aprofundando os conceitos de sistemas embarcados - parte 2

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SISTEMAS EMBARCADOS – APLICAÇÕES
O mercado de sistemas embarcados é imenso, estimando-se em dezenas de bilhões de dólares em
2020.
Como já falamos, a eletrônica embarcada está presente em quase tudo atualmente, participando da
implementação de inúmeros sistemas embarcados. Vamos nos concentra em uma categoria de
aplicações para que você possa entender melhor esses sistemas: os veículos.
Quando falamos em veículos, podemos considerar tanto os terrestres, como os aéreos espaciais e
aquáticos. Os aviões comerciais modernos utilizam a tecnologia de “fly-by-wire” (sistema de controle por
cabos elétricos). As máquinas agrícolas modernas viabilizaram a agricultura de precisão, e podem até
mesmo se movimentar de forma autônoma, e podemos encontrar tratores e implementos agrícolas
intercambiáveis graças à eletrônica embarcada (“plug and play”).
Tomemos como exemplo o veículo de passeio moderno. Ele pode ter, sem exagero, algumas dezenas
de processadores. O computador de bordo está presente em qualquer veículo, do popular ao de luxo,
além de outros sistemas, como freios ABS, airbags, controladores da tração, ar condicionado, terminal
de controle e entretenimento. Até mesmo mais de uma rede veicular, similares às dos computadores
estão disponíveis internamente, originando termos como Computação Automotiva.
Mais de 30% do custo de um veículo é devido à sua eletrônica embarcada. Nos novos modelos os
sistemas eletrônicos correspondem a 90% das inovações. Como você pode constatar, trata-se de um
mercado importante e em crescimento. As figuras a seguir ilustram alguns veículos e seu sistemas.
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Aprofundando os conceitos de sistemas embarcados (parte 2) |
Carlos Eduardo Cugnasca
 
Figura 6. Veículos e seus sistemas
Cabe nesse momento avaliar como tanta eletrônica e dispositivos são incorporados em um veículo. Você
deve considerar que existem sérias limitações de espaço e dificuldades para dar manutenção em um
veículo. Além disso, como passar tantos fios e (protegê-los) para interligar tantos dispositivos?
É nesse momento que podemos avaliar o gráfico a seguir.
Figura 7. Quantidade de fusíveis e comprimento total do chicote. Autor: Alexandre de A. Guimarães.
Você pode constatar que a partir dos anos de 1980 o número de dispositivos passou a aumentar a uma
taxa elevada, tanto pelos novos fusíveis requeridos como pelo comprimento dos chicotes de fios. Isso
originou uma revolução na eletrônica embarcada, que passou a ser concebida de outra forma. Tantos
fios tornavam os custos cada vez mais altos, sem falar nas questões de confiabilidade e dificuldades na
manutenção.
Mas como diminuir a quantidades de fios, se eles eram indispensáveis na interligação dos dispositivos?
Vamos entender como era a forma tradicional de construir os sistemas embarcados em veículos na
figura a seguir. Nela podem-se identificar diversas ECUs (sigla do inglês que significa unidade
eletrônica de controle), que recebem informações de sensores (as entradas) e comandam atuadores
(as saídas). Além disso, as ECUs precisam trocar informações. A ECU é um módulo principal, pois a ele
se conectam todas as demais ECUs. Trata-se claramente de uma arquitetura centralizada, e para
implementá-la muitos fios são requeridos. A figura a seguir representa um exemplo de arquitetura
centralizada.
 
Figura 8. Forma tradicional de construir os sistemas embarcados em veículos. Autor: Alexandre de A. Guimarães.
Qual seria uma alternativa?
Surgem os chamados veículos inteligentes:
Esses veículos exigiram uma nova arquitetura para integrar todos os dispositivos desejados.
Apenas para você entender melhor a complexidade das interligações presentes em um veículo, veja a
figura a seguir, na qual na vertical temos as informações e na horizontal, as funções.
Cabe destacar a grande quantidade de sensores e atuadores que um veículo possui.
Evolução da eletrônica embarcada => computador de bordo•
Objetivo: maior segurança, melhor dirigibilidade, maior conforto, maior economia, melhor
desempenho, diagnóstico mais fácil, atendimento à legislação (controle de emissão)
•
Usam sensores, atuadores (controles inteligentes) e redes:•
Ex.: carro multicombustível, regulagem automática, diagnóstico, acionamento elétrico
de vidros, portas, espelhos, ajuste de acentos, trava de portas, ...
•
Dispositivos adicionais são requeridos: motores, solenóides, sensores, chaves•
Figura 9. Complexidade das interligações presentes em um veículo: informações X funções. Autor: Alexandre de A.
Guimarães.
Uma mesma informação, como o sinal de porta aberta, deve ser utilizada por três módulos. Se cada um
fosse implementado de forma independente, três cabos de fios seriam necessários nesse caso.
A solução foi a adoção de uma arquitetura distribuída e a interligação dos dispositivos em redes.
Figura 10. Interligação dos dispositivos em redes. Autor: Alexandre de A. Guimarães.
 
INSTRUMENTAÇÃO INTELIGENTE 
Assim, aproveitando-se o potencial e o baixo custo dos microcontroladores, os dispositivos passam a ter
uma pequena capacidade de processamento e interligação em um tipo especial de rede, de modo que o
processamento passa a ser distribuído. Os sensores e atuadores recebem processadores e
processamento local, e a interligação passa a ser simplificada: todos os módulos são ligados em rede,
com a vantagem de minimizar a utilização de fios.
Surge a instrumentação inteligente. As redes utilizadas para essa finalidade são chamadas de redes
de controle.
O instrumento de medida é utilizado há muito tempo. Na sua forma básica, ele apresenta uma dada
grandeza para que o usuário a interprete. Na maioria das vezes, as grandezas são transformadas em
sinais elétricos que variam continuamente no tempo, na mesma proporção da variação da grandeza
(sinais analógicos). Esses sinais podem ser alterados por ruídos elétricos, sendo de mais difícil
manipulação.
Com a redução do custo da eletrônica, em particular, dos microprocessadores, os instrumentos
receberam capacidade de processamento e comunicação, possibilitando, basicamente:
Instrumentos com essa característica passaram a ser chamados de instrumentos inteligentes.
A comunicação permite também o recebimento de mensagens, por exemplo, para que ele se
identifique, modifique a sua calibração, ou realize o seu autodiagnóstico de funcionamento (autoteste).
Alguns problemas foram resolvidos, mas surgiu outro: a padronização da comunicação entre o
instrumento inteligente e outros módulos. Surgem as redes de controle.
Não podemos esquecer dos dispositivos de atuação, que podem ser construídos de forma similar as de
medição. A figura a seguir apresenta uma representação de um veículo e as suas diversas redes.
Figura 11. Representação de um veículo e as suas diversas redes. Autor: Alexandre de A. Guimarães.
efetuar a medição, convertendo o sinal analógico para a forma digital (mais fácil de ser
manipulado), compensar os efeitos de erros e não-linearidades, modificando a medição, e
•
transmitir digitalmente a medição para outros módulos que necessitem dessa informação.•