La atenuación de la señal y el efecto multicamino limitan el comportamiento de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) en espacios interiores. Con el fin de solucionar estas limitaciones aparecen distintos tipos de tecnologías en el desarrollo de sistemas de posicionamiento local en interiores (LPS), entre las cuales destaca el posicionamiento con luz infrarroja. Este trabajo se centra en el diseño e implementación de un sistema local de posicionamiento infrarojo síncrono basado en transmisores LEDs y un fotorreceptor QADA. El sistema transmite y recibe simultáneamente gracias al uso de un enlace de sincronismo. En el receptor se reciben las señales procedentes de los distintos emisores, donde son separadas gracias a las distintas codificaciones que se usaron en emisión. Para cada emisor, por tanto, se calcula el ángulo de incidencia sobre el receptor QADA, supuesto éste en un plano horizontal, si bien con cualquier rotación sobre el eje vertical (Z). Con los ángulos obtenidos y conocidas las posiciones de las balizas LEDs transmisoras se determina la posición (x, y, z) del receptor. El sistema ha sido validado en distintas posiciones de un volumen 2x2x3,4 m3 obteniendo errores medios inferiores a 2 cm en el plano XY en ciertos puntos del área de exploración.[...] Leer más

Los sistemas de posicionamiento en interiores están en auge debido a la permanente conexión a internet y la masificación de los dispositivos wearables en el mercado. Actualmente, los servicios basados en la localización se ejecutan sobre una red de dispositivos heterogéneos (principalmente teléfonos inteligentes) con capacidad de localización mediante señales de oportunidad como Wi-Fi. A diferencia de los despliegues profesionales en entornos controlados, el error de posicionamiento no solo depende del entorno sino de la ubicación. Las métricas tradicionales de evaluación pueden fallar al obtener detalles a más bajo nivel en los resultados reportados. Este artículo introduce una manera de realizar un análisis de los errores de posicionamiento a nivel local. Nuestra propuesta se basa en el análisis de la varianza de los errores de posicionamiento con conocimiento de la posición.

En las últimas décadas, con el desarrollo a nivel mundial de las redes inteligentes de energía, los contadores inteligentes (Smart Meters) se han convertido en una pieza clave en un gran número de aplicaciones y servicios finales ofrecidos a los usuarios, principalmente debido a su capacidad para medir en tiempo real la energía consumida en una vivienda. La disponibilidad de estas medidas ha llevado al desarrollo de técnicas para la monitorización de cargas de forma no intrusiva (NILM, Non-Intrusive Load Monitoring), en aras de una mayor eficiencia energética, o incluso en aplicaciones para la supervisión de la vida independiente en personas de avanzada edad. El rendimiento y los resultados finales que pueden obtener las técnicas NILM en la desagregación de la energía dependen en gran medida de la frecuencia de muestreo existente en el contador inteligente, y el tipo de análisis realizado posteriormente. En este sentido, cuanto mayor sea esta frecuencia, mejor suele ser la identificación de las cargas, pero también implica una mayor carga computacional. Por ello, este trabajo presenta el diseño de una arquitectura SoC (System-on-Chip) basada en un dispositivo FPGA (Field-Programmable Gate Array) para la implementación de técnicas NILM en un contador inteligente, capaz de manejar el flujo de datos a elevadas frecuencias de muestreo e implementar las sucesivas tareas del procesamiento de señal necesarias para identificar las cargas. Los resultados experimentales mostrados han permitido validar, preliminar y satisfactoriamente, la propuesta.[...] Leer más

Existen diferentes tecnologías y técnicas disponibles para desarrollar sistemas de posicionamiento en interiores. Recientemente, el desarrollo de sistemas de posicionamiento basados en señales ópticas ha despertado un gran interés, principalmente los que utilizan la luz visible de la infraestructura de iluminación. En este trabajo, se analizan qué técnicas dan mejores resultados para sentar las bases del desarrollo de un sistema de posicionamiento basado en luz visible (VLP). Trabajando con un único receptor, se analiza cuál es el resultado de determinar la posición de diferentes emisores cuando emiten simultáneamente y sin ningún tipo de sincronismo. Se comparan los resultados obtenidos por FDMA (con filtros pasobanda digitales, demodulación I/Q y FFT) y CDMA. Se analiza la interferencia entre las señales cuando se emiten simultáneamente desde varios emisores, así como los errores que causan y cómo se pueden mitigar estos efectos. Se realizan emulaciones sintéticas y pruebas empíricas que concluyen que los sistemas LPS basados en señales ópticas y PSD pueden lograr muy altas precisiones con una alta tasa de medidas por segundo.[...] Leer más

