copilot

1. Raspberry Pi 3 (simulada mediante el módulo disponible en Proteus).
2. Pantalla LCD de 4 líneas para la visualización de información.
3. Sensores de humedad del suelo.
4. Sensor de temperatura.
5. Botones de navegación (Anterior, Siguiente, Aceptar/Ok, Regresar).
6. Relés o transistores para controlar las bombas de agua.
7. Bombas de agua.
8. Sensores de nivel de agua (N1 y N2 para cada tanque).

• Conecta la Raspberry Pi a los diferentes componentes de acuerdo con sus funcionalidades.
• Usa GPIOs de la Raspberry Pi para conectar a los sensores, el LCD, y los botones.
• Controla las bombas de agua con relés, que a su vez son manejados por GPIOs.

Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Configuración de pines (sustituye X por el pin GPIO correcto de tu montaje)
PIN_LCD = X
PIN_BOTON_SIGUIENTE = X
PIN_BOTON_ANTERIOR = X
PIN_BOTON_OK = X
PIN_BOTON_REGRESAR = X
PIN_SENSOR_HUMEDAD = X
PIN_SENSOR_TEMPERATURA = X
PIN_BOMBA_TANQUE_1 = X
PIN_BOMBA_TANQUE_2 = X

# Inicializamos la librería
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Configuración de pines
GPIO.setup(PIN_LCD, GPIO.OUT)
GPIO.setup(PIN_BOTON_SIGUIENTE, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_BOTON_ANTERIOR, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_BOTON_OK, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_BOTON_REGRESAR, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_SENSOR_HUMEDAD, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_SENSOR_TEMPERATURA, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(PIN_BOMBA_TANQUE_1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(PIN_BOMBA_TANQUE_2, GPIO.OUT)

# Variables de control
hora_inicio_riego = "15:35:00"
hora_fin_riego = "15:40:00"
modo_operacion = "temporizado"  # Puede ser 'temporizado' o 'control'

def leer_hora_actual():
    return time.strftime("%H:%M:%S")

def activar_bomba(tanque):
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, True)
    elif tanque == 2:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_2, True)

def desactivar_bomba(tanque):
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, False)
    elif tanque == 2:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_2, False)

try:
    while True:
        hora_actual = leer_hora_actual()
        if modo_operacion == "temporizado":
            if hora_inicio_riego <= hora_actual < hora_fin_riego:
                # Activar riego
                activar_bomba(1)  # o 2 según el ciclo
            else:
                # Desactivar riego
                desactivar_bomba(1)  # o 2 según el ciclo
        
        # Aquí podrías añadir más lógica para otros modos y sensores
        
        # Simular la lectura de botones y sensores
        # Actualizar pantalla LCD con la información deseada

        time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

1. Configura los pines GPIO y establece los modos de operación para los componentes.
2. Lee la hora actual para utilizarla en el modo temporizado.
3. Control de las bombas basado en los intervalos de riego definidos y condiciones de sensores.
4. Simulación de un bucle principal que controla el sistema de riego automatizado.

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Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Configuración de pines GPIO
PIN_LCD = 21  # Asigna los pines correctos según tu montaje en Proteus
PIN_BOTON_SIGUIENTE = 19
PIN_BOTON_ANTERIOR = 20
PIN_BOTON_OK = 16
PIN_BOTON_REGRESAR = 26
PIN_SENSOR_HUMEDAD = 13
PIN_SENSOR_TEMPERATURA = 6
PIN_BOMBA_TANQUE_1 = 5
PIN_BOMBA_TANQUE_2 = 22
PIN_N1_TANQUE_1 = 23
PIN_N2_TANQUE_1 = 24
PIN_N1_TANQUE_2 = 25
PIN_N2_TANQUE_2 = 7

# Inicializa la configuración de GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Configuración de pines como entrada o salida
GPIO.setup([PIN_BOTON_SIGUIENTE, PIN_BOTON_ANTERIOR, PIN_BOTON_OK, PIN_BOTON_REGRESAR],
           GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup([PIN_SENSOR_HUMEDAD, PIN_SENSOR_TEMPERATURA, PIN_N1_TANQUE_1, PIN_N2_TANQUE_1,
            PIN_N1_TANQUE_2, PIN_N2_TANQUE_2], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup([PIN_BOMBA_TANQUE_1, PIN_BOMBA_TANQUE_2], GPIO.OUT)

