MÓDULO DE ALARMAS PARA EL SISTEMA MONITOR WEB UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO. Reporte de estadía para obtener el

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad Conocimiento Servicio MÓDULO DE ALARMAS PARA EL SISTEMA MONITOR WEB UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Reporte de estadía para obtener el Título de Técnico Superior Universitario en Electrónica y Automatización ANGEL HUITZILIHUITL MOLINA BRAVO Santiago de Querétaro, Qro. Julio de 2009

2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad Conocimiento Servicio MÓDULO DE ALARMAS PARA EL SISTEMA MONITOR WEB UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Reporte de Estadía para obtener el Título de Técnico Superior Universitario en Electrónica y Automatización ASESOR DE LA EMPRESA M. en C. GERMÁN DIONISIO VÁZQUEZ VALDÉS ASESOR DE LA ESCUELA M. en C. JORGE CARLOS GUAS NORIEGA ALUMNO ANGEL HUITZILIHUITL MOLINA BRAVO Santiago de Querétaro, Qro. Julio de 2009

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4 AGRADECIMIENTOS Quiero agradecer a mi madre y a mi padre por brindarme todos los medios necesarios para mi formación académica, pues sin el gran apoyo que me dieron desde el principio de mis estudios hasta el final, me habría sido sumamente difícil completar mi carrera como TSU. De igual manera quiero dar las gracias a todos mis profesores, que me facilitaron toda la ayuda que siempre necesité durante mis estudios, especialmente quiero agradecer a la profesora María Teresa Novoa por haber me apoyado, motivado y aconsejado en el transcurso de mi formación académica y personal. Quiero agradecer a mis compañeros de grupo y a los del proyecto de movilidad; a mis amigas Lulú y Maggie que siempre estuvieron apoyándome y buscando maneras para que siempre saliera adelante ante los malos ratos. Doy gracias a todas estas personas, porque gracias a su apoyo y consejo pude realizar la más grande de mis metas, la cual constituye una de las más grandes herencias que pudiera recibir. Sabiendo que no existirá una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo, quiero que sientan que esta meta lograda, también es de todos ustedes y que la fuerza y el coraje que me dio la motivación para conseguirlo, fue su apoyo. Por esto y más, gracias.

5 ÍNDICE AGRADECIMIENTOS ÍNDICE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I. ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA Pág. 1.1 Antecedentes de la empresa Misión Visión Política de calidad Organización Campo de desarrollo Proceso general de producción 16 CAPÍTULO II. EL PROYECTO 2.1 Antecedentes Definición del proyecto Objetivo Alcance Plan de trabajo 21 CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO 3.1 Domótica Sistemas embebidos 27

6 Pág. 3.2 Memorias GAL Flip-Flops Flip-Flop D maestro-esclavo Sensores Sensores de fin de carrera Alarmas 33 CAPÍTULO IV. DESARROLLO DEL PROYECTO 4.1 Estructuración del proyecto Lluvia de ideas Selección del Hardware Diseño teórico y esquemático Programación de la GAL Circuito impreso PCB Diseño Construcción del circuito en placa Pruebas y correcciones 48 CAPÍTULO V. ACTIVIDADES DIVERSAS 5.1 Primer examen Segundo examen Tercer examen 52

7 Pág. CAPÍTULO VI. EVALUACIÓN ECONÓMICA Y RESULTADOS OBTENIDOS 5.1 Evaluación económica Resultados obtenidos 54 CONCLUSIONES Conclusiones 56 BIBLIOGRAFÍA Bibliografía 58

