APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

This document presents the development and implementation of an IoT (Internet of Things) system for real-time audio signal analysis, focusing on the capture, processing, and visualization of data through a web server. The project addresses various key stages, from hardware design to the evaluation of the implemented system. In terms of software development, it details the implementation of an interactive webpage using modern web technologies such as HTTP, asynchronous servers, and WebSockets. The system's backend is programmed in C to ensure efficient audio data processing, while the frontend is developed with HTML and JavaScript to provide an intuitive and accessible interface for end-users. The system also includes the integration of NGINX as a reverse proxy, facilitating robust and secure management of communications between the server and remote users. Additionally, specialized algorithms are implemented for audio spectrum analysis and sound level measurement, ensuring the accuracy and reliability of the obtained results. The system's evaluation encompasses exhaustive tests of the integrated spectrum analyzer and sound level meter, validating their performance in various scenarios and conditions. This comprehensive approach not only ensures the system's functionality but also provides a solid foundation for its application in diverse fields such as industry, medicine, security, and entertainment.

The era of digitalization is a reality when we talk about music, especially when it is about percussion instruments. These, are based on producing a sound when they get hit, as it happens with a piano string or a drum. So, they use that impulse to convert it to a digital message for an external program or, as they are called, DAW (Digital Audio Workstation). In some of them, this impulse is used to activate a stored audio file reproduced at a certain volume level, depending on the force applied by the hit with a digital to analog converter too. This second conversion explained, is not included in a lot of instruments or music tools, like some pads, these only have a digital output or they need an external digital to analog converter. This project intends to design an electronic drum pad, capable of transform its own stored digital audios into analog ones without using an external DAC (Digital to Analog Converter). Even more, this output would be producing a similar quality to a compact disc with 16 bits. This conversion will be accomplished with a type of pulse that can be produced by microcontrollers, PWM (Pulse Width Modulation) and some low pass filters which will filer this pulse to get the mean value that contains the analog signal. In addition, this project intends to maintain the digital output, also known with the name of MIDI protocol, have a graphic interface for an easy control and a potentiometer that controls the headphone's output volume.

This project presents the study, development and implementation of a device that displays the tally signal of an ATEM video mixer, powered by PoE (Power over Ethernet). The operator of each camera uses this signal to know if his capture is broadcasted at that specific moment, named in the mixer as program, or it is prepared to it, named as preview. The wired Ethernet system is used to transport data from the mixer to the camera position.

In this project, we develop a remote laboratory that allows a distant interaction with the FPGA available in the Spartan-3 Starter Kit by Xilinx development board. To do this, we have developed a web server that allows the client to connect to the FPGA and interact with it remotely through a web browser. On the implemented prototype, we've added an authentication method so as to control the access to the application. As a hardware environment for the web server, we have used the development board ESP32-CAM, which has a dual-core 32 bits microprocessor. Said board is also the one that has been used to manipulate the state of the inputs of the system implemented on the Spartan-3 board. The client side programming (front-end) has been made by using HTML, CSS and JavaScript, while the server side programming (back-end) has been done in C, as it works directly on the microcontroller found on the ESP32-CAM board. To visually observe the system response, we have also implemented a streaming server. To do this, we have used a 2 Mb OV2640 camera, which is integrated into the ESP32-CAM board, and it allows the streaming server to capture images. Both the web server and the streaming server are located inside a private network, so, as for the client to communicate with the servers, we have implemented a reverse proxy, which routes traffic that arrives to our system from the public network to the private network. Said proxy has been implemented using NGINX.

In this project, the result that we want to achieve is an implementation of a remote laboratory for programming FPGAs. Its access is done via web, which means that a very important part in this project is the one regarding web development with the creation of a suitable user's interface. The main structure of this web page has been created with “HTML” and “PHP”, being this last language the one that will provide us the appropriate tools for the communication we are looking for in our design. Nevertheless, we will also see that, due to the diversity of characteristics found in the backend, we will need help from other languages as “Python”, “Javascript”, “Bash” or “SQL”. Initially we worked for the implementation of a single remote workspace, meaning that only one FPGA was accessible. The system was formed by a Linux computer (backend is hosted) connected to via Ethernet to a Raspberry Pi that has direct communication with the FPGA. This communication between the Raspberry Pi and the FPGA was implemented with the GPIOS from the Raspberry Pi, that connected this device to the FPGA's JTAG ports, and to its different buttons and switches. The basic functionalities that this system should be able to offer to the user regarding the communication with the FPGA are: loading files to the FPGA, modifying the state of the buttons/switches and seeing the changes that these produce. This last thing has been implemented with a video camera, that will always be focused on the FPGA assigned to work. Once all of this was done, we extended the concept to work with multiple FPGAs, that meaning that we transformed our system into a laboratory capable of working with several workspaces at a time, respecting the specifications told above. To manage this system, we created a database that has all the information from the workspaces and also some username-password combinations in order to access the webpage and its services.

