Medidas sincronizadas mediante un GPS


Un equipo del Instituto de Automatización de Sistemas Eléctricos Complejos (ACS) de la Universidad RWTH de Aquisgrán lleva un tiempo trabajando en el análisis de sistemas eléctricos ampliamente distribuidos. En su afán por alejarse de las plataformas electrónicas altamente especializadas (y costosas), han producido una instrumentación diseñada para funcionar con la plataforma Raspberry Pi y una pila de software de código abierto. La plataforma se llama SMU (Unidad de Medición Sincronizada) y consiste en un HAT situado en una RPi3, dentro de una caja impresa en 3D que está pensada para fijarse a un carril DIN (al fin y al cabo, se supone que es una plataforma industrial) .

Por supuesto el proyecto es abierto , tanto es asi que incluso está disponible los ficheros para imprimir en 3d la caja en https://git.rwth-aachen.de/acs/public/automation/smu

La tendencia al alza de los ordenadores de placa única (SBC), baratos y de alto rendimiento, ofrece cada vez más oportunidades sin precedentes en diversos ámbitos, aprovechando el amplio soporte y la flexibilidad que ofrece un entorno de sistema operativo (SO). Lamentablemente, los sistemas de adquisición de datos implementados en un entorno de SO se consideran tradicionalmente no adecuados para aplicaciones industriales fiables. Esta posición se apoya en la falta de manejo de interrupciones por hardware y de control determinista de las operaciones temporizadas. En este trabajo los autores llenan este vacío proponiendo una innovadora y versátil plataforma de código abierto basada en SBC para la adquisición de datos independiente de la CPU. La unidad de medida sincronizada (SMU) es un dispositivo de alta precisión capaz de realizar un muestreo simultáneo multicanal de hasta 200 kS/s con una precisión de sincronización de sub-microsegundos con una referencia de tiempo GPS. Presenta errores de offset y ganancia muy bajos, con un ancho de banda mínimo superior a 20 kHz, niveles de SNR superiores a 90 dB y THD tan bajos como -110 dB. Estas características hacen que la SMU sea especialmente atractiva para el ámbito de los sistemas de energía, en el que cada vez se requieren más mediciones sincronizadas para la supervisión geográficamente distribuida de las condiciones de funcionamiento de la red y los fenómenos de calidad de la energía. Presentamos la caracterización de la SMU en términos de precisión de las medidas y de la sincronización temporal, demostrando que este dispositivo, a pesar de su bajo coste, garantiza unas prestaciones que cumplen los requisitos de las aplicaciones basadas en sincrofasores en los sistemas de potencia.

En cuanto al hardware, la estrella del espectáculo es el ADS8588S de Texas Instruments, que es un ADC de 16 bits y 8 canales de muestreo simultáneo. Es un dispositivo bastante bueno, con un rendimiento de 200 kSPS y un frontal programable por canal, empaquetado en un QFP de 64 pines fácil de usar. Sin embargo, lo que hace que este proyecto sea interesante es cómo han resuelto el problema de controlar la adquisición de datos muestreados y la sincronización.

Programando el ADC en modo byte-paralelo y utilizando el bloque de interfaz de memoria secundaria (SMI) del BCM2837 junto con el DMA, las muestras se transfieren a la memoria con una sobrecarga mínima de la CPU. Un módulo GNSS U-Blox Max-M8 integrado proporciona una señal de 1PPS (pulso superior al segundo), que se combina con la señal de ocupación del ADC de forma muy sencilla, lo que permite tanto el control de la velocidad de muestreo como la sincronización entre múltiples unidades repartidas en una instalación. Calculan que pueden conseguir una sincronización con una precisión de 180 ns de la parte superior del segundo, lo que debería ser suficiente para medir sistemas de potencia que cambian con relativa lentitud. La placa de circuito impreso del HAT se creó en KiCAD y se puede encontrar en la sección de hardware de SMU GitHub, lo que hace que sea fácil de modificar según tus necesidades, o al menos ajustar el diseño para que coincida con las piezas que puedes conseguir.

En cuanto al software, la pila completa se proporciona desde el módulo del kernel que se ocupa de las cosas de bajo nivel, ofreciendo /dev/SMU, hasta el demonio de gestión y una interfaz gráfica de usuario basada en QT. Se puede encontrar una descripción completa del sistema en el artículo de acceso abierto asociado.

