Controlador embebido

Tipos de controladores integrados

Un controlador integrado es un chip de gestión que realiza funciones del sistema, controla componentes de hardware y ejecuta tareas de interfaz periférica. Ayuda a proporcionar una interfaz de usuario para funciones de mantenimiento, como el control de la temperatura y el voltaje. Existen varios tipos de controladores integrados, entre ellos los siguientes:

• Controladores basados en microcontroladores: Los microcontroladores son circuitos integrados con un procesador, memoria y periféricos de entrada/salida. El microcontrolador integrado traduce las señales de los interruptores y sensores y controla los motores, válvulas y actuadores.
• Controlador Lógico Programable (PLC): Un PLC utiliza un microprocesador para monitorear dispositivos de entrada, como interruptores de límite, y realiza pruebas lógicas para determinar el estado de los dispositivos de salida. Los PLC son programables y se utilizan ampliamente en entornos industriales. Ofrecen un control flexible y automatización de procesos electromecánicos.
• Controlador de Señales Digitales (DSC): El DSC ofrece la potencia de procesamiento de un microcontrolador y las capacidades de procesamiento de señales de un procesador de señales digitales (DSP). Es adecuado para aplicaciones que requieren procesamiento de señales digitales en tiempo real.
• Controladores Coldfire: Estos controladores son conocidos por su pequeño tamaño y su bajo consumo de energía. Se utilizan principalmente en dispositivos portátiles alimentados por baterías.
• Controladores basados en FPGA: Los controladores basados en matrices de puertas programables en campo (FPGA) ofrecen un excelente control en tiempo real, especialmente en aplicaciones que requieren un tiempo preciso y una implementación de algoritmos complejos. Se utilizan ampliamente en comunicaciones, automoción, industria y aplicaciones aeroespaciales.
• Controladores híbridos: Los controladores híbridos combinan las funcionalidades de varios tipos de sistemas de control integrados, lo que resulta en una gran adaptabilidad y flexibilidad. Se utilizan típicamente en sistemas de control sofisticados que requieren entrada de numerosos sensores y necesitan mantener numerosas salidas de actuadores.
• Controladores inalámbricos: Estos controladores, basados en microcontroladores, pueden conectarse de forma inalámbrica a otros dispositivos y redes. Permiten el control y la monitorización remotos.
• Controladores de sistema operativo en tiempo real (RTOS): Los controladores RTOS están diseñados para aplicaciones que requieren una temporización y una planificación de tareas predecibles. Proporcionan un marco para gestionar tareas y recursos en sistemas integrados.

Función y características de los controladores integrados

Aunque existen muchos tipos y diseños de controladores integrados, todos comparten generalmente características y funciones específicas.

• Memoria: El controlador integrado utiliza memoria para almacenar datos e instrucciones del programa. Normalmente, el sistema tendrá memoria ROM, RAM y EEPROM. La memoria ROM almacenará el firmware del controlador, que es el software del sistema integrado necesario para ejecutar el dispositivo. El tamaño de la ROM puede estar entre 16 KB y 128 KB. La RAM es utilizada por el microcontrolador durante el funcionamiento y puede venir en modelos de 8 KB a 64 KB. La EEPROM permite que el sistema informático integrado sea programable y se actualice según sea necesario. El tipo y la cantidad de memoria dependerán de la complejidad del sistema y de las tareas que deban realizarse.
• Puertos de entrada/salida: El controlador integrado tiene puertos de E/S para que pueda conectarse a dispositivos periféricos, sensores y actuadores. El tipo de puertos variará, pero muchos tienen puertos analógicos, receptor-transmisor asíncrono universal (UART), puertos USB, SPI e I2C. La interfaz I2C es especialmente útil para conectar más sensores y periféricos, ya que puede conectar hasta ocho dispositivos en el mismo bus.
• Interfaces de comunicación: Las interfaces de comunicación incluyen WiFi, Bluetooth y CAN bus para que el controlador integrado pueda comunicarse con otros sistemas, dispositivos y redes. Cuando el desarrollador necesita añadir conectividad a un sistema, debe considerar la distancia a la que pueden viajar las señales, las velocidades de transferencia de datos y los niveles de consumo de energía.
• Procesamiento en tiempo real: Los sistemas integrados tienen capacidades de procesamiento en tiempo real para que las tareas se puedan realizar dentro de un cierto marco de tiempo. Estos sistemas utilizan un sistema operativo en tiempo real (RTOS) para garantizar la correcta planificación y gestión de las tareas. El uso de RTOS mejora la capacidad de respuesta del sistema y aumenta la fiabilidad.

Aplicaciones del controlador integrado

Existen varios escenarios de uso para un controlador integrado PIC debido a su naturaleza versátil. Aquí hay una lista de algunos:

• Automatización del hogar

  La industria de la automatización del hogar utiliza controladores integrados en termostatos inteligentes, persianas motorizadas, cerraduras inteligentes, iluminación inteligente y cortinas automatizadas para proporcionar a los propietarios comodidad, eficiencia energética, seguridad y una vida mejor. Son responsables de las funciones de comunicación, control y automatización en dispositivos inteligentes.

