Sistemas embebidos

Introducción a los Sistemas Embebidos

Programación de Sistemas Embebidos

Con algunos conocimientos del lenguaje C, es posible programar estos «CHIP» para interactuar con cualquier objeto del mundo. La capacidad de personalizar y controlar estos sistemas mediante programación los hace extremadamente versátiles y esenciales en aplicaciones industriales, médicas y de consumo.

Comunicación en Sistemas Embebidos

La comunicación es una parte crucial de los sistemas embebidos. Estos sistemas normalmente pueden comunicarse mediante interfaces estándar de cable o inalámbricas, como RS-232, RS-485, SPI, I²C, CAN, USB, IP, Wi-Fi, GSM, GPRS, DSRC, entre otros. La capacidad de comunicarse de manera eficiente permite que los sistemas embebidos se integren en redes más amplias y complejas.

Subsistema de Presentación

El subsistema de presentación en un sistema embebido suele ser una pantalla gráfica, táctil, LCD, o alfanumérica. Estas pantallas permiten que el usuario interactúe con el sistema y monitoree su funcionamiento en tiempo real.

Actuadores

Los actuadores son elementos electrónicos que el sistema se encarga de controlar. Estos pueden ser motores eléctricos, conmutadores tipo relé, o salidas de señal PWM para el control de la velocidad en motores de corriente continua. Los actuadores permiten que el sistema embebido realice acciones físicas en respuesta a las entradas o programas predefinidos.

Módulo de E/S Analógicas y Digitales

El módulo de E/S (Entrada/Salida) analógicas y digitales suele emplearse para digitalizar señales analógicas procedentes de sensores, activar diodos LED, reconocer el estado abierto o cerrado de un conmutador o pulsador, entre otras funciones. Este módulo es esencial para la interacción del sistema embebido con su entorno.

Módulo de Reloj

El módulo de reloj es el encargado de generar las diferentes señales de reloj a partir de un único oscilador principal. El tipo de oscilador es importante por varios aspectos: por la frecuencia necesaria, la estabilidad requerida y el consumo de corriente. Los osciladores basados en resonador de cristal de cuarzo ofrecen mejor estabilidad y costo, mientras que los osciladores RC requieren menor consumo. Mediante sistemas PLL se obtienen otras frecuencias con la misma estabilidad que el oscilador patrón.

Módulo de Energía

El módulo de energía (power) se encarga de generar las diferentes tensiones y corrientes necesarias para alimentar los diversos circuitos del sistema embebido. Usualmente, se trabaja con un rango de posibles tensiones de entrada que, mediante conversores AC/DC o DC/DC, se obtienen las diferentes tensiones necesarias para alimentar los diversos componentes activos del circuito.

Además de los conversores AC/DC y DC/DC, otros módulos típicos incluyen filtros y circuitos integrados supervisores de alimentación. El consumo de energía puede ser determinante en el desarrollo de algunos sistemas embebidos que se alimentan con baterías, ya que el tiempo de uso del sistema embebido suele ser la duración de la carga de las baterías.

Aplicaciones Prácticas con ESP32, DHT22 y LED Neopixel

ESP32

El ESP32 es un microcontrolador potente y versátil que cuenta con conectividad Wi-Fi y Bluetooth. Es ampliamente utilizado en proyectos de IoT (Internet de las cosas) debido a su capacidad de procesamiento y sus múltiples pines de entrada/salida.

Sensor DHT22

El DHT22 es un sensor de temperatura y humedad altamente preciso y fácil de usar. Se comunica con el microcontrolador mediante un protocolo de una sola línea, lo que facilita su integración en proyectos de sistemas embebidos.

Características del DHT22

• Rango de medición de temperatura: -40 a 80 grados Celsius.
• Rango de medición de humedad: 0 a 100% HR.
• Alta precisión y estabilidad.

LED Neopixel

Los LEDs Neopixel son LEDs RGB direccionables individualmente que permiten crear efectos de iluminación dinámicos y coloridos. Cada LED tiene un chip controlador integrado, lo que permite controlar cada LED de manera independiente utilizando un solo pin del microcontrolador.

Características de los LED Neopixel

• Control individual de color y brillo.
• Alta intensidad lumínica.
• Conexión en cadena para múltiples LEDs.

Proyecto Ejemplo: Sistema de Monitoreo Ambiental con ESP32, DHT22 y LED Neopixel

En este proyecto, se utiliza el ESP32 para leer datos del sensor DHT22 y controlar una tira de LED Neopixel. El ESP32 obtiene la temperatura y humedad del ambiente a través del DHT22 y muestra esta información mediante colores en los LEDs Neopixel.

Componentes Necesarios

• ESP32.
• Sensor DHT22.
• Tira de LED Neopixel.
• Cables y conectores.
• Fuente de alimentación

Código Ejemplo

El siguiente código muestra cómo programar el ESP32 para leer los datos del DHT22 y controlar los LEDs Neopixel:

// Importar las librerías necesarias
#include 
#include 

// Definir los pines
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22
#define LED_PIN 5
#define NUM_LEDS 16

// Crear instancias de los objetos
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  strip.begin();
  strip.show();
}

void loop() {
  // Leer datos del DHT22
  float h = dht.readHumidity();
  float t = dht.readTemperature();
  
  if (isnan(h) || isnan(t)) {
    Serial.println("Error al leer del sensor DHT22");
    return;
  }

  // Mostrar datos en el Serial
  Serial.print("Humedad: ");
  Serial.print(h);
  Serial.print(" %\t");
  Serial.print("Temperatura: ");
  Serial.print(t);
  Serial.println(" *C");
  
  // Controlar los LEDs Neopixel según la temperatura
  for(int i=0; i<strip.numPixels(); i++) {
    strip.setPixelColor(i, strip.Color(t * 2.5, 0, 255 - t * 2.5));
  }
  strip.show();
  delay(2000);
}