Aplicación Redes Neuronales

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio Popular para la Educación Superior
Universidad Bicentenaria de Aragua
San Joaquín de Turmero





APLICACIÓN DE LAS REDES NEURONALES EN PROCESADORES DIGITALES DE SEÑALES: CARACTERIZACIÓN DE SENSORES INFRARROJOS









Carrera: Redes Neuronales.
Prof. Ing Silvia Arana


Realizado por:
Humphrey Montero CI 22.287.576


Enero 2016

Sensor infrarrojoUn sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos presentes en su campo de visión. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiación que resulta invisible ante los ojos, pero no para estos dispositivos. Esto se debe a que la radiación infrarroja se encuentra en un rango del espectro electromagnético justo por debajode la luz visible. Este tipo de sensores pueden ser clasificados en pasivos, en el caso de que estén provistos únicamente de receptores infrarrojos, o activos, en el caso de estar conformados por pares emisor receptor. Esta investigación propone el diseño de un método de caracterización de la respuesta no lineal de un sensor activo, modelo SHARP® GP2Y0A021, debido a que el dispositivo se basa enla combinación de un LED infrarrojo y un lente concentrador que forma un rayo único, como emisor, y un fototransistor acoplado a otro lente, como receptor. Los rayos infrarrojos emitidos por el LED infrarrojo son reflejados por los objetos que se encuentran en línea vista frente al emisor, con un ángulo de reflexión agudo que va disminuyendo a medida que dichos objetos se alejan del sensor yfinalmente son captados por el receptor. El fototransistor ha sido construido con un material piro eléctrico, artificial, normalmente formando una lámina delgada dentro de nitrato de Galio (GaN), o nitrato de Cesio (CsNO3), derivados de la fenilpirazina y ftalocianina de Cobalto, elementos con los que usualmente se construyen estos dispositivos. Generalmente, están integrados en diversas configuraciones(1, 2,4 píxeles de material piro eléctrico). En el caso de parejas, se acostumbra a dar polaridades opuestas para trabajar con un amplificador diferencial, provocando la auto cancelación de los incrementos de energía del rayo infrarrojo y el desacoplamiento del equipo. En la se muestra el modelo de sensor infrarrojo y la trayectoria descrita por el rayo infrarrojo emitido en presencia de dosobstáculos a diferentes distancias;


























La relación entre la tensión de salida del sensor y la distancia medida es representada mediante una función no lineal, descrita en mediante la figura 2.












Característica no lineal del sensor infrarrojo

La tecnología de las redes neuronales ha sido ampliamente utilizada en problemas de generalización o aproximación de funcionesde complejidad arbitraria, por lo que el diseño propuesto se vale de esta característica para
Representar la respuesta no lineal del sensor infrarrojo, basado en un conjunto de valores distancia – tensión eléctrica, para el entrenamiento de una red neuronal multicapa, mediante un algoritmo backpropagation con tres variantes diferentes. La neurona típica del modelo de red neuronal propuesto obedecea la siguiente relación, que expresa la salida del elemento de procesamiento i-ésimo:
















El modelo seleccionado es el de una red neuronal multicapa con algoritmo de entrenamiento Backpropagation Levenberg- Marquardt . La arquitectura de la red se muestra en la Figura 3.










Este modelo responde a la siguiente arquitectura de red: un vector de entradas, que almacena las señalesde tensión provenientes del sensor infrarrojo; seis neuronas en la primera capa o capa oculta, cuyos parámetros almacenan el conocimiento producto de la fase de entrenamiento, y una neurona en la segunda capa o capa de salida, que emite el valor correspondiente a la distancia medida. La función de transferencia de las neuronas de la primera capa es de tipo sigmoidal asimétrica, y la función de...