In this project, a guitar pedal has been implemented using the ATMEL SAM3x8E microprocessor corresponding to an ARM Cortex M3. This microprocessor is present in the Arduino DUE development boards. The effect pedal developed allows you to apply different audio effects that have to be programmed. The main idea has been to achieve a multi-effects guitar pedal with the same size and format as a single-effect pedal. By means of a footswitch you can select and activate the different programmed effects using the IDE environment (“Integrated Development Environment ”) of Ardunio. Unlike other existing projects of digital multi-effects guitar pedals, the pedal developed in this project allows to work with 16, 20 or 24 bits, depending on how it is configured. For this purpose, an external audio codec has been used that communicates with the microprocessor present on the Arduino DUE board through the I2S interface (“Inter-IC Sound”). In order to connect the guitar to the pedal, an input stage has been designed and it will allow adjusting the amplitude of the signal coming from the guitar to the input range of the external audio codec. An output stage has also been designed too and it will allow the signal coming from the audio codec to be filtered in order to send it to the guitar amplifier. Once the input and output stage have been designed, an expansion board has been implemented to connect all the necessary electronic circuitry with the Arduino Due board.

Considering that year after year there is an exponential growth in the consumption of audiovisual content via the Internet and that users are increasingly demanding in terms of video quality, waiting time or display device, it has been decided to carry out this work to study the most optimal configuration for the development of a platform to distribute video on demand. In 2002, the concept of adaptive bit rate first appeared and is a technique that allows you to adjust the flow of audiovisual content to each user. Currently all companies in this sector use this method together with standards such as HLS or DASH as it improves, among other things, the user experience significantly. In this work, a study of the most common standard and codec for video on demand has been carried out, to then create a multimedia content distribution platform using open source software. This will be used to evaluate the encodings and algorithms previously performed to see how each one acts when there is a variable network state and therefore changes in resolution and bit rate are required. The platform consists of all the elements of a basic multimedia system. First there is the server, then a method for sending the resources to the recipient, that is, the distribution method, and finally a client that handles the requests. In order to verify the correct functioning of the developed platform, an evaluation has been made comparing the theoretical part with the practical part to see if the premises are fulfilled and to contribute the necessary improvements for the future work.

The main purpose of the project is to understand, design, implement and study the behaviour of a Class D audio amplifier implemented with GaN transistors. One of the objectives is to implement a prototype that can achieve an efficiency greater than 90% and a THD distortion of less than 1%. The amplifier will be implemented in Half-bridge and a passive second order filter. At the end of the project we realized a functional class D amplifier in a preliminary stage for from this point improving it in the future. The complexity of the system due to the number of stages to be designed and implemented has not made it possible to obtain a final design, but it has been possible to avoid the power stage, carrying out its implementation on a PCB. This stage is the one that offers a new perspective regarding the class D amplifiers on the market. The use of GaN transistors instead of Si will allow to increase the switching frequency without degrading the efficiency of the system or increasing the distortion.

