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Las aplicaciones embebidas definen la forma en que interactuamos con los dispositivos, permitiéndoles realizar tareas específicas de manera eficiente y autónoma. Desde el control y monitoreo de procesos industriales hasta la entrega de información en tiempo real en dispositivos portátiles, las aplicaciones para sistemas embebidos abarcan una amplia gama de escenarios y necesidades.
Un sistema embebido es un sistema especializado diseñado para realizar una o algunas funciones específicas. Estos sistemas combinan componentes de hardware, firmware y software para lograr una integración óptima y un funcionamiento eficiente en tareas específicas. A diferencia de los computadores de propósito general o los smartphones, los sistemas embebidos están optimizados para tareas limitadas o predefinidas y generalmente son parte de un dispositivo o sistema mayor que incluye hardware mecánico y electrónico.
Su desarrollo involucra un enfoque interdisciplinario que abarca la ingeniería de software, la ingeniería electrónica y a veces la ingeniería mecánica, asegurando que el sistema final sea robusto, confiable y cumplidor de las necesidades para las que fue diseñado.
El diseño de sistemas embebidos abarca una amplia gama de aplicaciones y sectores, cada uno con requisitos y consideraciones únicas. Tres de los principales grados en el diseño de sistemas embebidos son los grados comercial, industrial y médico. Estos grados representan diferentes niveles de complejidad, regulaciones y enfoques de diseño para cumplir con las demandas específicas de cada industria.
Productos de consumo, como dispositivos electrónicos de consumo masivo. Estos sistemas a menudo se centran en la eficiencia de costos y la optimización de recursos para atender a un público amplio.
Smartwatch
Estos sistemas a menudo deben funcionar en entornos desafiantes y en aplicaciones que requieren alta confiabilidad y durabilidad. Los dispositivos embebidos industriales pueden ser utilizados en automatización de fábricas, sistemas de control de procesos, sistemas de monitoreo de infraestructuras y más
Banda industrial
Estos sistemas deben cumplir con regulaciones estrictas y altos estándares de seguridad. Los dispositivos embebidos médicos pueden incluir monitores de signos vitales, dispositivos de diagnóstico, dispositivos implantables y equipos de imágenes médicas. El diseño de sistemas embebidos médicos se enfoca en la precisión, la confiabilidad, la seguridad de los pacientes y el cumplimiento normativo.
En el ámbito aeroespacial se enfoca en la creación de sistemas robustos y confiables para su uso en vehículos aéreos, satélites y exploración espacial. Estos sistemas deben enfrentar condiciones extremas, como altas vibraciones, temperaturas variables y la radiación del espacio. Los sistemas embebidos en aplicaciones aeroespaciales se utilizan en sistemas de navegación, comunicación, control de vuelo, sensores y más. La seguridad, la redundancia y la resistencia a fallos.
Se centran en combinar diferentes componentes y sistemas embebidos preexistentes para crear un sistema más completo y funcional. Esto podría implicar la integración de módulos de hardware y software de diferentes proveedores para crear una solución cohesiva.
Tienen como objetivo optimizar y perfeccionar sistemas embebidos ya existentes. Esto podría incluir mejorar la eficiencia energética, la velocidad de procesamiento, la estabilidad o la capacidad de comunicación de un sistema.
Implican la creación y construcción de sistemas desde cero. Esto puede incluir diseñar circuitos, desarrollar software embebido y hardware, y ensamblar componentes para crear un sistema funcional.
Los proyectos de investigación se centran en explorar nuevos conceptos y tecnologías en el diseño de sistemas embebidos. Esto podría implicar investigar enfoques innovadores para la comunicación, el procesamiento de señales, la seguridad o la eficiencia energética.
Los proyectos pueden clasificarse en diferentes tipos según cómo se aborda el control y la retroalimentación en el sistema.
En los proyectos de lazo abierto, el sistema embebido opera sin considerar ninguna retroalimentación sobre su desempeño. La salida deseada se establece previamente y el sistema sigue ese plan sin ajustes basados en las condiciones actuales.
En los proyectos de lazo cerrado, se implementa un mecanismo de retroalimentación para comparar la salida real del sistema con la salida deseada. Si hay diferencias entre ambas, se aplican ajustes al sistema para reducir esas diferencias y mantener el sistema en un estado deseado
En el diseño de sistemas embebidos, la selección de la estrategia de control es esencial para garantizar el comportamiento deseado del sistema en respuesta a las entradas y condiciones cambiantes. Existen varias opciones de control, cada una con sus propias características y aplicaciones específicas.
El control en base a tiempo implica la modificación de la salida en función del tiempo transcurrido. Se utilizan temporizadores o intervalos de tiempo para aplicar cambios en la salida del sistema. Este enfoque es útil en aplicaciones donde se requiere una acción después de cierto tiempo.
El control ON/OFF es una estrategia simple en la que el sistema se enciende o apaga según si el valor medido supera o cae por debajo de un umbral predefinido. Aunque es fácil de implementar, puede llevar a oscilaciones en el sistema cuando la señal se encuentra cerca del umbral. Se utiliza en aplicaciones donde un pequeño margen de error es aceptable
El control por Rampa es un enfoque que aplica un aumento o disminución gradual en la salida en lugar de un cambio brusco. Esto evita oscilaciones y reduce el impacto del cambio en el sistema.
El Control PID es un enfoque que utiliza tres términos: Proporcional, Integral y Derivativo, para ajustar y estabilizar el sistema. Proporciona un control preciso al ajustar la salida en función del error actual (P), la acumulación de errores pasados (I) y la predicción del comportamiento futuro del error (D).
Aplicaciones en sistemas embebidos