# Trabalho 1 - 2025-1 ## Identificação | **Nome Completo** | **Matrícula** | | ---------------------------- | ------------- | | Cleber de Oliveira Brant | 200061216 | | Juan Pablo Ricarte de Barros | 211041043 | | Matheus Ferreira Diogo | 200024949 | | Thiago Vivan Bastos | 190020407 | --- ## 1. Objetivos Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo detalhado sobre o dispositivo embarcado **Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2**, analisando suas características arquiteturais, funcionalidades, aplicações no mercado e tecnologias que o viabilizam. --- ## 2. Seleção do sistema embarcado O sistema selecionado é o **Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2**, um dispositivo modular de instrumentação definida por software, amplamente utilizado em medições industriais, científicas e educacionais. Ele é conhecido como o "canivete suíço para engenheiros" devido à sua versatilidade. --- ## 3. Informações sobre o sistema ### Descrição Geral O **Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2** é uma plataforma de aquisição e geração de sinais RF do tamanho de um cartão de crédito. Ele combina funcionalidades de osciloscópio, analisador de espectro, gerador de sinais e outras ferramentas em um único dispositivo compacto. É amplamente utilizado em automação industrial, pesquisa científica, ensino e experimentos em computação quântica. #### Fotos do Produto Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2 Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2 --- ### Características Técnicas #### Unidade de Processamento - Microprocessador: Dual Core ARM Cortex-A9 - FPGA: Xilinx Zynq 7010 ou Z7020 (dependendo do modelo) - Frequência: até 667 MHz - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Memória - RAM: DDR3 até 1 GB - Armazenamento: Cartão SD para boot (suporte a QSPI e eMMC nos modelos Pro) - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Sistema Operacional - Baseado em Linux customizado - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) #### Sensores e Atuadores - Não possui sensores integrados, mas suporta conexão com sensores externos via GPIOs ou interfaces como I2C e SPI - Atuadores podem ser controlados por PWM ou GPIOs - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) #### Interfaces de Comunicação com Fio - Ethernet (1 Gbit) - USB-C para dados e energia - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Interfaces de Comunicação sem Fio - Suporte a Wi-Fi via dongle USB - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) #### Unidades de Entrada/Saída (I/O) - GPIOs: até 16 digitais - ADC/DAC: resolução de 14 bits - PWM disponível para controle analógico - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Fonte de Energia - Alimentação via USB-C (5 V, até 3 A) - Gerenciamento de energia integrado - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Firmware e Atualizações - Firmware baseado em código aberto - Suporte a atualizações OTA (Over-the-Air) - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) #### Segurança - Criptografia básica suportada via software - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) #### Armazenamento Externo - Suporte a cartões SD para armazenamento adicional - [Fonte: Red Pitaya - Especificações](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) #### Interface com o Usuário (UI) - Não possui display integrado; interface via software no computador - [Fonte: Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) --- ## 4. Exemplos de Utilização e Conceito Principal O **Red Pitaya STEMlab 125-14 Gen 2** é um produto embarcado completo, cujo conceito central é a instrumentação definida por software, permitindo substituir vários equipamentos de laboratório em um único hardware programável. ### Exemplos de Utilização - **Ensino e Pesquisa:** Utilizado em laboratórios universitários para ensinar instrumentação, processamento digital de sinais, eletrônica e programação. - **Automação Industrial:** Monitoramento e controle de processos, testes de comunicação e automação de linhas de produção. - **Pesquisa Científica:** Controle e aquisição de dados em experimentos de física, química e engenharia. - **Rádio Amadorismo:** Plataforma de rádio definido por software (SDR) para recepção e transmissão de sinais. - **Prototipagem:** Prototipagem de sistemas embarcados, validação de algoritmos de processamento de sinais e desenvolvimento de soluções OEM customizadas. --- ## 5. Artigos acadêmicos relacionados ### Tecnologias que viabilizam o produto 1. **FPGA-based systems