La radiociencia y, más puntualmente, la radioastronomía estudian fenómenos astrofísicos en cuerpos muy lejanos en el universo. Para esto, se requieren instrumentos apropiados que permitan realizar dichos estudios con el mayor rigor, de modo que los resultados sean científicamente contrastables. En este marco, el Instituto de Radioastronomía de la Pontificia Universidad Católica del Perú ha desarrollado un radiotelescopio de tres metros de diámetro para el estudio de los fenómenos astrofísicos, interferometría, comunicaciones, entre otros, denominado RT-3. Sin embargo, para que sea posible el empleo de este radiotelescopio, tanto con fines de investigación o educativos, es necesario que sus movimientos sean controlados con precisión. El objetivo general de la tesis es diseñar e implementar un prototipo funcional de un sensor digital de posición angular, el que obtendrá información del posicionamiento del eje del radiotelescopio para su transmisión digital hacia un sistema central de control. En el capítulo 1, se hace una reseña sobre la radioastronomía; además, se realiza una breve descripción de dos sistemas de coordenadas empleados en radioastronomía. Para concluir el capítulo, se incluirá información básica sobre radiotelescopios, citando sus parámetros más importantes y describiendo sus partes y funcionamiento. En el capítulo 2, se realizará una introducción a los sensores de posición, resaltando las variantes que existen en ese ámbito, pero profundizando específicamente en los sensores de posición angular absolutos. Además, en el apartado del estado del arte, se mostrarán las características de algunos dispositivos comerciales y se evaluará el estado de la tecnología de los sensores de posición angular absolutos. En el capítulo 3, se revisa el diseño e implementación de las tarjetas requeridas para esta tesis, haciendo una detallada descripción de las consideraciones para cada una y los criterios de diseño y de elección de componentes que se tomaron para cada parte. ii En el capítulo 4, se hace una revisión de las pruebas que se realizaron para constatar el funcionamiento correcto del sensor de posicionamiento. Además, se listan las conclusiones y recomendaciones ligadas al desarrollo de esta tesis. / Tesis

El proceso de reconstrucción de volúmenes 3D a partir de un ecógrafo 2D con posicionamiento y orientación del transductor puede ser considerada en tres etapas: examinación, reconstrucción y visualización. En el primer paso, un sensor de orientación y uno de posición es anexado al transductor para medir su inclinación y traslación cada vez que toma una imagen bidimensional. La presente tesis tiene como objetivo el diseñar e implementar un sistema de medición de orientación tridimensional de un transductor ultrasónico. El sistema cuenta con un sensor microelectromecánico que registra las rotaciones (velocidades angulares) en los tres ejes, los cuales son leídos por el microcontrolador ATMEGA8 por medio de la comunicación SPI y transmitidos a un computador a través del protocolo USB. Se implementará un filtro para eliminar el ruido y un integrador en Matlab para obtener la posición angular con una mayor exactitud. Finalmente, se mostrará el método de calibración del sistema y los resultados de los ensayos realizados, indicando la exactitud del mismo. / Tesis

Ante el auge de los negocios culinarios que se viene dando en el país se presentan nuevas oportunidades de negocio también en el sector industrial. En la búsqueda de obtener las mayores utilidades posibles, automatizar las labores repetitivas llevadas a cabo en restaurantes, comedores, empresas de catering, etc. se presenta como una alternativa viable, ya que permite un gran ahorro en tiempo y dinero y un incremento en la productividad. En este escenario se identificó el proceso de secado de cubiertos posterior al lavado de los mismos como una actividad que demanda tiempo y personal y por ello se plantea su automatización mediante un sistema mecatrónico. El sistema utiliza vibraciones y soplado de aire a baja presión para transportar y secar los cubiertos. Para llevar a cabo estos procesos hace uso de actuadores y sensores. Los actuadores son de dos tipos: moto-vibradores eléctricos para generar las vibraciones y motores universales que accionarán las aspas de ventiladores centrífugos para desplazar el aire hasta la zona de secado. Se cuenta también con un sensor fotoeléctrico de presencia para detectar el paso de los cubiertos al final del proceso y dos sensores de final de carrera. El control se realiza mediante el microcontrolador ATmega8. La máquina está diseñada de acero inoxidable para garantizar la salubridad. Este documento desarrolla en cinco capítulos una descripción del sistema mecatrónico diseñado. Primero se presentará la problemática que motivó al diseño del sistema; luego se detallarán los requerimientos del mismo y se presentará el concepto de solución. El tercer capítulo abarca una descripción detallada del sistema haciendo uso de diagramas y planos. Como cuarto capítulo se presenta un presupuesto inicial para poder realizar un análisis de viabilidad de la implementación del sistema. Finalmente se presentarán las conclusiones obtenidas luego del diseño del sistema mecatrónico. Adicionalmente, se incluyen como anexos planos detallados del sistema, memorias de cálculo y documentación sobre los componentes electrónicos, sensores y actuadores escogidos. / Tesis