8 INTRODUCCIÓN Durante los últimos años, con la ayuda de la tecnología, se ha buscado tener mayor seguridad y confort en los hogares de hoy en día. En esta búsqueda se han desarrollado diferentes sistemas autónomos que pueden realizar diversas tareas cotidianas como el control de la iluminación, de aparatos domésticos y la vigilancia del hogar entre otras. EL presente proyecto llamado: Módulo de alarmas para el sistema monitor web, que se desarrolló en la Universidad Tecnológica de Querétaro, es parte de una investigación que tuvo su inicio un año atrás, con la finalidad de adaptar un sistema de vigilancia a una vivienda. Este documento contiene toda la información relacionada con el desarrollo del proyecto; en el mismo, se muestran los resultados logrados y una comparación de éstos con los objetivos que se trazaron al definir el proyecto. En el primer capítulo se encuentra la información relacionada con la empresa que respalda este proyecto: su organización, el modo de trabajo, las ofertas y la finalidad de la misma. En el segundo capítulo se habla de las razones que impulsaron la realización de este proyecto, los objetivos del mismo y el impacto que produce. En el tercer capítulo se presenta toda la información técnica que sustenta teóricamente el desarrollo del proyecto, se hace un resumen de los diferentes dispositivos que se utilizaron, así como algunas generalidades de las materias relacionadas con el proyecto. El capítulo cuarto muestra el desarrollo del proyecto, los pasos seguidos en su realización, los contratiempos y los problemas encontrados. El capítulo quinto hace reseña de las actividades diversas realizadas durante el proceso. Y en el capítulo sexto se habla de la evaluación económica del proyecto y los resultados que éste produjo. Finalmente se anexan las conclusiones del proyecto y la bibliografía utilizada en la realización del mismo.

9 CAPÍTULO I ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA

10 1.1 Antecedentes de la empresa 1 La Universidad Tecnológica de Querétaro inició su labor de formar estudiantes, capacitados para laborar en la industria, en septiembre de 1994 con cuatro carreras a la oferta: Administración, Comercialización, Mantenimiento Industrial y Procesos de Producción. Inicialmente las labores académicas se realizaron en lugares diferentes a lo que hoy son las instalaciones de la UTEQ. El cuatro de septiembre de 1994 se comenzó la construcción de la UTEQ en la colonia Unidad Nacional, con un territorio de 25 hectáreas; hoy en día podemos ver que la institución está creciendo aún más y se siguen construyendo áreas gracias a la integración de otras carreras. Actualmente se imparten ocho carreras, a las cuatro anteriores se le sumaron Electrónica y Automatización, Tecnologías de la Información y de la Comunicación, Tecnología Ambiental y Servicio de Posventa en el Área Automotriz. A partir de agosto del 2009, la UTEQ ofrecerá un programa de licenciatura que tiene como propósito, la continuidad de estudios, para dar respuesta a las aspiraciones de los egresados como Técnicos Superiores Universitarios. La formación de ingenieros permitirá abatir el déficit de recursos humanos en ésta área y coadyuvar al desarrollo de la ciencia y la tecnología en el país. Se ofrecerán planes y programas de estudio flexibles con un enfoque centrado en el aprendizaje y el estudiante, a través de la adquisición de competencias profesionales. Algunas de las características con las que cuenta esta nueva iniciativa son: programas educativos pertinentes con el sector productivo, con enfoque de competencias profesionales, considerando que una competencia es la posesión y desarrollo de 1.- La información de este capítulo fue redactada en los términos establecidos por la propia empresa. 10

11 conocimientos, destrezas y actitudes que permiten al sujeto que las posee, realizar actividades en su área profesional, adaptarse a nuevas situaciones, así como transferir, si es necesario, sus conocimientos, habilidades y actitudes a otras áreas profesionales próximas. Los nuevos programas de continuidad de estudios tienen una duración de cinco cuatrimestres y a este nivel sólo tendrán acceso, los alumnos titulados, egresados de la UTEQ. Como complemento para finalizar los estudios se realizará una estadía en el sector productivo, durante el último cuatrimestre de la carrera, siendo esta de tiempo completo y con una duración de 12 a 15 semanas. Es importante señalar que se impartirá tutoría a cada grupo, desde su ingreso y hasta el egreso de la carrera. Ejes rectores El primer eje rector comprende una distribución del tiempo total de estudios asignando un 70% a la práctica y un 30% a la teoría, es decir, el plan de estudios privilegia la realización de actividades prácticas que promuevan el desarrollo de las capacidades, las habilidades y las funciones que el alumno desempeñará como profesionista. El segundo eje comprende un 80% de formación general y un 20% de formación especializada. El tercer eje rector, Escuela-Empresa, establece claramente que el alumno, una vez que ha cubierto todas las asignaturas del plan de estudios y habiendo realizado actividades en aulas y laboratorios, deberá realizar una estancia final en una empresa del sector productivo por un periodo de 15 semanas, esto con el objetivo de desarrollar un proyecto específico dentro de la empresa. Dicho proyecto tendrá que ser seleccionado en forma conjunta y anticipada con la Universidad. 11