En el presente trabajo se ha planteado el diseño e implementación de un circuito driver para cocina de inducción, que sea capaz de controlar la conmutación de un MOSFET SiC de banda ancha, que reduzca al mínimo posible los picos de corriente en la conmutación de dicho MOSFET y que trabaje en los rangos de frecuencias necesarios para calentar recipientes tanto de materiales ferromagnéticos como de aluminio. Para alcanzar los objetivos planteados se ha empezado por la elección de los componentes necesarios. Luego se ha simulado el comportamiento deseado del circuito driver. Seguido a ello se ha diseñado la PCB de tal forma que se reduzcan al mínimo las inductancias y capacitancias parásitas que podrían afectar al funcionamiento. Posterior al diseño se ha construido el circuito agregando los componentes por etapas y comprobando en cada etapa que se obtenga el comportamiento esperado. Una vez incorporados todos los componentes al circuito, se realizaron las pruebas experimentales para diferentes cargas y diferentes puntos de trabajo. Primero se probó el sistema con cargas resistivas, posterior a ello se conectó la bobina de inducción y se comprobó el funcionamiento con un recipiente ferromagnético, se analizaron los consumos de corriente y diferentes parámetros en varios niveles de tensión de ingreso, además se comprobó con diferentes señales de control, sin modular y moduladas. Al realizar estas pruebas se encontraron los parámetros que mejor eficiencia entregan en el calentamiento del recipiente de material ferromagnético. Finalizadas las pruebas con el recipiente ferromagnético, se realizaron las pruebas con un recipiente de aluminio, en este caso se ajustaron los parámetros y se encontró el punto de trabajo, así como el tipo de señal de control necesaria para que el calentamiento de este recipiente entregue la mayor eficiencia posible, dentro de las limitaciones de nuestro driver y del transistor SiC

En el presente trabajo se realiza el diseño e implementación de un inversor semipuente formado por MOSFET's de tipo GaN (Nitruro de Galio), para su utilización en aplicaciones de cocinas de inducción, el cual permita trabajar con señales en el orden de los centenares de kHz para el calentamiento de materiales tanto ferromagnéticos como no. Se estudian los principios físicos de la inducción electromagnética y las características de los materiales utilizados para estos fines. Como primer paso se realiza la simulación del inversor resonante con ayuda de la herramienta LTspice, con el objetivo de caracterizar el comportamiento del prototipo del inversor real con el que se trabajará, incluyendo el modelo de los MOSFET's de GaN. A continuación, se procede a diseñar la placa de circuito impreso (PCB) para la implementación y montaje del inversor. Finalmente se realizan varios ensayos experimentales con la finalidad de establecer puntos de operación idóneos para dos tipos de materiales (Hierro y Aluminio) mediante la aplicación y variación de la frecuencia. Las simulaciones de las etapas de potencia fueron validadas mediante los resultados prácticos alcanzados, demostrando el correcto funcionamiento de todas las etapas de potencia y control

En este trabajo se analiza y diseña un prototipo de una cocina de inducción formado por un inversor cuasi resonante ZVS basado en el transistor de potencia GaN, con el objetivo de poder trabajar con recipientes de diferentes materiales. Se adopta una disposición de circuito resonante en configuración paralela y se propone una solución cuando el sistema ha de trabajar en modo no óptimo. Dicha topología se usa frecuentemente en cocinas de inducción de un único inductor, aunque también puede der muy interesante en aplicaciones donde la disposición de los inductores es matricial, ya que se reduce el número total de transistores y el coste de dichas cocinas. Para poder trabajar de forma adecuada con este tipo de inversores, se ha desarrollado una propuesta de modulación, incluyendo su simulación y evaluación experimental. Esta modulación consiste en añadir un tren de pulsos de alta frecuencia al inicio de la señal de control. Este tren de pulsos va a disminuir los peligrosos picos de corriente en el transistor que se generan durante la conmutación de éste cuando trabaja en una zona no óptima, siendo un gran problema que puede llegar a dañar el componente al trabajar fuera de las condiciones nominales. Cabe mencionar que la zona de trabajo dependerá del recipiente que se está utilizando en la cocina de inducción y de la potencia establecida por el usuario, con lo que en este tipo de topología de inversores el tener que trabajar en la zona no óptima es una situación que se puede dar de forma habitual. Para verificar las predicciones teóricas, el inversor cuasi resonante propuesto se ha modelado y simulado con ayuda de la herramienta LTspice, estableciendo de forma cualitativa como afecta el ciclo de trabajo del tren de pulsos generado en la reducción de la amplitud del pico de corriente que se produce en la conmutación del transistor. Se ha realizado un algoritmo de modulación a través de Matlab, con el objetivo de generar un tren de pulsos de alta frecuencia que será aplicado para la activación y desactivación del transistor GaN. Los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, se han ratificado de forma experimental. Para ello, se ha diseñado mediante la herramienta KiCad y probado experimentalmente con diferentes cargas el inversor cuasi resonante ZVS

