de la EP y poder evaluar el mérito relativo de establecer diferentes factores de control para reducir la variabilidad y obtener el ajuste de la media, se ha propuesto el uso de un Algoritmo Genético de Pareto (AGP) (Canessa, Bielenberg & Allende, 2014).
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The mechanical behavior of two warm-mix asphalts
El artículo presenta los resultados experimentales de ensayar una mezcla asfáltica densa en caliente (HMA) de control y dos mezclas tibias (WMA). Para la evaluación del comportamiento de las mezclas HMA y WMA se realizaron ensayos de módulo resiliente, resistencia a fatiga y resistencia a la deformación permanente sobre muestras envejecidas a corto (STOA) y largo (LTOA) plazo. Adicionalmente fueron ejecutados ensayos para evaluar la resistencia al daño por humedad. La granulometría y el agregado pétreo fue el mismo para fabricar las mezclas HMA y WMA. La mezcla HMA fue fabricada empleando cemento asfáltico CA 60-70 y las mezclas WMA fueron fabricadas modificando dicho ligante con dos aditivos químicos (Rediset WMX® y Cecabase RT®). Al asfalto CA 60-70 y a los modificados se les realizaron ensayos de caracterización física y reológica. Las mezclas WMA experimentaron mayor resistencia a las deformaciones permanentes, al envejecimiento y al daño por humedad en comparación con la mezcla HMA. Asimismo, se reporta un aumento en la resistencia a fatiga cuando el modo de carga es el de esfuerzo controlado. Lo anterior fue debido principalmente al mejor comportamiento que desarrollan los asfaltos modificados en comparación al convencional (CA 60-70 sin aditivo) en los ensayos de caracterización reológica.IntroducciónAntecedentesLas mezclas asfálticas se describen en función de las temperaturas empleadas para su producción en plantas asfálticas especializadas. Las denominaciones más comunes son: (i) Asfalto de Mezcla en Frío (CMA)-temperaturas inferiores a 60 °C; (ii) Asfalto de Mezcla Semicaliente (HWMA)-temperaturas de 60 °C a 100 °C; (iii) Asfalto de Mezcla Templada (WMA)-temperaturas de 100 °C a 140 °C; y, (iv) Asfalto de Mezcla Caliente (HMA)-temperaturas de 140 °C a 190 °C. A través de una variedad de técnicas, los WMAs presentan temperaturas de mezcla y compactación reducidas en comparación con los HMAs, sin alterar significativamente las propiedades mecánicas de la mezcla.
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Mechanical performance of HMA-2 modified with purified and unpurified carbon nanotubes and nanofibers
El siguiente estudio evalúa el desempeño mecánico de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (HMA-2) modificada con nanotubos de carbono y nanofibras de carbono (NFTC). Los NFTC fueron fabricados por la técnica de Descomposición Catalítica de Vapor (DCV) a 700° C utilizando un catalizador de Níquel, Cobre y Aluminio (Ni, Cu, Al) con una relación molar Cu/Ni de 0,33. Con el fin de evaluar el desempeño mecánico de la mezcla HMA-2, se analizaron tres distintas muestras: 1) HMA-2 modificada con NFTC purificados; 2) HMA-2 modificada con NFTC no purificados; 3) HMA 2 convencional (mezcla de control). Las muestras se fabricaron de acuerdo con la metodología de diseño Marshall y fueron evaluadas en el laboratorio para estudiar su comportamiento ante el ahuellamiento, módulo resiliente (Mr) y fatiga. Como complemento de la caracterización dinámica mencionada, se analizó el efecto de la purificación de los NFTC en las propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica. En resumen, se diseñó un estudio comparativo para determinar en qué condiciones de carga conviene que los NFTC estén purificados. Esta investigación responde a la alta demanda por parte de la industria de materiales económicos capaces de contrarrestar las cargas dinámicas del tránsito en términos de durabilidad y resistencia. NFTC purificados incrementaron la rigidez y el módulo de elasticidad de la mezcla HMA-2, por otro lado, los NFTC sin purificar incrementaron el módulo de elasticidad de la mezcla, pero no hubo cambios significativos en la rigidez. Es por esto que la modificación de la mezcla con NFTC sin purificar se considera adecuada para contrarrestar patologías relacionadas con fatiga, mejorando la durabilidad a largo plazo de los pavimentos flexibles.Introducción y antecedentesA medida que aumentan las cargas de tráfico, los investigadores deben evaluar constantemente el comportamiento estructural de los pavimentos. En la última década, la nanotecnología se ha convertido en una fuente prometedora de materiales para ayudar a resolver este problema. Dentro del campo de la nanotecnología aplicada a los pavimentos, destacan los nanotubos de carbono y las nanofibras de carbono (CNTF). Dadas las extraordinarias propiedades (como la resistencia) que presentan los CNTF, esta tecnología contribuye a mejorar la respuesta mecánica de los pavimentos.
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A solar automatic tracking system that generates power for lighting greenhouses
En este estudio se diseñó y probó un sistema novedoso de generación de seguimiento solar. Se mostró cómo se puede usar de manera exitosa tal sistema como una fuente de energía avanzada para invernaderos. El sistema se desarrolló luego de haber tomado en cuenta la geografía, el clima y otros factores ambientales en el nororiente de China, una región relativamente atrasada y con muy pocos dispositivos que operan con base en fuentes de energía alternativas.
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A solar automatic tracking system that generates power for lighting greenhouses
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Design and development of solar tree for domestic applications
Los árboles solares o fotovoltaicos solares son estructuras que son similares a sus homólogos naturales. Sus dimensiones pueden ir desde aquellos del tamaño de un bonsai hasta otros que tienen la magnitud de una turbina eólica. Se pueden instalar cerca o al frente de casas o terrazas. En este artículo se muestra el diseño y desarrollo de un árbol solar para aplicaciones domésticas teniendo en consideración los requerimientos promedio de un hogar pequeño de la India.
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Grid connected photovoltaic systems , challenges and control solutions , a potential Review
En este artículo se discute en detalle sobre la topología de sistemas fotovoltaicos solares conectados a redes eléctricas, los estándares de tales redes, retos de tiempo real y objetivos, incorporando incluso esquemas de control auxiliar. Se revisan las técnicas de control disponibles para los lados de corriente directa (sistema fotovoltaico) y alterna (red eléctrica).
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Hybrid control of microgrid with PV, diesel generator and BESS
Los controladores híbridos fotovoltaicos/diesel se destacan por su alta confiabilidad operativa, baja contaminación, reducción de costos operativos y vida útil mejorada. En esta investigación se propone un dispositivo robusto de este tipo para gestionar el reparto energético entre un generador fotovoltaico, un generador diesel y una unidad de almacenamiento de energía en una microrred.
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Hybrid control of microgrid with PV, diesel generator and BESS