12 1.2 Misión Ofrecer programas de educación superior en la modalidad de Técnico Superior Universitario, así como servicios tecnológicos y educación continua; vinculándonos con los sectores productivo y social, con el fin de promover la cultura científica y tecnológica e impulsar el desarrollo del país. 1.3 Visión Ser líder por la calidad de los programas educativos, los servicios tecnológicos y educación continua, que desarrollamos y ofrecemos, con reconocimiento nacional e internacional. Lo anterior se logrará con la ayuda de diferentes Objetivos Estratégicos Institucionales: 1. Ofrecer programas educativos de calidad en el nivel de Técnico Superior Universitario a través de la impartición de Planes y Programas de Estudio actualizados y pertinentes con las necesidades de los sectores productivo y social, haciendo énfasis en la formación integral de los alumnos. 2. Promover la vinculación de los alumnos, de los egresados y en general de los Programas Educativos de la Universidad con los sectores productivo y social, con el fin de impulsar una cultura científica y tecnológica. 3. Desarrollar la planeación estratégica que permita orientar el rumbo de la universidad, estableciendo los mecanismos de dirección para asegurar el cumplimiento de los objetivos planeados; así mismo difundir los resultados alcanzados. 4. Asegurar la adecuada administración de los recursos financieros, la gestión de los recursos humanos necesarios y competentes para desempeñar las funciones académicas y de administración en la Universidad, así como la provisión de los recursos materiales y servicios requeridos para la operación institucional. 12

13 1.4 Política de calidad El alcance del Sistema de Gestión de la Calidad está declarado como sigue: Desarrollo y provisión de servicios educativos para la formación de Técnicos Superiores Universitarios, así como Servicios Tecnológicos y Educación Continua y para cumplir con dicho alcance la Universidad Tecnológica de Querétaro declara un sistema de gestión de calidad compuesto por los siguientes procesos: Dirección Estratégica, Administración y Gestión, Educativo y el de Vinculación. El Sistema de Gestión de la Calidad (SGC) se basa en la norma NMX-CC-9001-IMNC Sistemas de Gestión de la Calidad -Requisitos (ISO 9001:2000). En la Universidad Tecnológica de Querétaro nos comprometemos a formar Técnicos Superiores Universitarios que cumplan con los planes y programas de estudio, así como ofrecer servicios tecnológicos y de educación continua, con el fin de atender y satisfacer los requerimientos de alumnos, egresados y de los sectores productivo y social, mediante el Sistema de Gestión de la Calidad y la mejora de los procesos que lo integran. 1.5 Organización La organización jerárquica establecida en la UTEQ está representada en el organigrama que se muestra en la figura 1.1, el cual especifica la función que recae en cada uno de sus miembros, es decir, el puesto indica la línea de autoridad y la responsabilidad que tienen. Rector: Es la máxima autoridad académica de la UTEQ y ostenta su representación. Contraloría interna: Examina la legalidad y corrección de los gastos de la UTEQ. Área jurídica: El área jurídica tiene, dentro de sus competencias, mantener actualizado el marco jurídico de la UTEQ, así como proporcionar asesoría técnico jurídica a las demás áreas de la dependencia. 13

14 Planeación y Evaluación: Área encargada de planear, diseñar y evaluar las acciones de la UTEQ en materia de Desarrollo Social, asegurando la congruencia de los programas con los objetivos establecidos para el desarrollo de la institución. Coordinación de Calidad: Velar por el mejoramiento continuo de los procesos institucionales de la UTEQ. Centro de Formación PMPEPV Peugeot: Capacitación de personal mexicano, para el mantenimiento en las unidades Peugeot. Dirección de Difusión y Extensión Universitaria: Promover, preservar y difundir la cultura en sus más variadas manifestaciones. Dirección de Administración y Finanzas: Planear, coordinar, dirigir y supervisar las actividades que permitan una eficiente operación de los sistemas de administración de recursos humanos, financieros, materiales e informáticos y de servicios generales de conservación y mantenimiento requeridos por las diferentes áreas para el buen funcionamiento de la UTEQ. Secretaría Académica: participa en el establecimiento de las políticas académicas de la UTEQ y coordina las acciones que lleven al logro de las mismas. Secretaría de Vinculación: Área encargada de relacionar a los egresados con la parte administrativa de las empresas, establecer los contactos para estadía o trabajo definitivo. Proyectos Vinculación: Todas las aspiraciones y convocatorias fuera de la UTEQ se concretan en ésta área. Servicios escolares: se encarga de apoyar en la estructuración de los planes y programas de estudio de la entidad, así como de desarrollar, establecer y difundir las normas, políticas y procedimientos que regulen el devenir académico de la universidad, 14