Este artículo presenta un sistema de posicionamiento en interiores destinado a monitorizar la posición del usuario en su hogar. El sistema propuesto usa balizas Bluetooth Low Energy y se ha diseñado de forma que el propio usuario sea capaz de desplegarlo y no sea necesario realizar un proceso previo de entrenamiento manual. Se han realizado un conjunto de experimentos, de cuyos resultados se concluye que el sistema propuesto es capaz de estimar la habitación donde se encuentra el usuario con un nivel de exactitud muy elevado.

El uso de vehículos aéreos no tripulados (VANT, o UAV en inglés), comúnmente llamados drones, se ha intensificado en los últimos años debido a sus múltiples aplicaciones y a la bajada de precios que han ido experimentando. En ciertas aplicaciones es necesario estimar su posición en tiempo real, esto se consigue fácilmente en espacios exteriores mediante señales GNSS, pero en espacios interiores donde la señal GNSS se ve atenuada al atravesar distintos obstáculos, el posicionamiento mediante esta técnica está muy limitado. Los sistemas de posicionamiento local (LPS), haciendo uso de distintas tecnologías base, intentan dar solución a la localización en interiores. En este trabajo se presentan los avances en un sistema de posicionamiento local ultrasónico (ULPS) para la localización de drones en espacios interiores. Para ello se utiliza un conjunto de balizas ultrasónicas individuales repartidas por el espacio que se desea cubrir, otorgando un área de cobertura donde el receptor, ubicado en el propio dron, capturará las emisiones ultrasónicas que posteriormente serán procesadas para estimar su posición. Una vez obtenida la posición del dron, será enviada a cualquier dispositivo conectado a la misma red local. Además, se han diseñado dos filtros para mitigar las interferencias generadas por el ruido del propio dron.[...] Leer más

Este trabajo supone un punto de partida para conseguir un objetivo final que sería la implementación de una red de sensores LoRa para la detección de incendios cercanos a las líneas de transporte eléctrico. Se ha establecido un escenario de trabajo en el que se pretende aprovechar la infraestructura de transporte eléctrico como elemento de soporte en zonas donde no se dispone de cobertura de tecnologías de comunicaciones, con difícil acceso humano y con dificultad para aprovechar la energía de la red eléctrica. En este trabajo se presenta la primera fase del proyecto, la cual se ha enfocado a la definición de los distintos elementos del sistema y el desarrollo de una topología de bus para la comunicación entre nodos de la red mediante el protocolo inalámbrico LoRa. Los resultados iniciales realizados en laboratorio validan el diseño de la topología bus a través de la medida del consumo energético, la calidad de la cobertura y el tiempo de respuesta ante situaciones de alarma.[...] Leer más

En este trabajo se presenta una implementación en el microcontraldor (MCU) FF-LPC546xx, de un metodo de acceso multiple por división de frecuencia (FDMA) basado en el algoritmo de Goertzel para posicionamiento en interiores usando como detector un fotodiodo PSD (Position Sensitive Sensor) y como emisores la propia iluminacion basada en LEDs del entorno donde se implanta el posicionamiento. Se ha comprobado con las investigaciones realizadas con este trabajo que el algoritmo de Goertzel ofrece mejores resultados que otras tecnicas como el uso de Filtros IIR paso-banda, para discriminar los distintos emisores en un MCU. Posteriormente se han analizado los resultados y errores obtenidos con este metodo. Se comprueba que se obtienen errores aleatorios con una desviacion típica menor de 3 mm en la posición de los agentes, haciendo uso del algoritmo de Goertzel y discriminacion FDMA.[...] Leer más