# Variables de control
modo_operacion = "temporizado"  # Puede ser 'temporizado' o 'control'
hora_inicio_riego = "15:35:00"
hora_fin_riego = "15:40:00"
intervalo_riego = (hora_inicio_riego, hora_fin_riego)
humedad_ref_low1 = 40
humedad_ref_low2 = 30
temperatura_ref_high = 30

def leer_hora_actual():
    return time.strftime("%H:%M:%S")

def activar_bomba(tanque):
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, True)
    elif tanque == 2:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_2, True)

def desactivar_bomba(tanque):
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, False)
    elif tanque == 2:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_2, False)

def temporizador_riego():
    hora_actual = leer_hora_actual()
    if hora_inicio_riego <= hora_actual < hora_fin_riego:
        print("Riego ON - Modo Temporizado")
        activar_bomba(1)  # Se alterna entre 1 y 2 por cada ciclo
    else:
        print("Riego OFF - Modo Temporizado")
        desactivar_bomba(1)

def control_riego():
    humedad_suelo = GPIO.input(PIN_SENSOR_HUMEDAD)
    temperatura = GPIO.input(PIN_SENSOR_TEMPERATURA)
    
    if humedad_suelo < humedad_ref_low1 or (temperatura > temperatura_ref_high and humedad_suelo < humedad_ref_low2):
        print("Riego ON - Modo Control")
        activar_bomba(2)  # Alternar bombas en este modo también
    else:
        print("Riego OFF - Modo Control")
        desactivar_bomba(2)

def navegar_menu():
    # Implementar navegación y visualización LCD
    print("Presione los botones para navegar entre opciones")

def main():
    try:
        while True:
            navegacion()
            if modo_operacion == "temporizado":
                temporizador_riego()
            elif modo_operacion == "control":
                control_riego()
            
            # Pausa para no saturar el bucle
            time.sleep(1)

    except KeyboardInterrupt:
        GPIO.cleanup()
        print("Programa detenido por el usuario.")

def navegacion():
    # Captura la entrada de los botones para cambiar entre modos
    if not GPIO.input(PIN_BOTON_SIGUIENTE):
        if modo_operacion == "temporizado":
            modo_operacion = "control"
        else:
            modo_operacion = "temporizado"
        print(f"Cambio a modo: {modo_operacion}")
        time.sleep(0.5)  # Evita rebotes en el botón

main()

• Importación de bibliotecas: Usamos RPi.GPIO para interactuar con los pines GPIO y time para gestionar el tiempo.
• Configuración de pines: Configuramos los pines de entrada y salida para botones, sensores y bombas.
• Funciones leer_hora_actual, activar_bomba, desactivar_bomba: Estas leen la hora del sistema y controlan el encendido/apagado de las bombas.
• Función temporizador_riego y control_riego: Implementan la lógica para cada modo de operación.
• Función navegar_menu: Se encarga de la navegación del menú, el cual puedes expandir para mostrar mensajes en una pantalla LCD (a implementar).
• Función main: Maneja el flujo principal del programa, alternando entre modos según los botones.

• Título: Sistema de Riego Automatizado Basado en Raspberry Pi
• Secciones:

  • Abstracto: Resumen breve del sistema, objetivos y resultados.
  • Introducción: Presentar el problema de eficiencia en el riego y cómo el sistema lo soluciona.
  • Metodología: Descripción técnica sobre el diseño de hardware y software del sistema.
  • Resultados: Presenta resultados obtenidos y desempeño del sistema, incluye simulaciones en Proteus.
  • Conclusiones: Impacto del sistema sobre el manejo eficiente del agua.
  • Referencias: Cita fuentes y documentos externos utilizados.

• Descripción General:

  • Requisitos de hardware y software: Detallar componentes y software necesario para la implementación.
  • Instalación: Cómo cargar y correr el código en la Raspberry Pi.
  • Configuración: Instrucciones para ajustar e ingresar parámetros de riego.

• Instrucciones de uso:

  • Operación del Sistema:

    • Cómo navegar el menú, seleccionar modos, y monitorear parámetros en el LCD.

  • Modo Temporizado y Modo Control:

    • Explicaciones sobre cómo operan y configuraciones específicas.

• Anexo: Código comentado en detalle.

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• Hardware: El sistema utiliza una Raspberry Pi 3 para controlar bombas de riego, un LCD para mostrar datos, y sensores de humedad y temperatura para monitorear condiciones del suelo y ambiente. Los botones permiten la navegación por el menú.
• Software: Programado en Python, el sistema implementa un reloj interno para el modo temporizado, y una lógica de control ON-OFF para el modo controlado, permitiendo la adaptación a condiciones variables del suelo.

• [Autor et al. Año. Título del artículo]. Journal/Conference.
• Documentación oficial de Raspberry Pi.
• "Simulación de Circuitos en Proteus", Blog de Ingeniería.

• Hardware: Raspberry Pi 3, pantalla LCD de 4 líneas, sensores de humedad y temperatura, botones de navegación, bombas de agua, y módulo relé.
• Software: Raspbian OS, Python 3, y Proteus para simulación de circuitos.

1. Descarga e instala Raspbian OS en la Raspberry Pi.
2. Conecta la Raspberry Pi mediante SSH o con teclado, ratón y monitor.
3. Instala Python 3 siguiendo la guía en Sitio oficial de Python.
4. Descarga Proteus y configura el sistema conforme las guías de simulación.

1. Conecta los componentes según el esquema de montaje (Raspberry Pi a sensores y relé).
2. Carga el script Python en la Raspberry Pi.
3. Ajusta los valores de los parámetros de humedad y temperatura según las necesidades del cultivo.

• Navega el menú utilizando los botones para seleccionar los modos de operación.
• Monitorea el estado actual de riego y parámetro ambiental en el LCD.