for signal processing** _Resumo:_ Discute as vantagens do uso de FPGAs na aquisição rápida de dados e processamento em tempo real, com exemplos de implementação de filtros, FFTs e sistemas embarcados de DSP. [PDF - FPGA-based Implementation of Signal Processing Systems (MIT)](https://rfsoc.mit.edu/6S965/_static/F24/textbooks/fpga_signal_processing.pdf) 2. **Low-power ARM processors in embedded systems** _Resumo:_ Analisa o uso eficiente de energia nos processadores ARM Cortex-A9 e outras famílias ARM em sistemas embarcados, abordando modos de economia de energia, arquiteturas e aplicações industriais. [PDF - Designing Low Power Embedded Systems (EMAC Inc.)](http://ftp.emacinc.com/Tech_Info/Presentations/Designing_LP_Systems-2018.pdf) [PDF - ARM Processors: Embedded CPUs (Toronto Metropolitan University)](https://www.ecb.torontomu.ca/~courses/ee8205/lectures/ARM-CPU-Cores.pdf) 3. **Software-defined instrumentation and its impact on industrial automation** _Resumo:_ Explora como dispositivos de instrumentação definida por software, como o Red Pitaya, estão substituindo equipamentos tradicionais de bancada e viabilizando automação industrial flexível e conectada. [PDF - Software Defined Manufacturing: Enabling Industrial Automation (Samtec)](https://suddendocs.samtec.com/notesandwhitepapers/samtec-software-defined-manufacturing-enabling-industrial-automation.pdf) 4. **Modular architectures in IoT devices** _Resumo:_ Relata os benefícios da modularidade em sistemas embarcados para flexibilidade, atualização e integração em projetos de IoT, apresentando uma arquitetura modular aplicada a automação residencial. [Artigo - NTA-IOT: A FLEXIBLE AND MODULAR ARCHITECTURE FOR IOT APPLICATIONS (Revista de Sistemas e Computação)](https://revistas.unifacs.br/index.php/rsc/article/view/6364) ### Aplicações do produto 1. **Educational uses of Red Pitaya in engineering labs** _Resumo:_ Estudo sobre seu uso no ensino superior para aprendizado prático de instrumentação. [PDF - Development of Data Acquisition System Based on Triggered Acquisition](https://www.ijsrd.com/articles/IJSRDV3I2954.pdf) 2. **Signal analysis in quantum computing with Red Pitaya** _Resumo:_ Aplicação do Red Pitaya em experimentos de computação quântica e análise de sinais. [PDF - Red Pitaya Digital Laser Controller (LIGO SURF Report)](https://dcc.ligo.org/public/0176/T2100238/003/SURF_Interim_Report_2.pdf) 3. **Industrial automation with software-defined tools** _Resumo:_ Casos reais de uso do Red Pitaya em automação e monitoramento industrial. [PDF - Red Pitaya Digital Laser Controller (LIGO SURF Final Report)](https://dcc.ligo.org/public/0176/T2100238/003/SURF_Final_Report.pdf) 4. **Open-source platforms for scientific research** _Resumo:_ Impacto do Red Pitaya e plataformas similares na pesquisa científica aberta. [PDF - Controlling Optical Cavities using Machine Learning (INFN Report)](https://agenda.infn.it/event/35227/contributions/251944/attachments/129796/192696/Edoardo_Fazzari_report.pdf) --- ## 6. Produtos relacionados | Produto | Processador | FPGA | Memória RAM | Interfaces | Preço Aproximado | | -------------------- | -------------------- | --------------------- | ----------- | --------------- | ---------------- | | STEMlab 125-14 Gen 2 | ARM Cortex-A9 | Xilinx Zynq 7010/7020 | Até 1 GB | Ethernet, USB-C | ~US$450 | | myRIO | ARM Cortex-A9 | Xilinx Zynq 7010 | Até 512 MB | Ethernet, USB | ~US$1300 | | Raspberry Pi Pico | RP2040 | Não possui | Até 256 KB | GPIOs | ~US$4 | | Arduino Due | Atmel SAM3X8E | Não possui | Até 96 KB | GPIOs | ~US$50 | | BeagleBone Black | AM335x ARM Cortex-A8 | Não possui | Até 512 MB | Ethernet, USB | ~US$65 | --- ## 7. Referências - [Red Pitaya - Página oficial](https://redpitaya.com/stemlab-125-14/) - [Red Pitaya - Documentação](https://redpitaya.readthedocs.io/en/latest/) - [FPGA-based Implementation of Signal Processing Systems - MIT PDF](https://rfsoc.mit.edu/6S965/_static/F24/textbooks/fpga_signal_processing.pdf) - [Software Defined Manufacturing: Enabling Industrial Automation - Samtec PDF](https://suddendocs.samtec.com/notesandwhitepapers/samtec-software-defined-manufacturing-enabling-industrial-automation.pdf) - [NTA-IOT: A FLEXIBLE AND MODULAR ARCHITECTURE FOR IOT APPLICATIONS](https://revistas.unifacs.br/index.php/rsc/article/view/6364) - [Swiss army knife for engineers - Red Pitaya Brochure PDF](https://go.redpitaya.com/hubfs/2024_Brochure.pdf) - [Red Pitaya Digital Laser Controller - LIGO SURF Report PDF](https://dcc.ligo.org/public/0176/T2100238/003/SURF_Interim_Report_2.pdf)