Las arquitecturas SoC están teniendo un avance muy significativo en los últimos años debido a la posibilidad de flexibilizar los sistemas para adaptarlos a una gran variedad de aplicaciones. En este trabajo se presenta un sistema de posicionamiento ultrasónico en el que la recepción y procesamiento de la señal se lleva a cabo en un dispositivo SoC. El sistema recibe las transmisiones ultrasónicas, moduladas y codificadas por secuencias binarias, a una frecuencia de adquisición de 100 kHz. La señal capturada se envía a un periférico específico incluido en la arquitectura SoC, cuyo funcionamiento se basa en la realización de las correlaciones con las secuencias que se han emitido y la obtención de los picos de esas correlaciones. Una vez que se obtienen estos datos, se trasladan al procesador de la arquitectura SoC, para lo cual se ha desarrollado el correspondiente device driver. A partir de este driver, la aplicación de usuario obtiene las diferencias en tiempos de vuelo de las señales recibidas, para, posteriormente, estimar la posición del receptor móvil a partir de un algoritmo de posicionamiento hiperbólico en función de la localización de las balizas ultrasónicas que se hayan empleado.[...] Leer más

La localización de personas, robots y dispositivos IoT cada vez es de mayor importancia. Las soluciones basadas en UWB están teniendo mucho éxito debido a su precisión, que idealmente es de 20 cm, sin embargo en entornos reales de operación esta precisión se ve afectada por la presencia de múltiples obstáculos en el entorno. Es por ello que para conseguir una solución de posicionamiento robusto, se hace necesario tener medidas redundantes de distancias para poder minimizar el efecto de aquellos rangos significativamente erróneos. Existe un equipo comercial de la empresa Decawave que presenta muchas ventajas operativas de despliegue y uso de una red de balizas (anchors) y de los de móviles (tags) a localizar. Sin embargo, esta arquitectura presenta una importante desventaja: cada tag a localizar solo puede medir rangos con un máximo de 4 anchors. Esta limitación está embebida en el propio protocolo de medida diseñado por Decawave (PANS), y por tanto no es fácilmente salvable sin hacer un rediseño total del firmware. En este paper analizamos las estrategias que hemos podido identificar para poder dotar a este equipo de múltiples medidas de rango, y así posibilitar que cada tag se posicione con más de cuatro distancias. Veremos las ventajas e inconvenientes de cada una de estas estrategias, y finalmente adoptaremos una solución que implementamos para poder medir 8 rangos por cada tag. Esta solución accede a la información del tag mediante su API con un protocolo BLE inalámbrico (así como cableado por USB). Se diseña un filtro EKF para estimar la posición del tag móvil, y se compara con la solución comercial limitada a 4 rangos, demostrando las ventajas de este enfoque multi-rango propuesto.[...] Leer más

Los microARN son una nueva clase de biomarcadores que pueden estar presentes en diferentes muestras biológicas y su presencia puede estar relacionada con diversas enfermedades. La agregación controlada de nanopartículas de oro (GNP) en presencia de microARN se puede utilizar para realizar una detección rápida de los mismos, en función de un cambio de la señal óptica emitida. Este trabajo propone el diseño de un novedoso prototipo instrumental que permite realizar mediciones sincronizadas de transmitancia a diferentes longitudes de onda. El método propuesto se define como un “método ratiométrico digital”, ya que es el calibrado automático el que ajusta la corriente por los LEDs para que la luz que llega a la muestra sea la misma. Esto permite que las diferencias de brillo y las pérdidas en la fibra óptica se cancelen. El equipo es portátil y los principales parámetros de la medida se gestionan desde un teléfono móvil.[...] Leer más

Poseer conocimiento rápido y fiable de la calidad del forraje en las granjas lecheras es crucial tanto para los técnicos como para los productores. Sin embargo, el equipo necesario para cumplir con estos requisitos es a menudo caro y complejo de usar. En este artículo, se presenta un instrumento portátil para analizar los valores nutricionales del forraje utilizando técnicas de espectrometría del infrarrojo cercano (NIRS). Mediante herramientas de Internet de las Cosas (IoT), los datos se envían a la nube para su procesamiento; a partir de aquí, serán accesibles para cualquier dispositivo autorizado. Para analizar los valores nutricionales del forraje, se desarrolló e implementó en el dispositivo un modelo quimiométrico que permite conocer la relación entre el espectro medido y la concentración de las sustancias de interés. Finalmente, el instrumento fue validado in situ y los resultados obtenidos se compararon con el equipo de referencia.[...] Leer más