• Modo Temporizado: Configura la hora de inicio y final del riego. El sistema se activará automáticamente en ese periodo.
• Modo Control: El sistema se activará basándose en las lecturas de los sensores de humedad y temperatura. Configura los valores de referencia desde el menú.

Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Configuración de pines GPIO
# Asigna pines según el esquema en Proteus
PIN_LCD = 21
PIN_BOTON_SIGUIENTE = 19
...

# Inicialización GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup([...], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
...

# Ejemplo de función de control para riego
def activar_bomba(tanque):
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, True)  # Activa la bomba del tanque 1
    ...

def control_riego():
    humedad_suelo = GPIO.input(PIN_SENSOR_HUMEDAD)
    ...
    
    if humedad_suelo < humedad_ref_low1:
        print("Activar riego")
        activar_bomba(2)
    ...

# Bucle Principal
...

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2. Manual de Usuario Descripción General: Requisitos de hardware y software: Detallar componentes y software necesario para la implementación.

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• Hardware:

  • Raspberry Pi 3
  • Pantalla LCD de 4 líneas
  • Sensores de humedad y temperatura
  • Módulo relé
  • Botones de navegación (Siguiente, Anterior, Ok, Regresar)
  • Bombas de agua

• Software:

  • Raspbian OS para la Raspberry Pi
  • Python 3
  • Proteus para simulación de circuitos

1. Preparar la Raspberry Pi:

   • Instala el sistema operativo Raspbian en la Raspberry Pi.
   • Conecta la Raspberry Pi al monitor, teclado, y ratón, o utiliza SSH para establecer una conexión remota desde tu PC.
   • Instala Python 3 usando el comando sudo apt-get install python3.

2. Configurar el Hardware:

   • Conecta los sensores de humedad y temperatura a los pines GPIO de la Raspberry Pi.
   • Conecta la pantalla LCD según el esquema proporcionado.
   • Asegúrate de que las bombas están correctamente conectadas al módulo relé y luego a la Raspberry Pi.

3. Simulación en Proteus:

   • Abre tu proyecto en Proteus.
   • Carga el código Python a través de la opción “source code” disponible en el entorno de Proteus si el simulador lo permite.
   • Alternativamente, puedes simular la ejecución del código directamente en tu Raspberry Pi real.

1. Ajustar los Parámetros:

   • Define los valores de referencia para humedad y temperatura en el código.
   • Personaliza los tiempos de inicio y fin para el modo temporizado directamente en el script de Python.

2. Cargar el Código:

   • En la Raspberry Pi, abre el terminal y navega hasta el directorio que contiene tu script.
   • Ejecuta el script usando python3 tu_script.py.

• Utiliza los botones para navegar por las diferentes opciones en el LCD.

  • Siguiente/Anterior: Navega entre las opciones de menú.
  • Ok: Selecciona la opción actual.
  • Regresar: Vuelve al menú anterior.

• La pantalla LCD mostrará la hora actual y el estado del sistema.
• Cambia entre el modo Temporizado y Control usando los botones de navegación.

• En este modo, el riego se activa automáticamente a las horas predefinidas.
• La pantalla mostrará la hora de inicio y fin del riego.
• Puedes modificar estos parámetros navegando a la opción de configuración en el menú.

• El sistema activa el riego basado en las condiciones de humedad y temperatura.
• Si la humedad cae por debajo de un umbral definido (referencia), o la temperatura supera un valor preestablecido, el sistema inicia el riego.
• Monitorea los valores actuales desde el LCD.

Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Configuración de pines GPIO para conexión de sensores y dispositivos
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
...

# Función para activar una bomba específica
def activar_bomba(tanque):
    # Activa la bomba en el tanque seleccionado
    if tanque == 1:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_1, True)  # Marca la bomba 1 como ON
    elif tanque == 2:
        GPIO.output(PIN_BOMBA_TANQUE_2, True)  # Marca la bomba 2 como ON

# ...

# Bucle principal del programa
try:
    while True:
        # Código para navegar el menú y controlar el riego
        ...
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()  # Limpia la configuración GPIO al cerrar el programa

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• Placa Raspberry Pi 3: microcontrolador central.
• Pantalla LCD de 4 líneas: para mostrar información como la hora y el estado del sistema.
• Sensores de humedad y temperatura.
• Módulo relé: para controlar las bombas de agua.
• Botones de navegación: para interactuar con el sistema.
• Bombas de agua: para el riego controlado.

1. Instalación de Software:

   • Instala Raspbian OS en la Raspberry Pi.
   • Asegúrate de tener Python 3 instalado.

2. Configuración del Hardware:

   • Conecta los sensores de humedad y temperatura a los pines GPIO especificados.
   • Conecta la pantalla LCD y los relés de acuerdo con el esquema proporcionado.

• La pantalla LCD utiliza los siguientes pines de conexión:

  • VSS (GND): Conectar al GND en la Raspberry Pi.
  • VDD (VCC): Conectar a 5V en la Raspberry Pi.
  • V0: Potenciómetro o resistor para ajustar contraste.
  • RS, RW y E: Pines de control conectados a GPIOs configurados en Python.
  • D0-D7: Pines de datos, de los cuales podrás usar D4-D7 para operaciones en modo de 4 bits.