15 instrumentando acciones de carácter administrativo que ayuden a la promoción y optimización del desempeño académico de profesores y alumnos. RECTOR Contraloría Interna Área Jurídica Planeación y Evaluación Coordinación de Calidad Centro de Formación PMPEPV Peugeot Dirección de Difusión y Extensión Universitaria Dirección de Administración y Finanzas Secretaría Académica Secretaría de Vinculación Ingresos Electrónica y Automatización Mantenimiento Industrial Proyectos de Vinculación Administración Comercialización Procesos de Producción Tecnología Ambiental TIC Academia de Idiomas Servicios Escolares Figura 1.1 Organigrama general de la UTEQ 15

16 1.6 Campo de desarrollo Nacional La Universidad Tecnológica de Querétaro atiende la demanda de Educación Superior en la modalidad de Técnico Superior Universitario; así mismo, fortalece la relación de vinculación con los sectores productivo y social, que satisfagan las necesidades de las partes y la pertinencia de los servicios que ofrecen. Cabe mencionar que la UTEQ tiene íntima relación con las diferentes Universidades Tecnológicas que hay en el país, por lo que tiene un campo de desarrollo nacional y su campo de acción laboral se extiende al mismo país. Internacional La UTEQ se desarrolla internacionalmente debido al convenio suscrito con Francia, el cual es el Programa de Movilidad a Francia. Dicho convenio otorga becas para estudiar una Licence Professional en Francia, dichos estudios tienen una duración de un año, incluyendo la estadía que se requiere para obtener el título. La beca tiene como objetivo, lograr el desarrollo del alumno en las aéreas académica, industrial y personal. Todos los conocimientos adquiridos en el extranjero tienen la finalidad de ser aplicados en la industria mexicana. 1.7 Proceso general de la producción El modelo de la UTEQ está basado en cuatro Macroprocesos, declarados en su Sistema de Gestión de Calidad (SGC): Dirección Estratégica, Administración y Gestión, Educativo y de Vinculación (ver Fig. 1.2). 16

17 Fig.1.2 Diagrama de Secuencia e Interacción de Macroprocesos El modelo toma en cuenta la intervención de los clientes para participar en la definición de sus requisitos y medir su satisfacción. Se aclara que cada uno de los macroprocesos del diagrama, cubren las cláusulas de la norma de la siguiente manera: el macroproceso de Dirección Estratégica cubre la cláusula número cinco denominada: Responsabilidad de la Dirección; el macroproceso de Administración y Gestión cubre la cláusula número seis denominada: Gestión de Recursos; los macroprocesos Educativo y de Vinculación cubren la cláusula número siete denominada: Realización del producto y MAM cubre la cláusula número ocho denominada: Medición, Análisis y Mejora. Este modelo declarado muestra la interacción entre los macroprocesos, a continuación se hace referencia a cada uno de ellos en términos generales: 17

18 El macroproceso de Dirección Estratégica establece la planeación institucional y la toma de decisiones para orientar el rumbo de la Universidad Tecnológica de Querétaro, que conlleve al cumplimiento de los objetivos de cada uno de los otros macroprocesos institucionales. El macroproceso de Administración y Gestión realiza actividades de apoyo para los macroprocesos de realización del producto, en cuanto a la gestión de recursos humanos, la administración y asignación de presupuesto y la prestación de servicios administrativos. Los macroprocesos de realización del producto, establecidos como el macroproceso Educativo y el de Vinculación, tomando en cuenta los lineamientos del macroproceso de dirección estratégica, así como los recursos e insumos, se encargan de entregar los productos finales a nuestros clientes. Dichos productos quedan determinados como la formación del TSU hasta su titulación y los servicios de vinculación ofrecidos. Es importante mencionar que cada uno de los macroprocesos y procesos declarados está sujeto a la medición, al análisis y a la mejora continua, mediante los seguimientos realizados por los líderes de macroprocesos, las reuniones de revisión del SGC, las auditorías internas y la medición de la eficacia del SGC. 18