En este trabajo se presenta el diseño de un dispositivo electrónico con carácter portable (wearable), pensado para el estudio y/o análisis de la actividad física de personas de edad avanzada con el propósito de obtener una serie de datos objetivos que ayuden al personal médico a evaluar la fragilidad además de acceder en tiempo real a determinados parámetros de interés. El sistema desde un punto de vista global está formado por dos partes fundamentales: una infraestructura necesaria para implementar un sistema de localización basado en tecnologías ultrasónica e infrarroja, y un dispositivo wearable denominado FrailWear, que incorpora una serie de sensores y un sistema de comunicación inalámbrica bajo el estándar LoRaWAN que permite llevar a la nube las magnitudes y parámetros de interés adquiridos. El sistema de localización está formado por un conjunto de balizas ultrasónicas codificadas ubicadas en posiciones conocidas y sincronizadas por una señal infrarroja, que posibilita el cálculo de la posición tanto simbólica a nivel de estancia hasta resolución centimétrica en los momentos que se requiera. También se incluye una Unidad de Medida Inercial (IMU) de la que se extrae información relacionada con la actividad física, así como un sensor de presión atmosférica con el objetivo de detectar cambios de planta y uso de ascensores. Los datos se procesan en un microcontrolador, pudiéndose almacenar internamente en una tarjeta microSD, y enviarse a la nube de manera inmediata, o bajo demanda. El diseño se ha orientado al Internet de las Cosas (IoT) con objeto de poder ser integrado con otros sistemas.[...] Leer más

Los Servicios Basados en Localización (LBS) proporcionados por los smartphones se han convertido en un instrumento con gran potencial en entornos culturales como museos o yacimientos arqueológicos. Este trabajo analiza tres tecnologías (acústica, luz visible y Bluetooth de baja energía) que permiten proporcionar LBS en estos entornos. Las balizas acústicas y de luz visible se han diseñado específicamente, mientras que para el Bluetooth se ha elegido una baliza comercial. Además, se ha desarrollado una aplicación para teléfonos móviles que implementa los algoritmos de identificación para cada tecnología propuesta, mostrando la información de la obra expuesta correspondiente. Se ha llevado a cabo un conjunto de pruebas experimentales para evaluar el rendimiento de cada tecnología. Los resultados muestran una zona semicircular de detección robusta de unos 1.5 m de radio alrededor de las balizas acústicas y Bluetooth, mientras que la detección se reduce a una región rectangular de 1.2 m de profundidad y 0.4 m de anchura para la baliza de luz visible.[...] Leer más

Además de su utilidad primaria como sistemas de comunicación y entretenimiento, los teléfonos móviles actuales poseen una amplia capacidad como sensores de instrumentación, que los hacen útiles para múltiples aplicaciones. Entre estas capacidades destacamos la localización: el posicionamiento físico del teléfono, normalmente empleando señales de RF codificadas provenientes de sistemas satelitales (GNSS). Hasta hace poco, el procesamiento de las señales de posicionamiento y la estimación de la posición del dispositivo era realizada por un chipset dedicado del teléfono, de forma no accesible por el procesador principal. Recientemente, se ha habilitado la capacidad de los teléfonos con sistema operativo Android para obtener directamente las señales del receptor GNSS (``raw signals``), lo que posibilita el desarrollo por usuarios avanzados de técnicas de posicionamiento más precisas, así como la fusión sensorial de la información GNSS en otros algoritmos de estimación. En este artículo se describe paso por paso una metodología que permite disponer de las señales GNSS en una forma útil para su integración en algoritmos, y se realizan pruebas experimentales de posicionamiento con un teléfono comercial.[...] Leer más