La aplicación de redes inalámbricas de sensores para el monitoreo de parámetros físicos como humedad, temperatura, radiación, luminosidad, vibración, concentración de gases contaminantes, entre otros, es útil porque brinda información precisa para el análisis de distintos ecosistemas en estudios de impacto ambiental, investigación biológica y meteorológica. Sin embargo, se observa dos limitaciones en el uso de esta tecnología. Primero, la instalación de los elementos de la red es una ardua tarea en lugares remotos de difícil acceso como cuencas, nevados, lagos, cerros, ríos, entre otros. Segundo, el tiempo de servicio de los sensores está limitado por la capacidad er,ergétiea de sus baterias, su consumo se acelera porque los datos sensados tienen que ser retransmitidos desde los sensores finales hasta el nodo coordinador de la red, el cual es un equipo costoso y que demanda de un suministro eléctrico de mayor potencia. En consecuencia, el mantenimiento de la red se complica y encarece porque el acceso a los dispositivos demanda mucho tiempo al personal. Ante esta problemática, el presente trabajo pr-opone el diseño de un sistema mecatrónico para transportar los sensores hacia lugares de dificil acceso y recopilar inalámbricamente los datos sensados. En efecto, se ha desarrollado un cuadricóptero (vehículo aéreo no tripulado UAV de cuatro motores) con tres subsistemas. El primero sirve para lograr el vuelo autónomo del vehículo, ya que incluye a un controlador autopiloto que tiene grabada una ruta que le indica sobrevolar por puntos de paso señalados por el usuario en un mapa digital. El segundo es un mecanismo que carga los sensores y los distribuye en puntos georreferenciados en el área de estudio. El tercer subsistema recopila la información tomada por los sensores del ambiente, incluye a un microcontrolador, una memoria SD y un módulo de radiofrecuencia. El módulo RF a bordo del vehículo se comunica con cada uno de los sensores en tierra y recibe los datos sensados, los cuales son direccionados por el microcontrolador hacia la memoria SD, así toda la información queda almacenada para su posterior análisis. De esta forma se busca ampliar el uso de los sensores inalámbricos, ya que este vehículo evitaría el esfuerzo físico de los investigadores para ubicarlos en el área de estudio. Además prolongaría el tiempo de servicio de los dispositivos, ya que el alto consumo energético por las constantes retransmisiones ya no sería necesario, debido a que el vehículo se acercará a cada sensor para recoger inalámbricamente los datos de los parámetros sensados. En el capítulo 1 se presenta la problemática en la aplicación de redes inalámbricas de sensores. En el capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3, se detallan los componentes mecánicos, los dispositivos electrónicos de control y potencia, el sistema de comunicación inalámbrico con los sensores remotos; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el capítulo 4 se calcula el costo de fabricación del vehículo. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Finalmente, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema, el proceso de selección y las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, las cotizaciones para la fabricación del sistema, los planos de despiece y ensamble de los elementos mecánicos. / Tesis