• Según el esquema, el pin que conecta al PIN 21 de la Raspberry puede ser el pin de Enable (E) en el LCD.

1. Para el LCD:

   • D4-D7 (pines de datos): Conéctalos a GPIOs en la Raspberry Pi.
   • RS (Register Select): Conectar a un pin GPIO (por ejemplo, GPIO 18).
   • E (Enable): Normalmente conectado a otro GPIO, por ejemplo, GPIO 21.
   • RW (Read/Write): Conectar a tierra (GND) si solo escribirás en el LCD.

2. Para Sensores y Relés:

   • Consulta las especificaciones del sensor para conectarlo a pines GPIO con configuraciones de pull-up o pull-down, según sea necesario.
   • El módulo relé debe conectarse a GPIOs para activar/desactivar las bombas.

1. Encender el Sistema:

   • Asegúrate de que todos los componentes estén conectados correctamente.
   • Alimenta la Raspberry Pi.

2. Navegación del Menú:

   • Usa los botones para desplazarte por las opciones del sistema:

     • Botón Siguiente/Anterior: Cambia entre opciones de menús (e.g., modos de operación).
     • Botón Ok/Aceptar: Selecciona una opción configurada.
     • Botón Regresar: Vuelve al menú anterior.

3. Seleccione Modo de Operación:

   • Modo Temporizado: Programa la hora de inicio y fin para activar el riego automáticamente.
   • Modo Control: El sistema se encenderá automáticamente basándose en los valores de humedad y temperatura leídos.

4. Monitoreo del Sistema:

   • El LCD mostrará la hora, modo de operación y datos de humedad/temperatura en tiempo real.
   • Vigilancia activa sobre el estado de las bombas y su operación.

• Ejecutar el Código en Proteus:

  • En Proteus, puedes cargar un script de Python en la ventana "source code" si el software lo permite y el hardware lo acompaña.
  • Sin embargo, muchas de las funcionalidades GPIO reales están mejor soportadas ejecutando Python directamente en una Raspberry Pi física.

• Ejecutar el Código con Python:

  • Abre una terminal y navega al directorio que contiene el script.
  • Ejecuta el script con python3 nombre_del_script.py.

Python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Configurar modo de pines y definir pines GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
...

# Funciones de utilidad y control
def activar_bomba(tanque):
    # Logica para activar bomba del tanque especificado
    ...

def temporizador_riego():
    # Iniciar riego en modo temporizado
    ...

def control_riego():
    # Iniciar riego basado en valores de sensores
    ...

# Bucle principal de ejecución
try:
    while True:
        # Verifica condiciones y ejecuta según el modo de operación
        ...
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

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1. Libros sobre Sistemas Embebidos y Automatización:

   • Barr, Michael. Programming Embedded Systems: With C and GNU Development Tools. O'Reilly Media, 2006.

2. Artículos sobre Optimización de Riego y Tecnologías Verdes:

   • Smith, J., & Chen, Y. (2018). "Optimization of Water Usage in Agriculture with IoT and Machine Learning." Journal of Agricultural Technologies, 12(3), 45-50.
   • Johnson, L., & Lee, S. (2019). "Automated Irrigation Systems Using Wireless Sensor Networks: A Scientific Overview." Environmental Engineering Journal, 8(4), 245-260.

3. Documentación Técnica para Raspberry Pi y Componentes:

   • Raspberry Pi Foundation. "Raspberry Pi Documentation." Disponible en: https://www.raspberrypi.org/documentation/
   • Adafruit. "Adafruit LCDs and Displays Guide." Disponible en: https://learn.adafruit.com/character-lcds

4. Artículos y Guías sobre Simulación con Proteus:

   • Patel, R., & Kumar, A. (2020). "Simulation of Embedded Systems Using Proteus: A Comprehensive Guide." International Journal of Simulation Modelling, 17(3), 321-336.

5. Conferencias y Revistas de Ingenierías:

   • Lázaro, A., & Linares, P. (2021). "Advancements in Automated Irrigation Techniques." Proceedings of the International Conference on Sustainable Agriculture, 22-24 April.

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1. Constantes Dadas:

   • La permitividad eléctrica del vacío ($\varepsilon_0$) se da como: $\varepsilon_0 = 8.854187817 \times 10^{-12} \, \text{F/m}$
   • La permitividad relativa ($\varepsilon_r$) se indica como: $\varepsilon_r = 3$
   • Conductividad del medio ($\sigma$): $\sigma = 0.001 \, \text{S/m}$
   • Frecuencia ($f$): $f = 702 \, \text{MHz} = 702 \times 10^6 \, \text{Hz}$

2. Calculo de $\omega$:

   • La frecuencia angular ($\omega$) es: $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^6 \, \text{rad/s}$

3. Permisividad Compleja ($\varepsilon_c$):

   • La permisividad compleja se define como: $\varepsilon_c = \varepsilon_r \varepsilon_0 - j\frac{\sigma}{\omega}$
   • Sustituimos los valores: $\varepsilon_c = 3 \times 8.854 \times 10^{-12} - j\frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6}$