Se presentan los resultados de un sistema de sincronización distribuida basado en el estándar IEEE 802.1AS-2011. El objetivo es mantener un marco de referencia temporal único y de alta calidad. Este esquema de sincronismo se aplicará a una nueva infraestructura dedicada a la monitorización de redes de Micro-Generación de energía. Las Micro-Redes agrupan a diversos tipos de viviendas o edificios con la capacidad de producción y almacenamiento de energía mediante recursos renovables. Estos recursos energéticos distribuidos pueden ser compartidos por diversos colectivos para alcanzar una gestión óptima de la generación y el consumo de energía. La infraestructura propuesta trabaja con redes Ethernet estándar para que los equipos de medida puedan coexistir con otros sistemas de transmisión de datos en diversos escenarios de producción y consumo conjuntos. Desde la perspectiva tecnológica se propone como novedad la utilización del estándar TSN para garantizar la sincronización precisa de todos los datos de producción, consumo e inyección de energía. En esta infraestructura se incluye al menos una PMU actuando como un Maestro-TSN para extender el sincronismo al resto de los sistemas de medida. Dicha referencia marcará el inicio del proceso de muestreo de los sistemas de adquisición, imprescindible para establecer relaciones entre los eventos que tienen lugar en los puntos de generación de energía. En un escenario real las PMU se situarían en los puntos de inyección de la red de suministro, supervisando los datos de producción e informando sobre la estabilidad de la red. Es esencial analizar la capacidad de sincronización alcanzada con TSN cuando se aplica a equipos situados a cierta distancia. En el análisis se observa que es viable utilizar conversores de aproximaciones sucesivas para sincronizar las muestras con una incertidumbre inferior a los 100ns.[...] Leer más

La aparición de la fragilidad en los ancianos mayores reduce su capacidad de independencia y los hace más vulnerables, siendo por tanto necesario evaluar este estado y establecer medidas para retrasar su aparición. Uno de los parámetros fundamentales en la evaluación y detección de la fragilidad es la velocidad de la marcha. La vigilancia de este parámetro en los pacientes institucionalizados puede ser de gran ayuda para el personal sanitario. El objetivo de este trabajo es monitorizar los parámetros físicos de las personas en edad avanzada, pero también realizar una localización simbólica que permita conocer rutinas de comportamiento como información complementaria para su diagnóstico. Para ello, se propone que el paciente lleve un sistema multisensorial en el tobillo que integra una unidad de medida inercial (IMU), un barómetro y un receptor WiFi. La propuesta que se hace en este trabajo es ubicar transmisores WiFi de corto alcance en las salas que se desea monitorizar. Se han desarrollado diferentes algoritmos para identificar diariamente el número de pasos y los cambios de piso a partir de la IMU. Esta información y la detección de la intensidad de la señal WiFi permiten estimar una localización simbólica muy precisa a nivel de habitación, como se refleja en los resultados preliminares con pacientes reales. Este es el primer paso para generar algoritmos que detecten automáticamente las actividades de la vida diaria (ADL).[...] Leer más

El posicionamiento en espacios interiores está adquiriendo cada vez más relevancia, especialmente la búsqueda de un sistema que permita la interoperabilidad entre espacios distintos de la misma forma en que lo hacen los sistemas globales de posicionamiento por satélite como GPS, GLONASS o GALILEO. A pesar de que actualmente no hay ningún sistema que se pueda considerar estándar, WiFi fingerprinting es uno de los mecanismos más populares. Sin embargo, hasta la fecha los sistemas que hay ofrecen una posición y poca o ninguna información sobre la fiabilidad de esa posición o, dicho de otra manera, cuál es su error. En la mayoría de estos sistemas el error se calcula a posteriori: una vez probado el sistema se calcula el error medio de los puntos obtenidos y de esos datos se obtiene el valor que se dará como error. Esta forma de proceder es válida para el entorno en que se han hecho las pruebas, pero no es generalizable a nuevos entornos. En el presente trabajo se muestra cómo se propaga el error en un sistema de WiFi fingerprinting en el que la posición se obtiene con el algoritmo kNN. Para ello se utiliza la teoría de propagación de errores para obtener las ecuaciones del error y analizar las fuentes del mismo. De ello se deduce que el tipo de distancia que se utilice (Manhattan o Euclídea) influye en el error así como la fluctuación de la señal WiFi. La principal aportación del trabajo es obtener las ecuaciones que permiten obtener a priori cuál es la precisión de un sistema de posicionamiento basado en WiFi fingerprinting con el algoritmo kNN.[...] Leer más