En la actualidad, existe una gran variedad de máquinas que cumplen múltiples funciones y son usadas para facilitarnos en ciertas actividades domésticas permitiéndonos ahorrar tiempo. El separar manualmente pasta según las porciones que se necesita es una actividad tediosa para quien cocina. Además, se invierte tiempo útil y si esto se calcula para un restaurante, también habría perdidas económicas debido a que muchas veces sobra o falta este insumo al momento de atender al cliente. El objetivo principal de este trabajo es el diseño de un sistema mecatronico capaz de separar espagueti en porciones de 100 g. de una manera rápida, sencilla con un mecanismo simple. Con esto, quien prepara los alimentos se ahorrará tiempo. Además, este dispensador puede ser usado en restaurantes, debido a que sería muy útil para los cocineros al tener una cantidad precisa para porciones. El sistema cuenta con un panel de control, 2 sensores (fotointerruptores) y 1 motor DC. A continuación, se detalla el desarrollo mediante 5 capítulos adecuadamente estructurados. - Primer capítulo: se presenta la problemática para la cual el dispensador es la solución a esto. - Segundo capítulo: se mencionan los requerimientos mecánicos y electrónicos del sistema mecatrónico. - Tercer capítulo: se explican el algoritmo de funcionamiento, los componentes electrónicos, los planos mecánicos y el diagrama diseñado. - Cuarto capítulo: se presenta el presupuesto de la máquina. - Quinto capítulo: se presentan las conclusiones, comentarios los cuales son favorables para este sistema mecatrónico. / Tesis

Las aplicaciones de redes inalámbricas de sensores por lo general son desplegadas en entornos donde ya existe comunicación inalámbrica que hacen uso de las bandas ISM y licenciadas. Los dispositivos inalámbricos que utilizan la banda ISM como redes WiFi, Bluetooth, o dispositivos de control remoto, proliferan en las calles causando interferencia entre ellos; por lo que en este ambiente contaminado de radiación electromagnética un dispositivo inalámbrico que trabaja en la banda ISM estará expuesto a las interferencias, razón por lo que la comunicación tendrá muchas probabilidades de fallar en cualquier momento disminuyendo la transferencia de datos o anulándolo por completo, por lo tanto es necesario hacer un estudio previo que permita conocer la zona de despliegue. La red de sensores inalámbricas implementado en el Proyecto 153-FINCYT está pensado para ser desplegado en una zona de interés que pueden ser una avenida, una zona residencial o cualquier ambiente exterior para realizar la medición de los contaminantes de aire. La red de sensores utiliza el estándar IEEE802.15.4 en la banda ISM 2.4 GHz y de 900MHz, por lo que su despliegue en estas zonas exteriores hará que se degrade la comunicación entre el nodo sensor y la puerta de salida (Gateway) por causa de las interferencias electromagnéticas. La tesis tiene como objetivo implementar una metodología que permita ayudar y dar recomendaciones al diseño, a la implementación, pruebas y despliegue de redes de sensores inalámbricas IEEE 802.15.4 en 2.4GHz en ambientes externos. Para esto se ha analizado estudios anteriores sobre el tema y se ha realizado pruebas de laboratorio y de campo para demostrar los efectos de interferencia en enlaces IEEE802.15.4 en 2.4GHz en ambientes urbanos externos. En la metodología se describe como identificar el tipo, grado y distribución de la interferencia en la zona donde se desplegaría la red inalámbrica de sensores. / Tesis

The ball and plate system is a nonlinear MIMO system that has interesting characteristics which are also present in aerospace and industrial systems, such as: instability, subactuation, nonlinearities such as friction, backlash, and delays in the measurements. In this work, the modeling of the system is based on the Lagrange approach. Then it is represented in the state-space form with plate accelerations as inputs to the system. These have a similar effect as applying torques. In addition, the use of an internal loop of the servo system is considered. From the obtained model, we proceed to carry out the analysis of controllability and observability resulting in that the system is globally weak observable and locally controllable in the operating range. Then, the Jacobi linearization is performed to use the linearized model in the design of linear controllers for stabilization. On the other hand, analyzing the internal dynamics of the ball and plate system turns out to be a non-minimum phase system, which makes it difficult to design the tracking control using the exact model. This is the reason why we proceed to make approximations. Using the approximate model, nonlinear controllers are designed for tracking using different approaches as: feedback linearization for tracking with and without integral action, backstepping and sliding mode. In addition, linear and nonlinear observers are designed to provide full state information to the controller. Simulation tests are performed comparing the different control and observation approaches. Moreover, the effect of the delay in the measurement is analyzed, where it is seen that the greater the frequency of the reference signal the more the error is increased. Then, adding the Smith predictor compensates the delay and reduces the tracking error. Finally, tests performed with the real system. The system was successfully controlled for stabilization and tracking using the designed controllers. However, it is noticed that the effect of the friction, the spring oscillation and other non-modeled characteristics significantly affect the performance of the control. / Tesis

