APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES

APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES

Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a utilizar.

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, ordenadores, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

Los microcontroladores se encuentran por todas partes:

• Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en télefonos fijos, móviles, fax, etc.

• Electrodomésticos: lavadoras, hornos, frigoríficos, lavavajillas, batidoras, televisores, vídeos, reproductores DVD, equipos de música, mandos a distancia, consolas, etc.

• Industria informática: Se encuentran en casi todos los periféricos; ratones, teclados, impresoras, escáner, etc.

• Automoción: climatización, seguridad, ABS, etc.

• Industria: Autómatas, control de procesos, etc

• Sistemas de supervisión, vigilancia y alarma: ascensores, calefacción, aire acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc.

• Otros: Instrumentación, electromedicina, tarjetas (smartcard), sistemas de navegación, etc.

La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:

• Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los ordenadores y sus periféricos.

• La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.)

• El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones.

• Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales.

• El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de automoción.

También los modernos microcontroladores de 32 bits van afianzando sus posiciones en el mercado, siendo las áreas de más interés el procesamiento de imágenes, las comunicaciones, las aplicaciones militares, los procesos industriales y el control de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos.

Ejemplo de aplicación de un microcontrolador en el automóvil:

EL MERCADO DE LOS MICROCONTROLADORES

Aunque en el mercado de la microinformática la mayor atención la acaparan los desarrollos de los microprocesadores, lo cierto es que se venden cientos de microcontroladores por cada uno de aquéllos.

Producción mundial de microcontroladores por año:

Existe una gran diversidad de microcontroladores. Quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 ó 32 bits. Aunque las prestaciones de los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits, la realidad es que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado y los de 4 bits se resisten a desaparecer. La razón de esta tendencia es que los microcontroladores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de las aplicaciones, lo que hace absurdo emplear micros más potentes y consecuentemente más caros. Uno de los sectores que más tira del mercado del microcontrolador es el mercado automovilístico. De hecho, algunas de las familias de microcontroladores actuales se desarrollaron pensando en este sector, siendo modificadas posteriormente para adaptarse a sistemas más genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes: los componentes electrónicos deben operar bajo condiciones extremas de vibraciones, choques, ruido, etc. y seguir siendo fiables. El fallo de cualquier componente en un automóvil puede ser el origen de un accidente.

MICRICONTROLADORES EN LA INDUSTRIA

EN LA INDUSTRIA TERMICA:

A continuación dentro de este apartado se profundizara más acerca de este tema, presentando las aplicaciones del microcontrolador en el termostato digital. Esta aplicación se presenta con base en Despradel Novas Peña, Microcontroladores: arquitectura, programacion y aplicacion. Atlantic International University (2008).

El circuito integrado LM35D es un sensor de temperatura cuya tensión de salida es linealmente proporcional con la temperatura en la escala Celsius (centígrada). Posee una precisión aceptable para la aplicación requerida, no necesita calibración externa, posee solo tres terminales, permite el sensado remoto y es de bajo costo; aprovechando las características de este dispositivo se ha realizado el siguiente circuito cuya aplicación principal es para un termostato que sirve tanto para calentar como para enfriar.

Imagen 39. Censor Temperatura

El circuito centra su funcionamiento en el microcontrolador PIC16F870 el cual dispone en su interior de convertidor AD de 10 bits de resolución. Cuatro pulsadores permiten establecer el punto de activación y desactivación del relé. Estos parámetros se almacenan automáticamente en la EEPROM interna del PIC por lo que no deben ser recargados al quitar la corriente. El LCD, una pantalla de 2 líneas x 16 caracteres indica en su parte superior la temperatura actual medida y en su parte inferior los parámetros inferior superior. Un buzzer pita por 100ms cada vez que se presiona un pulsador.

El principio de funcionamiento es muy simple. Si la temperatura cae por debajo del límite inferior se activa el relé. Si la temperatura sobrepasa el límite superior se desactiva el relé. Dado que ambos puntos son seteables podemos lograr el punto de estado intermedio que queramos.