• Edificios inteligentes

  Los sistemas HVAC de los edificios, los controles de iluminación, los sistemas de seguridad y los controles de acceso utilizan controladores integrados para mejorar la comodidad de los ocupantes, la eficiencia energética, la seguridad y el funcionamiento general.

• Automatización industrial

  En las industrias de fabricación y producción, el controlador integrado juega un papel fundamental en la automatización de la maquinaria, el control de los procesos y la monitorización de los sistemas para mejorar la productividad, la eficiencia y la seguridad en los entornos industriales.

• Sistemas de automoción

  En los automóviles modernos, el controlador integrado es fundamental en el funcionamiento de la ECU (Unidad de Control del Motor), ABS (Sistemas de Frenos Antibloqueo), Control de la Transmisión, Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor (ADAS) y Módulos de Control de la Carrocería. Proporciona funciones críticas de control y monitorización para cumplir con los requisitos de los sistemas de automoción.

• Instalaciones sanitarias

  Los controladores de sistemas integrados se utilizan en dispositivos médicos, monitorización ambiental, control de acceso y seguridad de edificios para apoyar a las instalaciones sanitarias en la atención al paciente, las condiciones ambientales, la seguridad y la eficiencia dentro de las instalaciones sanitarias.

• Gestión de la energía

  Las redes inteligentes y los sistemas de energía renovable utilizan microchips de controladores integrados para optimizar la producción de energía, promover el uso eficiente de la energía y mejorar la estabilidad de la red.

• Transporte aéreo

  El papel de los controladores integrados es crucial en los sistemas de aeronaves para la aviónica, el control del motor, el control de vuelo, la comunicación y la navegación para garantizar la seguridad y el funcionamiento eficiente de las aeronaves en el transporte aéreo.

Cómo elegir un controlador integrado

Antes de comprar, es fundamental validar si el producto cumple con los requisitos y estándares de rendimiento esperados. Al seleccionar un controlador integrado, es fundamental examinar los siguientes factores:

• Arquitectura: Los desarrolladores de sistemas definen primero los requisitos y las funciones del sistema y sus componentes. Eligen el controlador integrado adecuado en función de las capacidades de entrada/salida, la potencia de procesamiento, las interfaces de comunicación y las métricas de rendimiento del controlador.
• Número de núcleos: Los controladores integrados multinúcleo ofrecen capacidades de procesamiento paralelo, lo que aumenta la capacidad de respuesta y la multitarea. Son fundamentales en aplicaciones que requieren una gran potencia de procesamiento, como el procesamiento de vídeo e imágenes, las telecomunicaciones y la robótica sofisticada.
• Funcionamiento en tiempo real: Es indispensable determinar la necesidad de control y respuesta en tiempo real de las aplicaciones. Las aplicaciones que requieren una temporización y un control precisos, como el control de motores, la robótica y el procesamiento de señales, deben aprovechar el controlador integrado con sistemas operativos en tiempo real.
• Herramientas y soporte de desarrollo: Antes de evaluar su controlador integrado, los desarrolladores de sistemas deben definir sus aplicaciones, características programables, capacidades de entrada y salida, interfaces de comunicación y métricas de rendimiento. Los fabricantes de controladores proporcionan herramientas y recursos de soporte de desarrollo, incluyendo kits de desarrollo de software, herramientas de depuración y documentación que pueden simplificar el desarrollo y reducir las curvas de aprendizaje.
• Entorno operativo: Al seleccionar un controlador integrado, hay que tener en cuenta sus capacidades de entrada/salida, sus interfaces de comunicación y sus métricas de rendimiento. La capacidad en tiempo real es fundamental en aplicaciones que requieren una temporización y un control precisos, como el control de motores, la robótica y el procesamiento de señales.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las funciones principales de un controlador integrado?

R: Un controlador integrado tiene numerosas funciones, incluyendo el manejo de la entrada del teclado, la gestión de la velocidad de los ventiladores y las temperaturas, el control de los niveles de voltaje y la supervisión de varios indicadores del sistema.

P: ¿Qué diferencia a los sistemas integrados de los sistemas tradicionales?

R: A diferencia de los sistemas tradicionales, los sistemas integrados están diseñados para realizar funciones dedicadas dentro de un sistema más amplio. Integran componentes de software y hardware, lo que les permite realizar tareas específicas de forma independiente.

P: ¿Qué ventajas ofrecen los sistemas integrados?

R: Los sistemas integrados ofrecen ventajas como un mejor rendimiento del sistema, eficiencia energética, compacidad y la capacidad de automatizar tareas. Agilizan las operaciones en dispositivos electrónicos y electrodomésticos.

P: ¿Cómo se elige un sistema integrado?

R: Los compradores de BSI deben tener en cuenta las necesidades de su aplicación y la fiabilidad, mantenibilidad y coste del sistema. Los usuarios también eligen un sistema en función del tipo de memoria, la fuente de alimentación, el procesador, la interfaz y la arquitectura.