Sistema embebido basado en FPGA para el monitoreo de metadatos condiciones ambientales

Resumen

Este documento presenta el diseño de un sistema embebido basado en FPGA (Field Programmable Gate Array) para la adquisición de señales correspondientes a variables físicas tales como luz, sonido, temperatura, humedad, monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), gas licuado de petróleo (C₃H₈ + C₄H₁₀) para luego ser visualizadas en diferentes plataformas en donde residen interfaces de usuario del sistema, el cual también maneja una base de datos con el objetivo de realizar reportes técnicos de las condiciones ambientales que influyen en una persona en su ámbito laboral o en cualquier ambiente en donde necesitemos monitorear datos. Con una FPGA como CPU del sistema se obtiene un Scan Rate en el orden de los nanosegundos, pudiendo así obtener una base de datos más sólida en el momento de tomar decisiones sobre la condición del ambiente monitoreado y en especial en variables cuyo cambio o variación en la línea de tiempo son extremadamente rápidos.

La base de datos monitoreada corresponde al campo real adquirido con una tasa de adquisición promedio de 25 nS utilizando circuitos reconfigurables, lo que permite observar la evolución de las variables con un tiempo de cambio muy rápido.

MÉTODOS: Durante la ejecución de la investigación, se inició mediante la verificación de las variables que se pueden medir en un entorno de trabajo industrial o doméstico, para luego establecer los límites altos y bajos de medición que darían paso a la elección de sensores.

La programación y visualización y las pruebas se realizaron en LABView, donde la programación gráfica ayudó a poner en marcha el FPGA de manera rápida y eficiente, que luego se reconfiguró en la escala y la normalización y se basó en la comparación de la medición con dispositivos estándar.

Después de esta actividad, las señales se almacenaron en bases de datos y se enviaron a dispositivos de visualización para interactuar con el usuario.

RESULTADOS: El dispositivo diseñado es adecuado para la medición de variables físicas como luz, sonido, temperatura, humedad, monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), gas licuado de petróleo (C₃H₈ + C₄H₁₀), que se almacenan en una base de datos para Su posterior análisis de entornos, con una tasa de conversión de analógico a digital, presentación en sistemas de visualización y análisis de 25 nS, a diferencia de los dispositivos actuales en el mercado basados ​​en microprocesador. CONCLUSIÓN: El FPGA de una manera tradicional ha sido programado en lenguaje VHDL (VHSIC (Circuito Integrado de Muy Alta Velocidad) Lenguaje de Descripción del Hardware), que fue reemplazado por el Lenguaje G (Lenguaje Gráfico) utilizado en LabVIEW, acelerando así la puesta en marcha del sistema.

Se  recomienda usarlo por la facilidad de que la persona especializada en el análisis de los datos pueda tener acceso a la información de manera comprensible.