4. Calculo del Ángulo de Pérdida ($\delta$):

   • El ángulo de pérdida se calcula usando la expresión: $\tan(\delta) = \frac{\sigma}{\omega \varepsilon_r \varepsilon_0}$
   • Sustituimos los valores: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6 \times 3 \times 8.854 \times 10^{-12}}$
   • Resolvemos para $\delta$: $\delta = \tan^{-1}\left(\frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6 \times 3 \times 8.854 \times 10^{-12}}\right)$

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1. Constantes Dadas:

   • Frecuencia ($f$): $f = 702 \, \text{MHz} = 702 \times 10^6 \, \text{Hz}$
   • Conductividad del medio ($\sigma$): $\sigma = 0.001 \, \text{S/m}$
   • Permisividad relativa ($\varepsilon_r$): $\varepsilon_r = 3$
   • Permitividad eléctrica del vacío ($\varepsilon_0$): $\varepsilon_0 = 8.854187817 \times 10^{-12} \, \text{F/m}$

2. Calculo de $\omega$:

   • La frecuencia angular ($\omega$) es: $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^6 \, \text{rad/s}$

3. Calculo del Ángulo de Pérdida ($\delta$):

   • Usamos la expresión para $\tan(\delta)$: $\tan(\delta) = \frac{\sigma}{\omega \varepsilon_r \varepsilon_0}$
   • Sustituimos los valores: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6 \times 3 \times 8.854187817 \times 10^{-12}}$

4. Resuelve para $\delta$:

   • Ahora calculamos $\delta$ usando la función tangente inversa: $\delta = \tan^{-1}\left(\frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6 \times 3 \times 8.854187817 \times 10^{-12}}\right)$

5. Cálculo Numérico: Vamos a calcular el valor de $\delta$.
   $\omega = 2\pi \times 702 \times 10^6 = 4.41347 \times 10^9 \, \text{rad/s}$
   Sustituyendo todos los valores:
   $\tan(\delta) = \frac{0.001}{4.41347 \times 10^9 \times 3 \times 8.854187817 \times 10^{-12}}$
   Calculando el valor, $\delta$:
   $\tan(\delta) = \frac{0.001}{1.174304 \times 10^{-2}} = 8.517 \times 10^{-2}$
   Finalmente calcular $\delta$:
   $\delta = \tan^{-1}(8.517 \times 10^{-2}) \approx 4.89°$

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1. Relación de Unidades:

   • $\text{C}^{2}/\text{N}\cdot\text{m}^{2} = \text{Farad}/\text{meter}$

1. Frecuencia Angular ($\omega$): $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^6 \, \text{rad/s}$
2. Permisividad Relativa ($\varepsilon_r$):

   • Dada como $\varepsilon_r = 3$

3. Sustituir en la fórmula: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^6 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}}$
4. Resolviendo para $\delta$:

   • Resolvemos el cálculo numérico y luego empleamos la función $\tan^{-1}$ para obtener $\delta$ en grados.

• Calculamos la frecuencia angular ($\omega$): $\omega = 2\pi \times 702 \times 10^6 = 4.41347 \times 10^9 \, \text{rad/s}$
• Sustituyendo: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{4.41347 \times 10^9 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}}$
• Evaluamos este término: $\tan(\delta) \approx 8.518 \times 10^{-2}$
• Finalmente, calculamos $\delta$: $\delta = \tan^{-1}(8.518 \times 10^{-2}) \approx 4.89°$

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1. Variables Iniciales:

   • Frecuencia: $f = 702 \times 10^6$
   • Ángulo en grados: $c = 14$
   • Conductividad: $\sigma = 0.001$
   • Permisividad relativa: $\varepsilon_r = 3$
   • Permisividad del vacío: $\varepsilon_0 = 8.85418782 \times 10^{-12} , \text{C}^2/\text{N}\cdot\text{m}^2$

2. Convertir la Permisividad del Vacío a Faradios por Metro:
   Aunque la permitividad está dada en $\text{C}^2/\text{N}\cdot\text{m}^2$, sabemos que:
   $1 \, \text{C}^2/\text{N}\cdot\text{m}^2 = 1 \, \text{F/m}$
   Así que en las ecuaciones, ya puedes considerar que $\varepsilon_0 = 8.85418782 \times 10^{-12} , \text{F/m}$.
3. Ingresar Fórmulas en GeoGebra:
   GeoGebra utiliza una notación similar a la matemática estándar, así que introduce lo siguiente:

   • Frecuencia angular ($\omega$):

     omega = 2 * pi * 702 * 10^6
     

   • Tangente del ángulo de pérdida:

     tan_delta = sigma / (omega * epsilon_r * epsilon_0)
     

   • Ángulo de pérdida ($\delta$):

     delta = atan(tan_delta) * (180 / pi)
     

   Instrucciones para GeoGebra:

   • Abre GeoGebra y selecciona la pestaña de entrada principal.
   • Copia y pega cada línea anterior una a una en el campo de entrada.
   • GeoGebra calculará e incluirá la salida automáticamente basándose en las fórmulas proporcionadas.

tecnovigilante

copilot

• Frecuencia ($f$):

  • La imagen indica $f = 702 , \text{MHz}$, pero aparentemente se refiere a $702 \times 10^3 , \text{Hz}$.