Natural vibrissae fulfill a lot of functions. Next to object distance detection and object shape recognition, the surface texture can be determined. Inspired by the natural process of surface texture detection, the goal is to adapt it by technical concepts. Modeling the vibrissa as an Euler­Bernoulli bending beam and the vibrissa-surface contact with respect to Coulomb's Law of Friction, the first approach is formed by the group of Steigenberger and Behn. Due to the surface contact, the vibrissa gets deformed. Initiating a linear movement of the beam support in the way that the bearn tip gets pushed, first the beam tip is sticking to the surface. The acting friction force prevents a movement of the beam tip until the static friction coeflicient is reached. The displacement of the support corresponds to changes in the acting forces and moment. Out of these changes the coeflicient of static friction can be determined. Advancing the present model, the effects of an elastic support, a conical shape of the considered beam, a natural pre-curved (stress free) beam and an inclined contact plane on the resulting forces and moments are analyzed in an analytical way, and then discussed by numerical simulations in performing parameter studies. All these special features of the beam as a tactile sensor are successfully studied. The results for the conical beam shape are only of theoretical relevance. In a next step, a quasi-static model is compared to experimental data to verify the concept. The displacement is represented by a linear, stepwise change of the support of the sensor. By image processing the deformations of the beam for every support position are analyzed. This information is compared to the simulation. The concept in principal is confirmed by the experiments. / Tesis

Made available in DSpace on 2019-03-29T23:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-06 / This work proposes a new collaborative and decentralized approach for intrusion detection systems on Wireless Sensor Networks. Special nodes, named monitors, will be responsible for monitoring the behavior of neighbor nodes and the malicious activities evidences discovered will be shared and correlated with the purpose of increasing the accuracy in intruders detection. In addition, through a cross-layer approach, the proposed IDS increases the survivability of the network since the detected malicious nodes are isolated in a way that they can not cause more damage. Experiments conducted by simulation have shown that our approach is efficient in terms of security as well as have proved to be feasible from the energy consumption viewpoint. Keywords: Sensor Networks, ah-hoc, security, IDS / Esta dissertação propõe uma nova abordagem colaborativa e descentralizada para sistemas de detecção de intrusão (IDS) em Redes de Sensores Sem Fio (RSSF). As evidências de atividades maliciosas, descobertas pelos nós monitores, serão compartilhadas e correlacionadas com o propósito de aumentar a precisão na detecção de intrusos. Além disso, através de uma abordagem cross-layer, o IDS proposto irá influenciar o protocolo de roteamento de forma que os nós maliciosos detectados sejam isolados e não possam mais causar prejuízos à rede. Experimentos realizados através de simulação demonstraram que a abordagem, além de eficiente do ponto de vista da segurança, apresentou-se viável sob a ótica do consumo de energia. Palavras-chave: Redes de Sensores, ad-hoc, segurança, IDS

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7089_1.pdf: 2259442 bytes, checksum: 4851aab70d2479c859a5ccbdc3d8260a (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / O desenvolvimento atual em sensores tem como objetivo, uma maior integração entre o componente sensível e o circuito eletrônico para detecção, processamento e comunicação, de maneira que todos os componentes sejam fabricados no mesmo chip. Esse tipo de sensor é denominado genericamente de sensor inteligente integrado (integrated smart sensor). A sua simulação requer modelos que possam ser utilizados em simuladores de circuito. SPICE é um simulador de propósito geral e tem sua estrutura presente em vários outros simuladores comerciais. Ele foi projetado desde o início para ser uma ferramenta de simulação de circuitos integrados. Dispositivos a Onda Acústica de Superfície, OAS (em inglês, SAW = "Surface Acoustic Wave") têm diversas aplicações devido as suas várias vantagens, tais como: baixo custo, leveza, reduzido tamanho e operação passiva. Modelos de tansdutores acústicos têm sido propostos, mas apenas um deles pode ser utilizado em algumas versões do SPICE (PSPICE e HSPICE). Todos apresentam complexidade ao representar transdutores longos. Nosso modelo é baseado em m modelo obtido a partir das equações dos modos acomplados, é compacto e tem sido utilizado, com sucesso, em diversas versões do SPICE, desde o SPICE 3f4, disponível gratuitamente até o ELDO da Mentor Graphics Corp