19 CAPÍTULO II EL PROYECTO 19

20 2.1 Antecedentes La seguridad en el hogar es una condición que siempre se ha buscado resguardar, desde que existieron las primeras casas, y debido a los altos niveles de inseguridad que existen hoy en día en nuestro país, ha surgido la necesidad de tener vigilancia sobre el hogar, de ser posible, en todo momento. Este proyecto denominado: Módulo de alarmas para el sistema monitor WEB, surge con el propósito de cubrir esta necesidad de mantener la casa bajo vigilancia, aún cuando sus habitantes se encuentren lejos de ella. Con este sistema se busca tener un monitoreo local y remoto sobre la vivienda, enfocándose en los accesos de la misma, como son las puertas y las ventanas. 2.2 Definición del proyecto Este proyecto recibe el nombre de: Módulo de alarmas para el sistema monitor WEB, tiene como función monitorear el estado de las puertas y ventanas del hogar, así como notificar el cambio del mismo. Así mismo proporcionar un informe remoto y local por medio de una alarma visual y sonora. 2.3 Objetivo Desarrollar y fabricar un módulo de alarmas de intrusión para puertas y ventanas que maneje hasta 12 entradas discretas de 5 v. Elaborar un piloto de señalización o aviso de intrusión, constituido por una torreta luminosa para dar aviso visual y un zumbador para dar aviso sonoro, ambos dispositivos con una tensión de alimentación de 5 v. 2.4 Alcance Este proyecto ofrece una primera versión de un sistema de monitoreo local y remoto, con el cual el usuario tendrá conocimiento sobre el estado de su hogar de una manera 20

21 más sencilla, además de que mejora la vigilancia constante y da más confort a la casa para bienestar del individuo. 2.5 Plan de trabajo A continuación en la figura 2.2 se presenta la Gráfica de Gantt, en la que se observan las actividades a realizar en un orden progresivo y con sus respectivos tiempos estimados. 21

22 22

23 CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO 23

24 En este capítulo se encuentra toda la información técnica en la cual fue basado el proyecto. También se explican los temas teóricos que son necesarios para entender todo el desarrollo del proyecto, desde el diseño hasta la construcción física del módulo de alarmas. 3.1 Domótica El término domótica proviene de la unión de las palabras domus (cuyo significado es casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, cuyo significado es: que funciona por sí sola ). Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología al diseño inteligente de un recinto. Existen dos tipos de integrar los sistemas de domótica: Centralizados: tienen una unidad central inteligente encargada de administrar la edificación, a la que enviarán información sobre distintos elementos de campo como sensores y detectores; la unidad central se encargará de procesar los datos del entorno y, en función de la información y de la programación que se haya hecho sobre ella, actuará sobre determinados circuitos encargados de cumplir diferentes funciones, desde la seguridad, hasta el manejo de la energía eléctrica y otras rutinas de mantenimiento. Los elementos a controlar y supervisar (sensores, luces, válvulas, etc.) han de cablearse hasta la central inteligente (PC o similar). Esta central es el corazón del sistema de la vivienda, con cuya falta todo deja de funcionar. Distribuidos: No es necesario tener una central inteligente conectada para funcionar y tomar decisiones sobre las acciones a desarrollar. Sólo hace falta una PC para programar 24

25 las unidades, y como cada una de éstas posee un microcontrolador son completamente autónomas. En caso de querer un constante monitoreo de la edificación y tener una interfase usuario-sistema o realizar instrucciones verdaderamente complejas, la mejor opción sí es una central inteligente, como una computadora donde, por ejemplo, puede estar cargado el plano de la edificación, con la distribución de las unidades en forma de iconos que cambian según sus estados. Aunque llevar a cabo la automatización de una casa o un edificio representa un gasto cuantioso, uno de los beneficios que aporta ésta, es el ahorro de energía y servicios extras como personal de vigilancia y riego, sistemas de seguridad independientes. A continuación se presentan las principales aplicaciones de la domótica: Ahorro energético: El ahorro energético no es algo tangible, sino un concepto al que se puede llegar de muchas maneras. En muchos casos no es necesario sustituir los aparatos o sistemas del hogar por otros que consuman menos energía, sino lograr el uso eficiente de los mismos. Sistemas como la climatización, el sonido, la distribución de luces de la casa, los aparatos de la casa, todos podrán ser controlados según las necesidades de cada cliente. Gestión eléctrica: Racionalización de cargas eléctricas, esto implica la desconexión de equipos de uso no prioritario, en función del consumo eléctrico en un momento dado. Confort: Incluye todas las actuaciones que se puedan llevar a cabo para mayor bienestar del individuo en su hogar. Dichas actuaciones pueden ser de carácter, tanto pasivo, como activo o mixtas. Iluminación: Apagado general de todas las luces de la vivienda, la automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz, la regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente. Automatización de todos los distintos sistemas, instalaciones y equipos, dotándolos de control eficiente y de fácil manejo 25