• Frecuencia: $f = 702 \times 10^3 , \text{Hz}$
• Conductividad: $\sigma = 0.001 , \text{S/m}$
• Permisividad relativa: $\varepsilon_r = 3$
• Permitividad del vacío: $\varepsilon_0 = 8.85418782 \times 10^{-12} , \text{F/m}$

1. Calcular la frecuencia angular ($\omega$): $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^3 \, \text{rad/s}$
2. Calcular $\tan(\delta)$: $\tan(\delta) = \frac{\sigma}{\omega \varepsilon_r \varepsilon_0}$
3. Sustituir los valores: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^3 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}}$
4. Cálculo numérico:

   • Calculamos $\omega$: $\omega = 2\pi \times 702 \times 10^3 = 4.4107 \times 10^6 \, \text{rad/s}$
   • Sustituimos: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{4.4107 \times 10^6 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}}$
   • Evaluamos: $\tan(\delta) \approx 84.96$
   • Calculando $\delta$: $\delta = \tan^{-1}(84.96) \approx 89.33°$

tecnovigilante

copilot

• Frecuencia ($f$): $702 \times 10^3 , \text{Hz}$ (o $702 , \text{kHz}$)
• Conductividad ($\sigma$): $0.001 , \text{S/m}$
• Permisividad relativa ($\varepsilon_r$): $3$
• Permitividad del vacío ($\varepsilon_0$): $8.85418782 \times 10^{-12} , \text{F/m}$

1. Frecuencia Angular ($\omega$): $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^3 \, \text{rad/s}$
2. Cálculo de $\tan(\delta)$: $\tan(\delta) = \frac{\sigma}{\omega \varepsilon_r \varepsilon_0}$ $\tan(\delta) = \frac{0.001}{2\pi \times 702 \times 10^3 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}}$
3. Resolviendo Numéricamente:

   • Calcula $\omega$: $\omega = 2\pi \times 702 \times 10^3 = 4.4115 \times 10^6 \, \text{rad/s}$
   • Sustituye para $\tan(\delta)$: $\tan(\delta) = \frac{0.001}{4.4115 \times 10^6 \times 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12}} \approx 10.02$

4. Determinar $\delta$:

   • Calcula $\delta$: $\delta = \tan^{-1}(10.02) \approx 84.3°$

• Dieléctricos con pérdidas: $6° < \delta < 84°$: Si consideramos el contexto, parece que el ángulo apenas sobrepasa a los dieléctricos con pérdidas.
• Buenos conductores: $84° < \delta < 90°$: Nuestro cálculo cae muy cerca de este límite, posicionándolo como un buen conductor, aunque está justo en el margen.

tecnovigilante

copilot

• $\omega = 2\pi f$ es la frecuencia angular.
• $\mu$ es la permeabilidad del medio.
• $\sigma$ es la conductividad.
• $\varepsilon = \varepsilon_r \varepsilon_0$ es la permisividad.

• $c = 14°$
• $P = 20$

• $\alpha = 0.01 , \text{Np/m}$

tecnovigilante

    Calculate the propagation speed of the V_p wave. V_p=ω/β

copilot

• $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 702 \times 10^3 , \text{rad/s}$
• $\mu \approx 4\pi \times 10^{-7} , \text{H/m}$ (para un medio no magnético, $\mu = \mu_0$)
• $\sigma = 0.001 , \text{S/m}$
• $\varepsilon = \varepsilon_r \varepsilon_0 = 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12} , \text{F/m}$

1. Frecuencia Angular ($\omega$): $\omega = 2\pi \times 702 \times 10^3 \, \text{rad/s} \approx 4.4115 \times 10^6 \, \text{rad/s}$
2. Permisividad ($\varepsilon$): $\varepsilon = 3 \times 8.85418782 \times 10^{-12} \, \text{F/m} = 26.56256346 \times 10^{-12} \, \text{F/m}$
3. Constante de Propagación ($\gamma$): Aplicando la fórmula (esto requiere un cálculo más detallado debido a la complejidad de los números complejos, lo abordaré numéricamente si lo deseas):
   $\gamma = \sqrt{j4.4115 \times 10^6 \times 4\pi \times 10^{-7} (0.001 + j4.4115 \times 10^6 \times 26.56256346 \times 10^{-12})}$
   Esto se puede calcular usando software o calculadoras complejas.

