DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECANICA INDUSTRIAL. “BlueGPS”

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La mayoría de los sistemas incrustados modernos están basados en microcontroladores. Sin embargo, se siguen utilizado computadoras con sistema operativo de alto nivel para tareas y sistemas más complejos. Por su uso tan específico, se debe tener un rango de opciones muy grande, para poder adaptar la herramienta correcta al trabajo más óptimo para ella. Esto funciona especialmente para tener una optimización máxima en sus tareas. También, es importante tener en mente que se va a utilizar en caso de seguir mejorando el sistema o si se necesita aumentar sus dimensiones de acción, debido a que el mundo de los sistemas incrustados avanza a grandes pasos mientras que se siguen solucionando las demandas industriales, domésticas y académicas que presenta el mundo moderno (Peter Barry, 2012). Debido a todo esto, la arquitectura incrustada con más relevancia actualmente es la ARM, que se beneficia de conjuntos de instrucciones reducidas (RISC) para la programación de sus microprocesadores y microcontroladores, los cuales tendrán operaciones superiores con consumos de potencia menores.

Los sistemas incrustados se utilizan en dispositivos con una amplia gama de especificaciones y necesidades. Entre ellas, se cuentan el desarrollo de interfaces gráficas, capacidad de conexiones de redes complejas e integración con otros sistemas incrustados (Peter Barry, 2011). Esto se aleja de los sistemas incrustados de décadas anteriores, en las que se tenían dispositivos industriales con funciones muy limitadas que no se conectaban directamente con las de los dispositivos aledaños.

Por su misma naturaleza, los esfuerzos que utilizan sistemas incrustados en la actualidad pueden ir de un tamaño muy pequeño a aparatos de gran tamaño. Sin embargo, las tarjetas de desarrollo para estos dispositivos no son quienes dictan la complejidad del sistema incrustado en si. Ejemplos prominentes de uso de estos sistemas van desde relojes digitales, reproductores de música y teléfonos inteligentes hasta sistemas complejos como sistemas aeronáuticos, de transporte y recreación. Los sistemas incrustados siguen siendo piezas centrales de máquinas de producción y robótica en todas sus ramas (Peter Barry, 2012).

2.2 Microcontroladores

Según Ross Bannatyne (1995a), se define un microcontrolador como un circuito integrado que contiene los elementos mínimos necesarios para poder conformar un sistema de computación completo: Unidad de procesamiento, memoria, reloj, entradas y salidas. Sin embargo, una definición más completa describe su enfoque, el cual es la integración de periféricos necesarios para el control veloz, efectivo y eficiente dentro de un ambiente incrustado. Todo esto los describe como pequeñas computadoras que pueden ser programadas para tareas específicas.

Para poder resolver problemas del mundo real, el microcontrolador no puede operar con solo una unidad de procesamiento, programas y memoria. La interacción con el mundo físico es una parte clave en todo este ambiente y se realiza por medio del equipo especializado para obtener información del entorno y devolver las acciones deseadas con comunicación binaria de diferentes tipos (Ross Bannatyne, 1995b). Este equipo se conoce como periféricos; algunos de los más importantes son los puertos GPIO, UART, I2C y SPI, que manejan diferentes protocolos de comunicación necesarios para la conexión con otros periféricos más complejos.

Un programa escrito para operarse en un microcontrolador normalmente tiene ciertas etapas definidas, debido a que son hechos para trabajar en tareas específicas durante su operación. Por tanto, usualmente, un programa escrito para un microcontrolador leer las señales de entrada que este recibiendo, operara los datos internamente para la función que deba efectuar y, por último, controlara la señal de salida que ejecutara la labor del sistema (Ross Bannatyne, 1995b). A pesar de que esto puede suponer, en la mayoría de los casos, algoritmos sencillos de operación, no son casos que se puedan resolver de manera trivial con componentes discretos. Esto significa que los microcontroladores pueden reemplazar circuitos muy complejos. Por sus propias limitaciones y por la efectividad de toda la operación, se acostumbra programar microcontroladores en lenguaje ensamblador o en lenguajes de alto nivel que tengan un manejo eficiente de memoria, como el lenguaje C. Se utilizan ambientes de desarrollo integrados (IDE) específicos para cada microcontrolador, para poder compilar y subir los programas a la memoria del equipo (Ross Bannatyne, 1995a).

Los microcontroladores están presentes en muchas de las actividades cotidianas de nuestras vidas. Operan diferentes dispositivos relacionados al hogar,

transportes, comunicaciones, deportes y demás, debido a su versatilidad y bajo consumo de potencia. Por tanto, la selección de un microcontrolador debe ser cuidadosa y apropiada para cada aplicación específica (Ross Bannatyne, 1995b).

2.3 Arduino

Arduino es una familia de tarjetas de prototipos de desarrollo libre, concebida por varios estudiantes en Italia y optimizada por la colaboración de diferentes personas adicionales. Su particularidad principal se centra en la creación de tarjetas de desarrollo en las que el microcontrolador esta soldado directamente a una placa con sus diferentes periféricos habilitados, en una implementación que permita la creación sencilla y económica de prototipos. Al ser de desarrollo libre, un Arduino puede ser ensamblado y modificado para diferentes necesidades. La programación se realiza directamente sobre el Arduino IDE, una aplicación multiplataforma escrita Java que permite que se suban los programas al microcontrolador. Los programas de Arduino están escritos en lenguaje C o en lenguaje C++ (Arduino, 2014).

Se describe el Arduino Uno, el cual es el producto más básico de la familia Arduino. Sus características principales son las que se enumeran a continuación:

Utiliza un microcontrolador ATmega328P de 16 MHz de velocidad.

Interfaz USB.

14 GPIOs (6 con modulación de ancho de pulso, PWM).

6 pines digitales.

Puerto SPI.

1 kB de memoria EEPROM.

2 kB de memoria SRAM.

32 kB de memoria Flash.

El arreglo físico de puertos del Arduino Uno se observa la figura 2.1, que muestra la vista superior de la tarjeta y las etiquetas de los componentes.