El cambio climático y el aporte excesivo de nutrientes al agua provocan el afloramiento de algas y cianobacterias. Este fenómeno genera pérdidas de calidad de agua que pueden ser un grave problema para la salud de los ecosistemas, los animales y el ser humano. En España el 35-48% de las masas de agua con afloramientos presentan riesgo de toxicidad. Por esta razón, se hace de vital importancia desarrollar modelos predictivos de los afloramientos nocivos en las masas de agua que permitan una mejor gestión de este problema. En este trabajo se muestra el desarrollo de un sistema de seguimiento de los afloramientos de segunda generación, basado en redes inalámbricas de sensores (WSN) e imágenes de satélite. Esta tecnología pretende superar las limitaciones de alto coste y baja resolución espaciotemporal de los muestreos manuales. Por ello se ha desarrollado un modelo predictivo basado en un sistema lo más abierto posible, de coste accesible, remoto y en tiempo real de dos zonas climáticas con problemas de afloramientos tóxicos, el embalse de As Conchas en Galicia y L’Albufera de Valencia. Los resultados obtenidos de este estudio permitirán obtener el BigData necesario para evaluar la vulnerabilidad de estos y otros entornos a remoto.[...] Leer más

En este trabajo se presenta un algoritmo de optimización de la posición de balizas Bluetooth de baja energía para ser usadas en un sistema de posicionamiento fingerpringting en entornos interiores. El método propuesto parte de un modelo virtual del entorno experimental y de un modelo de propagación de la señal que tiene en cuenta los diversos obstáculos que esta puede atravesar en el mismo. Utilizando estos elementos se propone un algoritmo de optimización basado en el método del enfriamiento simulado. Las simulaciones realizadas muestran que el algoritmo de optimización puede reducir los errores en el posicionamiento en un 60 %.

Este trabajo presenta el desarrollo de un prototipo de sensor de radio-frecuencia (RF) de bajo coste. Su objetivo es capturar fragmentos de señal de los satélites de GNSS (Global Navigation Satellite Systems), como es el caso de GPS o Galileo. Estos fragmentos son posteriormente enviados a un servidor remoto en donde se calcula la posición del sensor. De esta forma se libera al sensor de toda la carga computacional y se convierte en un mero acondicionador de señal, el cual puede ser implementado de forma sencilla y económica utilizando componentes de Software-Defined Radio (SDR) existentes en el mercado. La motivación de procesar señales de forma remota sigue el paradigma emergente de procesado de señal en la nube, que se espera que en los próximos años impere en multitud de los sistemas existentes.

Este artículo se centra en el diseño de un sensor de temperatura para su uso en nano-satélites. El sistema utiliza una fuente de luz cuya longitud de onda puede ser sintonizada en un rango moderado y un sensor de Red de Bragg (FBG). El sistema de interrogación incorpora un controlador de temperatura, un controlador de corriente y un sistema compacto de procesamiento de señales. Se utiliza una cámara climática para calibrar el sensor. Los resultados experimentales muestran un rango de temperatura de 50ºC a 100ºC con una sensibilidad de 30 pm/ºC, y se estudia la viabilidad de lograr rangos de hasta 400ºC utilizando un FBG con una sensibilidad de 10 pm/ºC.

En este artículo proponemos un sistema de medida de temperatura con fibra óptica basado en la interferencia obtenida con el desplazamiento lineal de la frecuencia emitida por un láser. El sistema es versátil, compacto y económico en comparación con otros sistemas de medida de temperatura basados en fibra óptica y a la vez conserva las ventajas principales de los sensores de este tipo. Es capaz de funcionar en entornos adversos electromagnéticos, químicos y de radiación, por lo que es idóneo en aplicaciones industriales. Por otro lado, el sistema óptico soporta ambientes con vibración, de modo que es práctico fuera del laboratorio en aplicaciones de campo. La técnica empleada permite una implementación con fibra de zafiro que alcanzaría 1600ºC de fondo de escala con error de 2ºC.