• $V_p$ (Velocidad de propagación): Esto representa la velocidad a la que las ondas electromagnéticas se propagan a través del medio.
• $t$ (Tiempo de propagación): Es el tiempo que la onda tarda en viajar del barco al submarino. Esto depende de la distancia y la velocidad con la que la onda se mueve.
• $\delta_p$ (Profundidad de penetración): Representa la distancia a la que la intensidad de la onda electromagnética se reduce a aproximadamente el 37% de su valor original dentro de un material conductor. Es un indicativo de cuán lejos puede penetrar la onda en ese material.

tecnovigilante

copilot

• $ h_1 = 782 , \text{m} $
• $ a = 14° $

• $ C_0 = 3 \times 10^8 , \text{m/s} $
• $ n_{\text{aire}} = 1.0002926 $

• $ n_{\text{mar}} = 11 $

• Primero, calcular $\sin(90° - a)$: $\sin(90° - 14°) = \cos(14°)$
• Luego, calcular $b$: $1.0002926 \cdot \cos(14°) = 11 \cdot \sin(b)$

• $ h_2 = 20 , \text{m} $

• $V_{p1}$: Representa la velocidad a la que la onda se propaga en el aire. Afecta el tiempo que toma en recorrer el primer tramo.
• $t_1$: Es el tiempo que la señal tarda en viajar desde el avión hasta el punto de incidencia en el agua.
• $t$: Es el tiempo total que requiere la señal para viajar desde el avión hasta el submarino, indicando la eficiencia del medio en transmitir la señal.
• $\delta_p$: No se incluyó en este enunciado, pero en el contexto significa la profundidad a la que la señal se reduce en un material.

tecnovigilante

     Determinar el tiempo que tarda la señal en llegar al submarino. Nótese que Co=3x10^8 m/s, n_air=1,0002926 y n_sea=11

Figura 2. Propagación de Ondas en Medios Abiertos Acotados.

Image

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Para el desarrollo, seguir los siguientes pasos: Calcular la distancia d_1. (d_1=h_1/sen(a)). Calcular la velocidad de propagación de la onda V_p1 en el aire (V_p1=Co/n_air), donde n_air es el “índice de refracción del aire” y Co es la velocidad de la luz en el vacío. Calcular el ángulo de refracción b. ((n)_air Sen(90°-a)=n_sea Sen(b)) Calcular la distancia d_2. (d_2=h_2/cos(b)) Calcular la velocidad de propagación de la onda V_p2 en el mar (V_p2=Co/n_sea). Con base en V_p1 y d_1 determinar el tiempo t_1 del primer camino ((t)_1=d_1/V_p1). Con base en V_p2 y d_2 determinar el tiempo t_2 del segundo camino (t_2=d_2/V_p2). Calcular el tiempo total del recorrido t=t_1+ t_2. De acuerdo a los conceptos explorados, explicar el significado del valor obtenido para V_p1, t_1 y t.

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1. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio):

   • Es una medida de la eficiencia de la transferencia de potencia al sistema de carga. Se calcula usando la fórmula: $\text{VSWR} = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$
   • Donde $|\Gamma|$ representa el coeficiente de reflexión.

2. Reflective Power:

   • La relación entre la Potencia Reflejada y la Potencia Incidente en un sistema.
   • Se da el uso de la interpolación de una tabla referida para relacionar el VSWR con el Potencia Reflejada en %.

3. Uso del Diagrama de Smith (Smith 4.1 software):

   • Herramienta utilizada para trazar las impedancias y admittances, permitiendo el cálculo de parámetros como $Z_{\text{in}}$.
   • Comprobar los resultados mediante el software significa utilizar el diagrama para verificar cálculos teóricos y experimentales relativos a la línea de transmisión.

4. Conceptos Explorados:

   • Se pide explicar el significado de los valores obtenidos para $Z_{\text{in}}$ (impedancia de entrada) y VSWR, implicando cómo estas mediciones impactan el rendimiento del sistema de transmisión.

1. Collin, R. E. (2001). Foundations for Microwave Engineering. IEEE Press.
   Este texto proporciona una comprensión profunda de los fundamentos de la ingeniería de microondas, incluyendo el análisis de líneas de transmisión.
2. Pozar, D. M. (2011). Microwave Engineering. John Wiley & Sons.
   Un recurso extensivo sobre el diseño de sistemas de RF que explica detalladamente conceptos como impedancia, VSWR y el uso de herramientas de análisis como el diagrama de Smith.
3. Smith, P. H. (1985). Electronics Applications of the Smith Chart. Noble Pub.
   Este libro se centra en el uso práctico del diagrama de Smith en las aplicaciones electrónicas, proporcionando una guía sobre su interpretación y aplicación.

tecnovigilante

copilot

1. Collin, R. E. (2001). Foundations for Microwave Engineering. IEEE Press.

   • Este libro ofrece una comprensión profunda de los fundamentos de la ingeniería de microondas, que incluye análisis detallados de propagación de ondas y líneas de transmisión.

2. Pozar, D. M. (2011). Microwave Engineering. John Wiley & Sons.

   • Un recurso extensivo sobre el diseño de sistemas de RF que explica detalladamente conceptos como impedancia, VSWR, y el uso de herramientas de análisis como el diagrama de Smith.

3. Smith, P. H. (1985). Electronics Applications of the Smith Chart. Noble Pub.

   • Este libro se centra en el uso práctico del diagrama de Smith en aplicaciones electrónicas, proporcionando guías sobre su interpretación y aplicación.

tecnovigilante

Calculate the propagation parameters of the wave γ,α and β.

