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B105 Radar Sensor Developments

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Radar technology is a well-known field used since 1940s. This technology has been traditionally applied in military and aerospace fields while it has not been highly exploited in civil applications. However, in the last years, radar transceivers cost-reduction and miniaturization have allowed its application in other fields such as traffic and vehicular safety.

These low-cost radar sensors uses the Doppler effect to obtain information about obstacles or targets in its range. The radar transmits a signal and the frequency shift of the returned signal provides the velocity of the moving targets. There are two main operating modes for these radar sensors:

  • Unmodulated Doppler radar. This operating mode is the most commonly used. The hardware and processing software needed is quite simple which allows using these sensors in size-constraint and resource-contraint devices. However, they only provide velocity information of moving objects in its range. That means that static objects are missed, the distance of the objects cannot be obtained, and two objects moving at the same velocity will be detected as one.
  • Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar. This operating mode is used to obtain the distance of static and moving objects. The radar signal is frequency modulated -usually with a frequency ramp- to allow obtaining distances and velocities from the returning signal frequency shift. Thereby, it is necessary to generate a signal to realize the frequency modulation which increases the hardware complexity. Besides, the software processing is harder as there are much more information to process and there are more noise sources from unwanted environment targets.

In B105 Electronic Systems Lab we have developed a full radar system that can operate in both modes and includes all the hardware and the software necessary. This radar system is being used for traffic safety and traffic monitoring applications in several research projects.

El botón de encendido en los dispositivos actuales

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Hasta hace no mucho, todos los aparatos que nos rodean, ya sean alimentados por baterías o desde la corriente eléctrica, disponían de un botón de encendido con dos posiciones que desconectaba el aparato completamente de la fuente de alimentación. Las únicas excepciones eran los aparatos que siempre debían estar conectados (despertadores, etc.). Algunos de estos lo implementaron de una forma más o menos disimulada en la interfaz (p.e. el temporizador de un horno), pero en otros aparatos, como televisiones, siempre suponía levantarse a pulsar el botón para encenderla.

En el caso de los aparatos alimentados por baterías, estos botones comenzaron a desaparecer antes que en los dispositivos domésticos, siendo sustituidos por un botón que, habitualmente mediante una pulsación larga, encendida o apagaba el dispositivo. Esto permitía ahorrar un botón voluminoso debido al mecanismo de enclavamiento y sólo servía para esta función. Esta forma de encendido tenía un pequeño problema, que no era útil para reiniciar el dispositivo cuando se quedaba bloqueado. Pero tampoco supuso un problema, siempre era accesible abrir la tapa de la batería y quitarla para solucionar el problema.

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Batería integrada (iPhone X).

Sin embargo, cada vez más dispositivos portátiles no permiten extraer la batería, por lo que se añaden algunas soluciones hardware para poder reiniciar el dispositivo si se queda colgado. Estas requieren, además de los componentes adicionales, una serie de consideraciones en el software que controle el dispositivo. Por otro lado, debido al aumento de funciones que realizan los dispositivos, cada vez tiene menos sentido apagarlos completamente cuando no están en uso. Estos periodos de inactividad son aprovechados por los dispositivos para descargar e instalar actualizaciones, u ofrecer funciones adicionales, como las alarmas en un teléfono móvil. En términos de experiencia de uso también suponen una ventaja, ya que reducen fricción en la interacción con el dispositivo; siempre es más probable que se use el dispositivo si siempre está listo para ser utilizado, sin tiempos de inicio ni carga.