26 Integración del portero al teléfono, o del video portero al televisor Control vía Internet Gestión Multimedia y del ocio electrónico Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario Protección patrimonial: Consiste en una red de seguridad encargada de proteger, tanto los bienes patrimoniales, como la seguridad personal. Simulación de presencia. Detección de focos de incendio, fugas de gas, escapes de agua. Alerta médica. Teleasistencia. Cierre de persianas puntual y seguro. Acceso a Cámaras IP Comunicaciones: Son los sistemas o infraestructuras de comunicaciones que posee el hogar. Ubicuidad en el control, tanto externo, como interno, control remoto desde Internet, PC, mandos inalámbricos (p.ej. PDA con WiFi), acople eléctrico. Transmisión de alarmas. Intercomunicaciones. Puertas y ventanas: En el caso de tener puertas y ventanas motorizadas, éstas pueden ser integradas con el sistema de domótica. Un área de aplicación importante se dirige a la gente con discapacidades físicas. La automatización puede ayudar al usuario discapacitado, tanto a abrir, como a cerrar las puertas y ventanas, a través del sistema de domótica. Cada puerta o ventana puede ser controlada de forma individual y por zonas. 26

27 Además, las puertas de acceso al estacionamiento, pueden ser abiertas o cerradas por el sistema de domótica en combinación con otras actuaciones, como el encendido de la iluminación o como consecuencia de una señal de alertas del sistema de seguridad. Las puertas y ventanas pueden ser controladas para situaciones climatológicas. Es decir se pueden abrir y cerrar para crear corrientes de aire y crear una ventilación natural. Las puertas y ventanas también pueden ser controladas de forma automática, para en caso de que se detecte fuego, humo o gas, pueden cerrarse o abrirse automáticamente. Pero no sólo pueden ser controlados los motores para abrir y cerrar las ventanas y puertas, también pueden ser controladas las cerraduras; con cerraduras electrónicas se pueden abrir y cerrar cerraduras de forma local y remota, a través del sistema de domótica Sistemas Integrados Un sistema integrado (a veces traducido erróneamente del inglés como embebido de embedded system ), a diferencia de las computadoras de propósito general, como las computadoras personales, lleva a cabo una o unas pocas tareas predefinidas, generalmente con requerimientos muy específicos, y a menudo incluye hardware específico para cada tarea, y partes mecánicas que no se encuentran en computadoras de propósito general. Como el sistema está dedicado a una tarea específica, los ingenieros de diseño pueden optimizarlo, reduciendo su tamaño y costos. Los sistemas integrados generalmente son producidos en masa. Físicamente, los sistemas integrados pueden ser dispositivos portátiles como relojes digitales, reproductores de MP3, pueden ser grandes instalaciones como semáforos, controladores de fábricas o sistemas de control de plantas de energía nuclear. Los teléfonos celulares y computadoras handheld, comparten algunos elementos con los 27