Si se emplea este equipo para controlar, por ejemplo, una heladera se requiere conectar el compresor entre los contactos común y normal cerrado del relé. De esta forma cuando la temperatura alcance el tope superior del seteo se encenderá y, cuando de tanto enfriar, alcance el tope inferior lo apagara.

Si, en cambio, esto se utiliza para calefaccionar, se debera conectar el elemento calefactor entre los contactos común y normal abierto del relé. De esta forma, cuando la temperatura caiga bajo el seteo inferior el calefactor arrancara y, cuando de tanto calentar, supere el tope el calefactor será desconectado.

A primera vista el programa parece algo complicado por lo extenso, pero es muy simple de entender. Primeramente se definen las posiciones de memoria a utilizar y los bits a emplear. Luego se inicializan las posiciones que así lo requieran y se lee de la EEPROM interna los seteos. Seguidamente se inicializa el LCD y se completan los caracteres fijos. Tras la primera conversión se coloca la temperatura está por debajo de la mínima para conectar el relé o por sobre la máxima para desconectarlos. Luego se controlan las teclas de mando, si alguna es accionada se actúa en consecuencia y por ultimo cicla al principio donde se toma una nueva muestra de la temperatura

EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ:

En este caso de presentan las aplicaciones del microcontrolador en la industria automotriz. Esta aplicación se presenta con base en Héctor Zarate Rea, Microcontroladores: Aplicaciones (2011) y Ross Bannatyne, Microcontroladores para el automóvil: Microcontrol Journal (2009).

Una aplicación que vale la pena mencionar es el que tienen los microcontroladores en la industria automotriz, probablemente su campo de aplicación más importante.Un auto común usa entre 30 y 40 microcontroladores que sirven para manejar el sistema de suspensión, la mezcla de aire-gasolina, la sincronización y frecuencia de la ignición en los cilindros, los frenos ABS y desplegar información al usuario a través del tablero entre otras cosas. Un auto mas costoso puede incluir hasta 80 microcontroladores, mucha más potencia de computo que la que era posible en las primeras naves espaciales.

Imagen 40. Automovil

Funciones del microcontrolador en el automóvil

a. Comunicaciones

Las comunicaciones entre las unidades de control electrónico (ECU) es una tendencia cada vez mayor. Comunicaciones multiplexadas en los vehículos se darrollo originalmente para reducir el peso, las interconexiones, el costo y la complejidad. Pronto se hizo evidente, sin embargo que los sistemas de vehículos se podrían mejorar en gran medida con al oportunidad de compartir los datos de diferentes ECU’s, en tiempo real.

b. Algoritmo de complejidad

La creciente complejidad de los sistemas electrónicos del automóvil ha tenido un efecto dramático sobre los requisitos de rendimiento y la integración de periféricos de los microcontroladores de automoción. Algoritmos están ahora obligados a manejar los aportes de muchos sensores y sistemas de comunicación, ejecutar en tiempo real de los ciclos de control y el control de las saldad de muchos actuadores.

c. Nodos inteligentes

Los nodos inteligentes de hoy se componen generalmente de un paquete que contiene un microcontrolador de morir, morir sensor y a veces un dado de interfaz analógico (según la cantidad de funcionalidad se incluye en la matriz del sensor). Se prevé que será rentable en un futuro no muy lejano la intregracion de sensonres microelectromecanicos (MEMS) y los microcontroladores en u chip de silicio única y monolítico.

d. Las tendencias de la memoria

Los tipos de microcontroladores de memoria estándar que se han establecido en sstemas de automoción están ROM, EPROM y Flash EEPROM para almacenar programas, la RAM y la memoria para la pida de cero-pad, y el byte EEPROM borrable para el almacenamiento de datos de calbracion y de seguridad. Como Flash EEPROM cada vez es mas rentable, que finalmente reemplazara ROM como la solución de memorias favorecidas.

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