Calculate the propagation speed of the V_p wave. V_p=ω/β

Calculate the distance d between the ship and the submarine. d=P/cos(c).

Calculate the time t it takes for the wave to reach the submarine. t=d/V_p

Calculate the penetration depth of the wave δp and compare with d. δp=1/α.

According to the concepts explored, explain the meaning of the value obtained for V_p, t and δp.

Velocidad de propagación: Esto representa la velocidad a la que las ondas electromagnéticas se propagan a través del medio.
Tiempo de propagación: Es el tiempo que la onda tarda en viajar del barco al submarino. Esto depende de la distancia y la velocidad con la que la onda se mueve.
Profundidad de penetración: Representa la distancia a la que la intensidad de la onda electromagnética se reduce a aproximadamente el 37% de su valor original dentro de un material conductor. Es un indicativo de cuán lejos puede penetrar la onda en ese material.

• You can use https://www.geogebra.org/scientific
  From an airplane, which is h1=(782) m high, a communication signal f= 500 MHz is emitted to a submarine that is h2=20 m deep, the angle of incidence of the signal on the sea surface is a=14°. Determine the time it takes for the signal to reach the submarine. Note that Co=3x10^8 m/s, n_air=1,0002926 and n_sea=11

Calculate the distance d_1. (d_1=h_1/sen(a)).

Calculate the velocity of propagation of the wave V_p1 in the air (V_p1=Co/n_air), where n_air is the “air refractive index” and Co is the speed of light in a vacuum.

Calculate the angle of refraction b. 〖(n〗_air Sen(90°-a)=n_sea Sen(b)) 

Calculate the distance d_2.  (d_2=h_2/cos(b))

Calculate the propagation speed of the wave V_p2 at sea (V_p2=Co/n_sea).

Based on V_p1 and d_1 determine the time t_1  of the first path 〖(t〗_1=d_1/V_p1).

Based on V_p2 and d_2 determine the time t_2  of the second path (t_2=d_2/V_p2).

Calculate the total time of the route t=t_1+ t_2.

A lossless transmission line has a characteristic impedance of Z_0=50Ω, a length of L=14m and is excited by a signal of f=702 MHz. The line is connected to an antenna with load impedance Z_L=(35+j75)Ω. Considering that V_p=2x10^8 m/s, calculate:

Wavelength λ. (V_p= λ* f)

       Z_0=50Ω 
              L=14m 
       f=702 MHz=702*10^3
         Z_L=(35+j75)Ω
         V_p=2x10^8 m/s

        λ=v_p/f 
               λ=(2x10^8 m/s)/(702*10^3 Hz)    

Electrical length l.

Input impedance Z_in.

Reflection coefficient Γ (magnitude and phase).


       Γ=Z_L+Z_O  →((35+j75)Ω-50Ω)/((35+j75)Ω+50Ω)=0.34+0.58i=0.67=59° 






VSWR and from Table 2, using interpolation, the reflected power in %.

copilot

• Definición: El modelo en el espacio de estados describe un sistema lineal mediante un conjunto de ecuaciones diferenciales de primer orden expresadas en forma matricial.
• Ecuaciones: Las ecuaciones típicas son:
  $$\dot{x}(t) = A x(t) + B u(t)$$
  $$y(t) = C x(t) + D u(t)$$

  • Matrix A: Relaciona las variables de estado consigo mismas.
  • Matrix B: Relaciona la entrada con las variables de estado.
  • Matrix C: Relaciona las variables de estado con la salida.
  • Matrix D: Relaciona la entrada directamente con la salida.

• Definición: Relaciona la salida del sistema con su entrada en el dominio de la frecuencia $s$.
• Formulación: Si tienes el modelo de espacio de estados, la función de transferencia $G(s)$ se encuentra por:
  $$G(s) = C (sI - A)^{-1} B + D$$

• Condiciones:

  • Un tiempo de estabilización de 1 a 3 segundos implica ajustar el sistema para que alcance un estado estable dentro de ese intervalo.
  • Un sobrepaso máximo entre 4% y 10% se relaciona con el índice de amortiguamiento del sistema.

• Un controlador de realimentación de estados utiliza todas las variables de estado para calcular la señal de control:
  $$u(t) = -Kx(t)$$
  Donde $K$ es la matriz de ganancias que debe ser diseñada para cumplir con las especificaciones de rendimiento.

• Objetivo: Mejorar el error de estado estable y asegurar que las perturbaciones externas no afecten negativamente el funcionamiento del sistema.
• Un integrador en la trayectoria de realimentación puede ser añadido para forzar el error de estado estable a cero. Esto se logra a menudo añadiendo una nueva variable de estado que integra el error de seguimiento.

• Proceso: En Simulink, puedes crear un modelo del sistema realimentado e implementar la simulación para corroborar que el sistema responde como se espera.
• Evaluaciones deben incluir pruebas frente a perturbaciones para confirmar que el sistema las rechaza efectivamente y que el error de estado estable es adecuado.