28 sistemas integrados, como sistemas operativos y microprocesadores, pero no son verdaderos sistemas integrados en sí mismos, porque tienden a ser más de propósito general, permitiendo que diferentes aplicaciones se ejecuten y que puedan conectarse periféricos. A continuación se hace una lista de algunos sistemas integrados: Reproductores de audio Aviónica: como sistemas de guía inercial, software/hardware de control de vuelo Controladores de motor y antibloqueo/paro y controladores para automóviles Termostatos, aires acondicionados Calculadoras de mano Reproductores y grabadores de DVD, lavarropas, microondas Equipos médicos Consolas de videojuegos Periféricos de computadoras como ruteadores e impresoras Instrumentos musicales digitales 3.2 Arreglos Lógicos Programables ( GAL) La matriz genérica programable, GAL, en su forma básica es un PLD con una matriz AND reprogramable, una matriz OR fija y una lógica de salida programable mediante una macrocelda. Este tipo de estructura permite implementar cualquier función lógica en forma de suma de productos con un número definido de términos. Su equivalencia vendría dada como un dispositivo PLD versátil y reprogramable. En los PLD s no reprogramables la síntesis de las ecuaciones lógicas se realiza mediante la fusión de fusibles en cada punto de intersección, entre la fila y la columna de los pines de entrada con relación a las matrices. 28

29 En una GAL el fusible se reemplaza por un transistor CMOS (celda) borrable eléctricamente y mediante programación, se activa o desactiva cada celda E 2 CMOS. En la figura 3.1 se presenta el diagrama de bloques de una GAL. Las salidas de la matriz AND se introducen en las macroceldas lógicas de salida, que contienen puertas OR y lógica programable. Las macroceldas lógicas de salida (OLMCs) están formadas por circuitos lógicos que se pueden programar como lógica combinacional o como lógica secuencial. Las OLMCs proporcionan mucha más flexibilidad que la lógica de salida fija de una PLD. Figura 3.1 Diagrama interno de una memoria GAL 29

30 3.3 Flip-Flop Un flip-flop es un circuito digital que tiene dos salidas Q y Q, las cuales siempre se encuentran en estados opuestos, si Q es 1, entonces Q es 0 y se dice que el flip-flop está inicializado (set), activo o preinicializado (preset). Si Q es 0, entonces Q es 1 y se dice que el flip-flop está reinicializado, inactivo o borrado. Existen varios tipos de flip-flops, y las entradas de control cambian con cada tipo. Los niveles lógicos en las entradas de los flip-flops determinan el estado de las salidas Q y Q, de acuerdo con la tabla de verdad del flip-flop. A diferencia de otras compuertas, lo que distingue al flip-flop, es que puede mantener sus estados de salida (encendido o apagado) aún después de que las señales de entrada que produjeron el estado de la salida cambien. Es así como el flip-flop puede guardar un bit de información o uno de los dígitos de un número binario grande Flip-Flop D maestro-esclavo La figura 3.2 muestra un flip-flop D maestro esclavo, formado por compuertas NAND. La sección del maestro es un flip-flop D transparente, mientras que la que corresponde al esclavo es un flip-flop SET-RESET con entrada de control. El reloj se aplica a un inversor que está conectado al reloj del esclavo. Figura 3.2 Flip-Flop D maestro-esclavo 30

31 Este tipo de flip-flop D maestro-esclavo se conoce como tipo D disparador por flanco negativo, debido a que las salidas Q toman el valor de la entrada D, sólo durante el flanco de bajada del pulso de reloj. Cuando el reloj cae da 1 a 0, el maestro se inactiva y no puede cambiar; pero el esclavo transfiere los valores de Q y Q a Q y Q dado que el reloj esclavo ahora es 1 lógico. El esclavo no cambiará si la entrada D cambia, dado que el maestro está inactivo por el 0 en el reloj. Por consiguiente, las salidas Q sólo pueden cambiar durante el flanco descendente del reloj y toman el valor de entrada D en el momento en que el flanco aparece. Este tipo de flip-flop cuenta con un reset para reinicializar los valores, normalmente se van a Q igual a 0 y Q igual a 1, esto debido al estado de pulso del reloj. 3.4 Sensores Un sensor, también conocido como elemento primario, es usado para medir variables, se encuentra en contacto directo con el medio que se va a evaluar. Los sensores dependen del tipo de variable de instrumentación pudiendo ser, por ejemplo: temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad relativa, ph, entre otras. A veces, la magnitud que se quiere medir no se determina de forma directa, por ejemplo, se puede realizar una medición de resistencia eléctrica, como en una RTD, para conocer la temperatura, o medir una capacidad eléctrica, para conocer la humedad relativa del ambiente, etc. No hay que confundir un sensor con un transductor, el sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con el medio, el sensor sólo mide la variable, el transductor puede convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 ma, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la 31

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