En cuanto al desarrollo del dispositivo, supone un mayor cuidado en algunas areas:

  • Topología de alimentación: en general el dispositivo ha de ser mucho más eficiente energéticamente. En el caso de los dispositivos conectados a la red eléctrica, estos suelen estar regidos por regulaciones como la Energy Star estadounidense o su equivalente europeo, que fija unos consumos máximos en los modos de standby. Por otro lado, elementos como las fuentes de alimentación (incluidos cargadores de móviles y similares) tienen especificaciones parecidas.
    En el caso de dispositivos alimentados por baterías, el mayor problema es la duración de la misma cuando no se está usando. Esto lleva al empleo de reguladores conmutados mucho más eficientes, reducción (dinámica o fija) de las tensiones de alimentación, y la desconexión selectiva de partes del dispositivo (como la pantalla o radio). Otros aspectos que no se suelen considerar por ser despreciable su efecto, como el leakage en los condensadores de alimentación o pullups pueden ser significativos en el consumo en los modos de standby.
  • Control de brownout: si no hay la posibilidad de desconectar la batería, cuando esta no pueda proporcionar suficiente energía para que funcione el sistema, causará que no funcione correctamente pudiendo quedar bloqueado. Para ello se suelen implementar supervisores de alimentación que lo apaguen de forma preventiva, a la par que sólo permitan que se encienda cuando haya disponible energía suficiente para que arranque completamente. Esto es muy habitual en dispositivos alimentados por baterías de litio, ya que si se descargan en exceso sufren deterioro, por lo que estos dispositivos suelen impedir encenderlos cuando la batería está cerca de agotarse.
  • Control hardware de botones: dado que no hay botones de apagado, ni suele ser posible desconectar la batería en los dispositivos portátiles, se suelen implementar mecanismos hardware para poder reiniciar el dispositivo si este se cuelga. Para ello se suelen incluir circuitos de supervisión y reset, que permiten conmutar la señal de reset si una señal externa cumple ciertas características (como una pulsación muy larga en un botón).
  • Ship mode: de nuevo, debido a las baterías integradas, el consumo en standby puede suponer que, desde que se fabrica el dispositivo hasta que llega al cliente, se agote la batería completamente. Esto no solo es una “primera experiencia” de uso negativa, sino que puede suponer que la batería se deteriore. Para ello, muchos controladores de alimentación suelen disponer de un modo llamado ship mode que apaga completamente el dispositivo aislandolo de la batería para evitar este consumo. Para salir de este modo basta que el usuario pulse un botón concreto o lo conecte al cargador.
  • Gestión software de los modos de energía: todo el trabajo en el diseño hardware no es útil si la aplicación del dispositivo no gestiona adecuadamente los modos de inactividad, usando las funciones hardware disponibles (escalado dinámico de la tensión, desconexión de periféricos) y reduciendo las tareas innecesarias durante los periodos de inactividad.

Gran parte de las funciones hardware se suelen concentrar en los PMICs (Power Management IC), estos condensan cargadores de baterías, reguladores, y funciones adicionales como la gestión de botones de reset o monitorización de la carga.

Arquitectura del PMIC bq25121.
Arquitectura del PMIC bq25121.

Certificación del proyecto Lázaro ante el CDTI

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Hoy hemos recibido la visita del CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial) para certificar nuestro proyecto Lázaro. Este proyecto se ha realizado junto a Valoriza Servicios a la Dependencia y ha constado de dos partes muy diferenciadas. Por un lado debía desarrollarse un sistema de monitorización para residencias, en el que fuera posible medir parámetros biométricos de los residentes así como controlar forma domótica las estancias a través de una red de sensores. La segunda parte del proyecto tenía como objetivo desarrollar un sistema automático de detección y caracterización de barreras arquitectónicas. La certificación ha sido exitosa ya que se han cumplido los objetivos marcados de manera satisfactoria y se ha determinado la usabilidad del sistema en entornos reales.

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Dentro del primer subobjetivo, realizado por davidtrc, se ha diseñado y fabricado una pulsera wearable capaz de medir temperatura, ritmo cardiaco y saturación de oxígeno. Además se ha desarrollado una aplicación Android, que recoge y muestra los datos obtenidos por la pulsera y es capaz de gestionar múltiples pacientes y usuarios.

