Controlador incorporado

Tipos de controladores embarcados

Um controlador embarcado é um chip de gerenciamento que executa funções do sistema, controla componentes de hardware e executa tarefas de interface periférica. Ele ajuda a fornecer uma interface de usuário para funções de manutenção, como monitoramento de temperatura e tensão. Existem vários tipos de controladores embarcados, incluindo os seguintes:

• Controladores baseados em microcontroladores: Microcontroladores são circuitos integrados com um processador, memória e periféricos de entrada/saída. O microcontrolador embarcado traduz sinais de interruptores e sensores e controla motores, válvulas e atuadores.
• Controlador Lógico Programável (CLP): Um CLP usa um microprocessador para monitorar dispositivos de entrada, como interruptores de fim de curso, e realiza testes lógicos para determinar o estado de dispositivos de saída. Os CLPs são programáveis e amplamente utilizados em ambientes industriais. Eles oferecem controle flexível e automação de processos eletromecânicos.
• Controlador de Sinal Digital (DSC): O DSC oferece a capacidade de processamento de um microcontrolador e as capacidades de processamento de sinal de um processador de sinal digital (DSP). É adequado para aplicações que exigem processamento de sinal digital em tempo real.
• Controladores Coldfire: Esses controladores são conhecidos por seu pequeno tamanho e baixo consumo de energia. Eles são usados principalmente em dispositivos portáteis alimentados por bateria.
• Controladores baseados em FPGA: Controladores baseados em Field Programmable Gate Array (FPGA) oferecem excelente controle em tempo real, especialmente em aplicações que exigem temporização precisa e implementação de algoritmos complexos. Eles são amplamente utilizados em aplicações de comunicações, automotivas, industriais e aeroespaciais.
• Controladores Híbridos: Controladores híbridos combinam as funcionalidades de vários tipos de sistemas de controle embarcados, resultando em grande adaptabilidade e flexibilidade. Eles são normalmente usados em sistemas de controle sofisticados que exigem entrada de vários sensores e precisam manter várias saídas de atuadores.
• Controladores sem fio: Esses controladores, baseados em microcontroladores, podem se conectar sem fio a outros dispositivos e redes. Eles permitem o monitoramento e controle remotos.
• Controladores de Sistema Operacional em Tempo Real (RTOS): Os controladores RTOS são projetados para aplicações que exigem temporização previsível e agendamento de tarefas. Eles fornecem uma estrutura para gerenciar tarefas e recursos em sistemas embarcados.

Função e recursos de controladores embarcados

Embora existam muitos tipos e projetos de controladores embarcados, todos eles geralmente compartilham características e funções específicas.

• Memória: O controlador embarcado usa memória para armazenar dados e instruções do programa. Normalmente, o sistema terá memória ROM, RAM e EEPROM. A memória ROM armazenará o firmware do controlador, que é o software do sistema embarcado necessário para executar o dispositivo. O tamanho da ROM pode variar entre 16KB e 128KB. A RAM é usada pelo microcontrolador durante a operação e pode ter modelos de 8KB a 64KB. A EEPROM permite que o sistema de computador embarcado seja programável e atualizado conforme necessário. O tipo e a quantidade de memória dependerão da complexidade do sistema e das tarefas que precisam ser realizadas.
• Portas de entrada/saída: O controlador embarcado possui portas de E/S para que ele possa se conectar a dispositivos periféricos, sensores e atuadores. O tipo de portas varia, mas muitas possuem portas analógicas, receptor-transmissor assíncrono universal (UART), portas USB, SPI e I2C. A interface I2C é especialmente útil para conectar a mais sensores e periféricos, pois pode conectar até oito dispositivos no mesmo barramento.
• Interfaces de comunicação: As interfaces de comunicação incluem WiFi, Bluetooth e barramento CAN, para que o controlador embarcado possa se comunicar com outros sistemas, dispositivos e redes. Quando o desenvolvedor precisa adicionar conectividade a um sistema, ele deve considerar a distância que os sinais podem percorrer, as taxas de transferência de dados e os níveis de consumo de energia.
• Processamento em tempo real: Os sistemas embarcados possuem capacidades de processamento em tempo real para que as tarefas possam ser executadas dentro de um determinado período de tempo. Esses sistemas usam um sistema operacional em tempo real (RTOS) para garantir o agendamento e gerenciamento adequados das tarefas. O uso de RTOS melhora a capacidade de resposta do sistema e aumenta a confiabilidade.

Aplicações do controlador embarcado

Existem vários cenários de uso para um controlador embarcado PIC devido à sua natureza versátil. Aqui está uma lista de alguns:

• Automação residencial

  A indústria de automação residencial usa controladores embarcados em termostatos inteligentes, persianas motorizadas, fechaduras inteligentes, iluminação inteligente e cortinas automatizadas para fornecer aos proprietários conveniência, eficiência energética, segurança e vida aprimorada. Eles são responsáveis pelas funções de comunicação, controle e automação em dispositivos inteligentes.