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Raspberry Pi 4 ya a la venta en España


Después de  varios meses de espera  en efecto ya esta disponible  en Amazon España la nueva Raspberry Pi 4  a 59,99 €,  siendo compatible con el envío gratuito, si bien  por el momento no hay  disponible   ningún descuento, el precio de la placa es lo suficientemente bajo  (  solo  unos 20€ mas por la version anterior ) como para atreverse con la compra, aunque debería ser consciente de que en principio  tarde en llegar a su hogar (algunos usuarios hablan de  entre  dos a cinco semanas ) ,pero en todo caso, si acaban entrando unidades durante los próximos días, probablemente Amazoon  la podría enviar antes de dicho plazo.

Estas son algunas de las características mas destacables de esta nueva placa:

  • CPU ARM Cortex-A72 de cuatro núcleos y 1,5 GHz de 64 bits (rendimiento ~ 3)  .Recordad  que Raspberry Pi 3, contaba  un procesador bastante inferior del fabricante BroadCom  quad-core de 64 bits con 1,4 GHz
  •  4 GB de SDRAM LPDDR4 frente a 1GB de RAM máxima admitida en la Raspberry pi 3
  • Gigabit Ethernet de rendimiento completo
  • Redes inalámbricas de doble banda 802.11ac. La LAN inalámbrica de doble banda viene con certificación de cumplimiento modular, lo que permite que la placa se diseñe en productos finales con pruebas de cumplimiento de LAN inalámbrica significativamente reducidas, lo que mejora tanto el costo como el tiempo de comercialización.
  • Bluetooth 5.0
  • Dos puertos USB 3.0 y dos puertos USB 2.0
  • Gráficos VideoCore VI, compatibles con OpenGL ES 3.x Decodificación de hardware 4Kp60 de video HEVC
  • Compatibilidad completa con productos Raspberry Pi anteriores
  • La Raspberry Pi 4 NO   mantiene la misma huella mecánica que la Raspberry Pi 2 Model B y la Raspberry Pi 3 Model B. Además de ser más potente, es algo más grande ,lo que queda patente  en las cajas  que no servirán de los modelos  Pi 3 Model B+o anteriores,
  • Se mantiene  el conector ethernet  y los 4 conectores USB ( dos de tipo 3.3) ,cabecera GPIO estándar de 40 pines de Raspberry Pi, el Puerto de pantalla MIPI DSI de 2 carriles, el puerto de cámara MIPI CSI de 2 carriles, el puerto de audio compuesto y vídeo compuesto de 4 hilos de 3 1/2″
  • Soporte de monitor dual, a resoluciones de hasta 4K   motivo por el que se ha sustituido la salida de vídeo por dos  conectores  puertos micro-HDMI (hasta 4kp60 compatibles ) para conectar hasta dos monitores   , 
  • Ranura para tarjeta micro SD para cargar el sistema operativo y el almacenamiento de datos
  • Alimentación  via 5 V CC a través del conector USB-C (mínimo 3 A *) , 5V DC a través del encabezado GPIO (mínimo 3A *)o  alimentación a través de Ethernet (PoE) 

 

Esta placa no solo tiene un procesador mas potente( hasta tres veces más potencia de procesamiento que su antecesor)  y mas RAM, tambien  es más rápida tanto por Ethernet ( que por cierto no seta limitado, como la version anterior, por lo que tenemos una conexión Gigabit en la que no entra en juego el cuello de botella del procesador y del propio  RJ45), como por Wi-Fi+  y en los puertos USB. Por  ejemplo, gracias a los USB 3.0 , podemos conectar un SSD externo y aprovechar el ancho de banda perfectamente para transferir datos.

Igualmente el puerto para la tarjeta microSD también es más rápido que en anteriores versiones.

Lo mas destacable es  su rendimiento , pues su análisis, según Halfacree   la capacidad de cálculo de la placa, así como el ancho de banda de la memoria LPDDR4   es muy superior  frente a la LPDDC2 de la Raspberry Pi 3 Model B+

 

Utilidades

Lo de hackear la NASA con una Raspberry Pi es totalmente cierto, algo que se ha descubierto hace poco, pero además de para eso, sirve para mucho más. Es una excelente herramienta en entornos educativos, un »juguete» para enseñar a programar, se puede usar para desarrollar proyectos de IA y robótica, para crear tablets y portátiles y hasta como consola, además de como ordenador de sobremesa, claro

Aquí  algunas  ideas  para sacarle el máximo partido:

  • Aplicaciones  a la enseñanza y a la educación: Programación de software, robótica, arte inteligente, diseño de electrónica, juegos – desarrollo de aplicaciones, computación en la nube, redes neuronales – AI.
  • Aplicaciones  relacionadas con la domotica (a casa inteligente):Control de calefacción – iluminación, detección ambiental, cámara IP – CCTV, transmisión de audio – video, asistente digital -Alexa, Google, puntos de acceso inalámbrico, radio definida por software, conectividad en la nube, juguetes – robots interactivos.
  • Aplicaciones en vehículos conectados: entretenmiento en el automóvil, drones autónomos, seguimiento – navegación GPS, detección ambiental, cámara IP, asistente digital – Alexa, Google, puntos de acceso inalámbrico, radio definida por software, conectividad en la nube, redes neuronales / AI
  • Aplicación en edificios y a la industria 4.0: Control de calefacción – iluminación, detección ambiental, cámara IP – CCTV, señalización – publicidad digital, puntos de acceso inalámbrico, transmisión de audio – video, punto de venta electrónico, conectividad en la nube, LoRaWan y SigFox, redes neuronales – AI, máquinas conectadas, radio definida por software, prueba automatizada, control del motor, montaje robótico.
  • Cluster de procesadores: hay personas que estan lanzando a construir un Cluster dado que la versión más nueva es más rápida , mayor cantidad de RAM y ademas pensando en la capacidad de computo  resultante  es mas asequible que cualquier otra solución 

 

 

 

Como vemos  , a pesar del ruido generado especialmente por su mayor calentamiento  frente a las versiones anteriores ( en parte debido a  su cpu que proporciona  hasta tres veces más potencia de procesamiento que su antecesor ) ,se trata de la Raspberry Pi más potente lanzada hasta la fecha,  que no solo  se queda ahí pues incluso es capaz de soportar dos monitores  4K independientes de manera simultánea y  mejores comunicaciones  a todos los niveles  . .. 

 

Curso gratuito sobre Raspberyy Pi


En este blog nos intentamos hacer eco de todos los proyectos interesantes que surgen  respecto a las diferentes placas de IoT  donde a día de hoy sin duda podríamos destacar la placa Raspberry Pi.

Precisamente orientado  a todas aquellas personas que quieran profundizar en esta plataforma ,gracias a la plataforma de Miriadax   tenemos disponibles  en la red   un interesante  curso gratuito  online  sobre la   Rasberry Pi  apoyado  por la UPM  (Universidad Politécnica de Madrid)

El curso esta organizado en formato MOOC, (el acrónimo en inglés de Massive Online Open Courses ) , es decir como  un curso online masivo y abierto donde toda la comunidad   colabora de forma interactiva a través de la plataforma  y el uso de redes sociales.

Los  formadores son  Jorge Artieda, Miguel Hernando y Alberto Brunete   todos profesores de la UPM.

Este curso se  centra en enseñar a usar una Raspberry Pi para monitorear y controlar dispositivos en su ambiente gracias al  uso de  sensores y actuadores para monitorear salas y áreas así como  controlar dispositivos (encender y apagar luces, motores de control, etc.);

Otro de los pilares del curso es la parte de programación , enseñando a desarrollar programas que recojan los datos capturados por la Raspebrry Pi   para que los suba a  una infraestructura Cloud permitiendo que  aplicaciones móviles que usan esos datos interactúen con el usuario.

Por ultimo también , se  intenta proporcionar el  conocimiento necesario para utilizar los sistemas operativos incorporados de Raspberry Pi: Linux, programación en Python, protocolos de comunicaciones y periféricos de entrada y salida.

 

Como referencia  del formato de este curso en este video nos explican a  nivel hardware las diferentes partes que componen  un aRaspberry Pi

 

 

Los módulos previstos son los siguientes:

Es importante tener en cuenta que el curso tiene una faceta evidentemente practica permitiendo  trabajar con dispositivos reales .de modo que al final del curso tendrá un prototipo funcional para integrarse en el mundo de IoT.

Todas la practicas usan La Raspberry Pi 3 pero por su similitud también es posible Usar una raspberry Pi 2 en la mayoría de las practicas

Solo una nota: los vídeos del  curso son en ingles pero  gracias a los subtitulos automáticos  y la traducción simultánea de youtube es posible  mitigar esta controversia  y tal  vez nos ayude a mejorar  nuestro nivel de ingles

 

Por cierto, el curso esta diseñado para hacerlo en  6 semanas (48 horas de duración estimadas) y    empezó  justamente  ayer 3 abril de  2017 por lo que si le interesa no dude en apuntarse cuanto antes..

 

 

Mas información en  https://miriadax.net/web/practical-internet-of-things-lot-with-raspberrypi