En el contexto del segundo subobjetivo, llevado a cabo por albarc, se ha desarrollado una aplicación Android basada en la plataforma Google Tango de visión artificial y realidad aumentada. Mediante esta aplicación, los inspectores de residencias pueden automatizar la labor de medir y caracterizar los edificios en lo que respecta a su accesibilidad. Particularmente la aplicación es capaz de medir la inclinación de rampas de acceso y la anchura de puertas, ascensores y entradas.

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Oferta TFG curso 2017/2018 2º semestre

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Os presentamos la oferta de TFGs del segundo semestre de este curso 2017/18. Lamentablemente hemos tenido muchas solicitudes durante el cuatrimestre anterior y tenemos el laboratorio casi lleno, por lo que solo presentamos una oferta en esta convocatoria. Si estáis interesados por favor enviadnos un correo electrónico a la dirección que aparece en la oferta. Igualmente si tenéis cualquier duda podéis enviarnos un correo o pasaros por el laboratorio en cualquier momento. Se aceptarán solicitudes hasta el lunes 19 de febrero incluido.

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Os esperamos!

Oferta de Becas de la Cátedra Kairós para el segundo semestre Curso 2017/18

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La Cátedra Kairós ofrece tres becas para este segundo semestre con las siguientes temáticas: Identidad digital basada en Blockchain, Asset market y
Supply Chain.

BECA 1
Identidad digital basada en Blockchain
Beca
● Duración: 4 meses
● Dedicación: 4 horas/día
● Remuneración: 500 €/mes
Objetivo
El objetivo de esta beca es estudiar el estado del arte de la identidad digital, analizar y elegir un caso de uso práctico, y realizar un prueba de concepto basado en tecnología blockchain.
Cada día las personas invierten más tiempo conectadas, bien para acceder a redes sociales, servicios online o para comunicarnos. Para poder acceder es necesario confirmar tu identidad, aspecto donde últimamente se están identificando grandes vulnerabilidades o se están utilizan complejos sistemas privados, con sus consecuentes limitaciones. Es en este reto donde las ventajas del uso de la tecnología blockchain supone una gran oportunidad tanto para proteger la privacidad del usuario como el acceso seguro a sus datos.

Beca 2
Asset market
Beca
● Duración: 4 meses
● Dedicación: 4 horas/día
● Remuneración: 500 €/mes
Objetivo
El objetivo de esta beca es estudiar el estado del arte de Asset market, analizar y elegir un caso de uso práctico, y realizar un prueba de concepto basado en tecnología blockchain.
Blockchain permite la creación de activos digitales (asset) para representar elementos materiales (algunos ejemplos son contratos inteligentes, propiedad de un bien o acceso a un curso online). El propósito es poder gestionarlos en un entorno fiable y compartido (asset market) basado en la trazabilidad, inmutabilidad de los datos y la capacidad de poder definir de forma programática la lógica en la que estos activo se gestionan que ofrece el blockchain.

Beca 3
Supply Chain
Beca
● Duración: 4 meses
● Dedicación: 4 horas/día
● Remuneración: 500 €/mes
Objetivo
El objetivo de esta beca es estudiar la aplicabilidad del blockchain dentro del ámbito de Supply Chain, elegir un caso de uso práctico, y realizar un prueba de concepto.
Dentro de la industria de consumo supone una gran oportunidad el uso de la tecnología de blockchain en su cadena de distribución (supply chain). Especialmente valioso en la certificación del origen de los productos, trazabilidad durante su vida, hasta llegar al cliente final. Son varios los enfoques que se están utilizando, de una forma u otra orientada a la mejora de la industria, revolución que en algunos círculos están denominando Industria 4.0.

Los interesados en alguna de las becas deberán enviar un correo electrónico a cualquiera de las siguientes direcciones octavio.nieto-taladriz@upm.es o joaquin.salvachua@upm.es con las siguiente información:

● Carta de presentación
● Curriculum Vitae
● Beca/s en las que estás interesado y la motivación.
● Situación actual del candidato: curso, asignaturas pendientes, limitaciones de horarios, interés en realizar TFG, TFM, Prácticas en Empresa, etc.