• Edifícios inteligentes

  Os sistemas HVAC dos edifícios, os controles de iluminação, os sistemas de segurança e os controles de acesso utilizam controladores embarcados para melhorar o conforto dos ocupantes, a eficiência energética, a segurança e a operação geral.

• Automação Industrial

  Nas indústrias de fabricação e produção, o controlador embarcado desempenha um papel fundamental na automação de máquinas, controle de processos e monitoramento de sistemas para melhorar a produtividade, eficiência e segurança em ambientes industriais.

• Sistemas automotivos

  Em automóveis modernos, o controlador embarcado é fundamental no funcionamento da ECU (Unidade de Controle do Motor), ABS (Sistemas de Frenagem Antibloqueio), Controle de Transmissão, Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista (ADAS) e Módulos de Controle da Carroceria. Ele fornece funções críticas de controle e monitoramento para atender aos requisitos dos sistemas automotivos.

• Instalações de saúde

  Os controladores de sistemas embarcados são usados em dispositivos médicos, monitoramento ambiental, controle de acesso e segurança de edifícios para apoiar as instalações de saúde no atendimento ao paciente, condições ambientais, segurança e eficiência dentro das instalações de saúde.

• Gerenciamento de energia

  Redes inteligentes e sistemas de energia renovável usam microchips de controladores embarcados para otimizar a produção de energia, promover o uso eficiente de energia e melhorar a estabilidade da rede.

• Transporte aéreo

  O papel dos controladores embarcados é crucial nos sistemas de aeronaves para avinônica, controle de motores, controle de voo, comunicação e navegação para garantir a segurança e a operação eficiente das aeronaves no transporte aéreo.

Como escolher um controlador embarcado

Antes de comprar, é fundamental validar se o produto atende aos requisitos e padrões de desempenho esperados. Ao selecionar um controlador embarcado, é crucial examinar os seguintes fatores;

• Arquitetura: Os desenvolvedores de sistemas primeiro definem os requisitos e as funções do sistema e de seus componentes. Eles escolhem o controlador embarcado certo com base nas capacidades de entrada/saída, capacidade de processamento, interfaces de comunicação e métricas de desempenho do controlador.
• Contagens de núcleos: Os controladores embarcados de vários núcleos oferecem capacidades de processamento paralelo, aumentando a capacidade de resposta e a multitarefa. Eles são críticos em aplicações que exigem alta capacidade de processamento, como processamento de vídeo e imagens, telecomunicações e robótica sofisticada.
• Operação em tempo real: É indispensável determinar a necessidade de controle e resposta em tempo real das aplicações. Aplicações que exigem temporização precisa e controle, como controle de motor, robótica e processamento de sinal, devem aproveitar o controlador embarcado com sistemas operacionais em tempo real.
• Ferramentas e suporte de desenvolvimento: Antes de avaliar seu controlador embarcado, os desenvolvedores de sistemas devem definir seus aplicativos, recursos programáveis, capacidades de entrada e saída, interfaces de comunicação e métricas de desempenho. Os fabricantes de controladores fornecem ferramentas e recursos de suporte para desenvolvimento, incluindo kits de desenvolvimento de software, ferramentas de depuração e documentação que podem simplificar o desenvolvimento e reduzir as curvas de aprendizado.
• Ambiente operacional: Ao selecionar um controlador embarcado, é preciso considerar suas capacidades de entrada/saída, interfaces de comunicação e métricas de desempenho. A capacidade em tempo real é crítica em aplicações que exigem temporização precisa e controle, como controle de motor, robótica e processamento de sinal.

FAQs

P: Quais são as principais funções de um controlador embarcado?

R: Um controlador embarcado possui várias funções, incluindo o tratamento de entrada de teclado, o gerenciamento de velocidades e temperaturas de ventiladores, o controle de níveis de tensão e a supervisão de vários indicadores do sistema.

P: O que diferencia os sistemas embarcados dos sistemas tradicionais?

R: Ao contrário dos sistemas tradicionais, os sistemas embarcados são projetados para executar funções dedicadas dentro de um sistema maior. Eles integram componentes de software e hardware, permitindo que executem tarefas específicas de forma independente.

P: Quais os benefícios que os sistemas embarcados oferecem?

R: Os benefícios dos sistemas embarcados incluem desempenho aprimorado do sistema, eficiência energética, compacidade e capacidade de automatizar tarefas. Eles otimizam as operações em dispositivos eletrônicos e eletrodomésticos.

P: Como escolher um sistema embarcado?

R: Os compradores da BSI devem considerar as necessidades de sua aplicação e a confiabilidade, manutenibilidade e custo do sistema. Os usuários também escolhem um sistema com base no tipo de memória, fonte de alimentação, processador, interface e arquitetura.