El presente trabajo se ha implementado un sistema que permite obtener la señal de tally de un mezclador de vídeo ATEM de Blackmagic Design y mostrarla en tiempo real en forma de indicador luminoso. Dicha señal va a permitir discernir cuál es la fuente que se encuentra en anticipo y cuál en programa, pudiendo indicar al operador de cámara si la señal que está captando está preparada para emitirse en directo o se está emitiendo. Esta información es crítica durante una realización audiovisual y puede gestionarse también mediante dispositivos de intercomunicación de audio. Sin embargo, estos últimos se utilizan para la coordinación entre todos los equipos técnicos (sonido, iluminación, regidor, cámaras, etc.), por lo que no es conveniente congestionar este canal de comunicación. Existen múltiples sistemas en el mercado con dicho propósito que se analizan en el Estado del Arte (véase página 3). Todos ellos constan de un dispositivo que se conecta al mezclador mediante un cable Ethernet, extraen la información de tally del bus de datos y en base a esta, actúan sobre los indicadores luminosos de los dispositivos receptores ubicados en las cámaras. Tanto el software como el hardware del sistema realizado están basados en código abierto, es funcional y utiliza tecnología inalámbrica que facilita el montaje y la movilidad. Además el sistema es adaptativo, ya que selecciona el canal Wi-Fi con menos interferencia, permite adaptar la luminosidad de los indicadores en función de las condiciones lumínicas del entorno, así como asociar los dispositivos receptores con un número de cámara sin necesidad de modificar el código. Para este propósito, se han estudiado los comandos del protocolo de red utilizado por el mezclador ATEM y las librerías Arduino de código abierto que proveen de las funciones para conectar y controlar los mezcladores de video ATEM, obtenidos por la empresa SKAARHOJ a través de ingeniería inversa. En base dichos recursos, se ha utilizado el software Arduino IDE (Integrated Development Environment), un entorno de desarrollo integrado multiplataforma cuyo lenguaje está basado en wiring, que a su vez lo está en Processing y cuyas librerías están escritas en C/C++. En cuanto a hardware, se han utilizado placas de desarrollo con un SoC (System on chip) Wi-Fi ESP8266 de Espressif Systems y un módulo ESP-12. Se han realizado los scripts necesarios para obtener la señal de tally del mezclador y distribuirla a otros dispositivos mediante el estándar 802.11 b/g/n de redes Wi-Fi que opera en la banda de 2.4 GHz. Así mismo, se ha diseñado una placa de circuito impreso mediante el software de diseño electrónico KiCad para integrar y conexionar los componentes que conforman el receptor final de la señal de tally. Este cuenta con dos indicadores led, un potenciómetro para regular la intensidad luminosa de estos, un interruptor eléctrico DIP (del inglés: Dual In Line Package) para determinar a qué número de cámara corresponde y un duplicador USB que se utiliza para proporcionar la alimentación necesaria al receptor. Además, el dispositivo dispone de un adaptador para acoplarse a cualquier cámara con zapata para flash.

This study is focused on analyzing, simulating the behavior, designing and assembling a prototype and evaluating the performance of a single switch ZVS converter used in induction cooking. The study is oriented to increase the working frequency used in common induction cooktops in order to be able to work with cookware without ferromagnetic properties without obtaining low e ciency. Also, a current peak reduction technique in non-optimal switching conditions is evaluated

El presente proyecto consiste en el diseño de un circuito driver, el cual permita trabajar con señales en el orden de los MHz para el accionamiento de un MOSFET de carburo de silicio utilizado en cocinas de inducción. Como primer paso se realiza la programación de un algoritmo de modulación a través de Matlab, cuya finalidad es la generación de un tren de pulsos de alta frecuencia el cual será utilizado para la activación y desactivación del MOSFET SiC, este algoritmo será en primera instancia utilizado en el modelo de un inversor resonante diseñado en la herramienta LTspice, el cual caracteriza el comportamiento del prototipo del inversor real con el que se trabajará. A continuación se procede a diseñar el circuito driver para lo cual utilizamos la herramienta KiCad 4.0 y posteriormente se procede a su montaje. Finalmente se realizan varios ensayos experimentales con la finalidad de establecer puntos de operación idóneos mediante la aplicación del algoritmo de modulación de alta frecuencia, para intentar reducir los picos de corriente generados durante la conmutación del MOSFET SiC mejorando la fiabilidad del dispositivo, a su vez se busca reducir sobreoscilaciones producidas por inductancias parásitas presentes entre el dispositivo de disparo y el MOSFET SiC