Información de interés:
● Fecha límite de recepción de la documentación: 20 de febrero
● Fecha de inicio de las becas: 1 de marzo

TFM: Design of a node for control and power consumption measurement of domestic electrical equipment

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by Alvaro Sanchez

The research project Sonrisas developed by B105 Electronic Systems Lab of ETSIT-UPM and the company BQ has as its general objective the development of an innovative system for the implementation of services in the field of IoT.

In this context has been carried out the development of one of the nodes of the project network. This node consists of a plug for remote connection and disconnection that also allows the measurement of the power consumed by the equipment connected to the plug.

The prototype implemented includes voltage and current sensors whose data are read and processed by a microcontroller that performs the estimation of the consumption of different loads by means of a window reading algorithm. The estimated consumption is sent to a user interface. The remote activation and deactivation of the plug is controlled by a command from the implemented interface.

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The implemented test bench has allowed the validation of the switching and measurement functions with a deviation of less than 1% with respect to the real load values.

The project has been carried out following low cost, low consumption and reduced dimensions’ design metrics, pursuing the future commercialization of the system.

The Twelve of B105: Road Safety

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¡Hoy, casi en la bocina, os traemos una nueva entrega de…

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Este mes de enero hemos querido hacer un repaso de toda nuestra actividad en materia de Seguridad Vial. Desde hace ya varios años, existe en el labo una línea de proyectos de innovación en esta temática. Algunos ya terminados y otro en marcha actualmente, todos ellos persiguen la prevención de accidentes y, en caso de que estos sucedan, poder acelerar la respuesta de los servicios de emergencia. 

A continuación, os dejamos una lista de varios ejemplos de proyectos en los que hemos diseñado y desarrollado soluciones en este área temática:

  • CARRETERAS. En este proyecto desarrollamos una serie de herramientas de soporte para las entidades encargadas del mantenimiento de las carreteras. Estas herramientas les permitían de una manera ágil e intuitiva registrar eventos en la carretera, guardar sus coordenadas, capturar evidencias gráficas, etc. A lo largo del proyecto, hicimos varios días de  pruebas en terreno para pulir nuestro sistema y llegar a una versión final de calidad. También fue muy interesante poder visitar las instalaciones de estas entidades.
  • DEPERITA. Aquí trabajamos en un sistema de perimetración virtual de zonas en las que se están llevando a cabo labores de mantenimiento de modo que, en caso de producirse una intrusión en el área restringida, se alarmase inmediatamente a los trabajadores para evitar un posible accidente.
  • SIMBIOSYS. Una de las partes más interesantes de este proyecto fue trabajar en la detección de fatiga en conductores, con el objetivo de anticipar situaciones de peligro. Para ello, se trabajó en una aproximación basada en la obtención de imágenes del conductor y su procesado en tiempo real, y otra mediante electroencefalograma.

Además de proyectos de innovación, en el B105 también hemos llevado a cabo investigación en el ámbito de las Redes Vehiculares o VANETs, especialmente en aspectos como la fiabilidad y la seguridad, y en el ámbito de la visión por computador aplicada a la conducción.

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Esperamos que nuestros twelve os entusiasmen tanto como a nosotros, y que os permitan conocer mejor todo lo que hacemos por si os interesa uniros y participar de ello. Pincha aquí si quieres ver otros meses.

Si encuentras interesante toda esta información, no dudes en seguirnos en las redes sociales para mantenerte informado.

¡Hasta el mes que viene!

Design strategies for detecting action potentials in actions based on movements

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This work is located in the studies of the brain and their signals. The puspose is to know when someone wants to make a movement. Thus, it might help to people that actually are not able to move a member of their body or more. Mainly, it is focused in the design of strategies for detection of action potentials or spikes when a movement wants to be made. This study is not looking for action potentials form, it is looking for patterns and characteristics that allow to recognize the movement. Although there are action potentials covered by the signals taken from the electrodes, but they are unavailable.

