🌐 Sistemas Embebidos

1. ¿Qué es un sistema embebido?

Un sistema embebido es un sistema de computación especializado que está diseñado para realizar una o varias funciones específicas dentro de un sistema más grande.

A diferencia de un computador general, no está hecho para múltiples tareas, sino para una tarea concreta como controlar una lavadora, un microondas o un semáforo.

Ejemplo: El microcontrolador dentro de un microondas.

Conexiones: Microcontroladores, firmware, sensores, actuadores.

2. Plataformas de sistemas embebidos

Las plataformas embebidas permiten implementar soluciones específicas, y se dividen principalmente en dos tipos:

2.1. Hardware Programable

Son plataformas donde el hardware puede ser reconfigurado para ejecutar diferentes tareas.

• Ejemplo: FPGAs (Field Programmable Gate Arrays)
• Herramientas de desarrollo: Vivado, Quartus, ISE
• Aplicaciones: Visión artificial, procesamiento digital de señales, criptografía.

2.2. Computadoras de una sola placa (SBC)

Dispositivos compactos con todos los elementos de una computadora integrados en una sola placa.

• Ejemplo: Raspberry Pi, BeagleBone
• Características: Soporte para sistemas operativos como Linux, GPIO para control de hardware, conectividad integrada.
• Aplicaciones: Automatización, IoT, prototipado rápido.

3. Microcontroladores y Microprocesadores

Microcontrolador: Circuito integrado que incluye procesador, memoria y periféricos. Ideal para tareas específicas.

Microprocesador: Solo el procesador; requiere componentes externos para funcionar. Diseñado para alto rendimiento.

Comparación:

Proceso de selección:

• Evaluar recursos necesarios (RAM, velocidad, periféricos).
• Analizar entorno de desarrollo y soporte de comunidad.
• Considerar costo, tamaño y consumo energético.

4. Sensores y Actuadores

Sensor: Dispositivo que detecta cambios físicos o químicos y los convierte en señales eléctricas.

Tipos:

• Digitales: Entregan valores 0 o 1 (interruptores, sensores infrarrojos).
• Analógicos: Entregan valores variables (temperatura, luz).

Características importantes:

• Resolución: Precisión en la medición.
• Frecuencia de sensado: Cuántas veces por segundo mide.
• Rangos de medición: Máximos y mínimos detectables.
• Conversión: De analógico a digital (ADC) y viceversa (DAC).

Proceso de selección:

Se debe considerar el tipo de variable a medir, precisión requerida, compatibilidad con el sistema embebido y condiciones del entorno.

Ejemplo: Sensor de temperatura que activa un actuador de enfriamiento.

5. Conectividad y Tiempo Real

Conectividad: Capacidad de los dispositivos para comunicarse entre sí o con la nube.

Tipos:

• Por hardware programable: UART, SPI, I2C.
• En SBCs: Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth.

Proceso de selección:

• Velocidad requerida de transmisión.
• Distancia de comunicación.
• Consumo de energía.
• Seguridad de la conexión.

Telemetría: Monitoreo y envío de datos a distancia, crucial para IoT.

Sistema en Tiempo Real (RTOS): Sistema que garantiza respuesta dentro de un tiempo límite fijo.

Ejemplo: Sistema de frenos ABS.

6. Transmisión y Gestión de Datos

Transmisión de datos: Proceso mediante el cual los sensores y sistemas embebidos envían información a otros dispositivos o plataformas.

Características de protocolos:

• Bajo consumo energético (Ej: MQTT).
• Fiabilidad y seguridad (Ej: HTTPS, TLS).
• Compatibilidad con IoT (Ej: CoAP, LoRaWAN).

Diseño de protocolos:

• Definir capa física, enlace y aplicación.
• Establecer formatos de mensajes.
• Agregar validaciones y retransmisión.

Gestión de datos sensados remotamente:

Consiste en recolectar, almacenar, filtrar y visualizar los datos obtenidos por sensores ubicados en lugares distantes.

• Uso de bases de datos en la nube.
• Herramientas como Node-RED, Grafana, InfluxDB.
• Protocolos como MQTT o HTTP para comunicar los datos.