To accomplish the objective, it is used the EEG signals of a public data base. It is selected the ones related to the movement of the hands, concretely, the movement of open and close the fist. Signal sources of noise that dirty the signal are analyzed, they are called artifacts, and then, filtering stage comes, giving the signals of below for movement and no movement.

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Now, possible algorithms are checked. It is decided to use the Wavelet transform and the way in which it obtains the energy of the signal. Thanks to the calculation of Wavelet energy in 22 subjects, it is reached to the conclusion that Wavelet energy for movement is higher than for no movement. So, electrodes that comply with this condition at 100% are 4.

The final algorithm is implemented three features: correlation, a parameter that gives a relation between two signals, their energy range and their energy average. It could be said that algorithm has two parts: a training stage and a decision stage. Inside decision part, there are three algorithms: ProMove, ProMove + improve and Logic. The basic difference among ProMove and Logic is an or (||) and an and (&). The improve is based on empiric knowledge.

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Final conclusions show that the signals between subjects are very changing. Therefore, same algorithm is not useful for everybody. To some subjects, the successful probability is very high (92,86% – 1 fail), while for others is more low than what is expected (50% – 7 fail). With these test, the importance in the length of the signals is reflected, because if signals for subjects with more than 3 fails are inversely processed, the fails are reduced. The most useful algorithm for a larger number of subjects is ProMove + improve.

TFG: Design and implementation of modules for a low cost radar system.

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In the last years many low-cost radar modules have appeared on the market, allowing the implementation of this technology in a large number of applications, such as medical applications or people detection.

The B105 Electronic Systems Lab developed a prototype for the control, management and processing of the signals generated by these transceiver radars. The aim of the project is increasing the system versatility while correcting the problems it presented. So, the first step consisted on analysing the existing system and evaluating the aspects in which it could be improved.
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Then, the focus shifted to the design of several circuits that allowed to digitally change the amplification and filtering of the analog signals of the radar module. The circuit that modulates the radar transceiver was also modified to make it configurable. Once the designs were made a printed circuit board (PCB) was developed and manufactured.

An update of the existing software was needed since the hardware modules have been modified. Functions that handle the different amplification and filtering configurations of the system were developed. Also, a communication that would allow sending orders from a computer to the module was added. This communication allows the modification of the parameters during the operation of the system. The parameters include the amplification, the filtering characteristics, as well as the modulation parameters of the radar transceiver.

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN ELECTRONIC MEASUREMENT SYSTEM FOR DEFORMATIONS ON MATERIALS

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Currently there are various systems to measure deformations such as optical systems of video or laser as well as direct contact systems,  which can be classified in mechanical and electrical systems. The strain gauges belong to this last group. These gauges are devices that resemble a rectangular sheet whose dimensions typically span just a few centimeters length. In its interior there is a conductive or semiconducting wire with the form of a grid which has the ability to vary its electrical resistance when it is deformed. Compared to other technologies, strain gauges offer a much more affordable price and its use is very simple. Given their increasing perfection, they can offer benefits similar to other technologies and that is why the interest they receive has been increasing considerably, giving rise to a wide gauge market with a great variety of features and prices.

This work was born with the goal of developing a system that measures deformations based on its use for different materials with certain levels of precision, accuracy and reliability, as well as designing it as generic as possible to allow the use of any gauge that is offered in the market.

The design of the system consists of a Discovery board that tries to sample the signal coming from the gauges for its later transformation and processing. The data are sended and displayed on the computer screen through a program that reads the USB port.

The study covers different measurement techniques based on the use of different configurations that connect the gauges to the Discovery board for a comparison of results and effectiveness with each method. It also seeks to analyze the performance of different types of strain gauges with different characteristics.