aula 01 (1)

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Conceitos de Sistemas Embarcados
Sistemas embarcados estão relacionados ao uso de hardware (eletrônica) e
software (instruções) incorporados em um dispositivo com um objetivo pré-
definido e único!.
A diferença entre um sistema embarcado e um computador de propósito geral
está justamente na objetividade.
Computadores como PCs, notebooks e afins são máquinas multi-objetivo, ou
seja, foram criadas e dimensionadas para atuar num domínio de funções muito
grande.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Já os sistemas embarcados ou SEs possuem dimensionamento de recursos
direcionado a um domínio de objetivos bem menor, ou mesmo singular.
Destrinchando um projeto de SE, normalmente encontramos um subdivisão
clara, que corresponde à unidade de processamento, memória e periféricos.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Conceitos de Sistemas Embarcados
A unidade de processamento executa as instruções (software/firmware)
responsáveis por realizar cálculos, tomar decisões e tratar eventos (como
aquele do botão do elevador). Possui normalmente a arquitetura elementar
clássica de um processador de computador convencional, como a Unidade
lógico-Aritmética (ULA), unidade de controle (UC), registradores, etc.
A memória armazena dados e instruções relacionados às operações da unidade
de processamento. As instruções e dados podem dividir a mesma memória,
como nos PCs (arquitetura Von Neumann) ou separados em memórias distintas
(arquitetura Harvard), sendo a segunda a mais comum em SEs.
Os periféricos são as interfaces da unidade de processamento com o mundo
externo, trazendo ou enviando informações para ele. Um exemplo de um
periférico seria um conversor analógico/digital acoplado a um sensor térmico
que converte a temperatura de um ambiente em números binários para que a
unidade de processamento consiga interpretar e processar a informação.
Conceitos de Sistemas Embarcados
O objetivo de um sistema embarcado é o de controlar processos, em outras
palavras, atuar sobre um problema. Um processo pode ir de um simples
acender e apagar de lâmpadas automatizado, até gerenciamento autônomo de
um avião (piloto automático). Isso é feito por intermédio dos periféricos, que
são escalados e dimensionados com base no problema alvo.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Duas categorias de periféricos se destacam em um SE, os sensores e os
atuadores.
Sensores são responsáveis em adquirir informação do processo a ser
controlado. Essas informações são primordiais para a unidade de
processamento, pois com base nelas, decisões podem ser tomadas. Bons
sensores devem fornecer informação confiável e não promover alterações no
processo alvo. Isso significa que um sensor não pode mudar os valores da
grandeza física do qual é responsável por medir, como por exemplo diminuir a
velocidade de um motor em monitoramento. Isso na prática pode difícil de
conseguir dependendo da tecnologia do sensor (contato mecânico por
exemplo). Exemplos desses tipos de periféricos são sensores de temperatura
(termistores), pressão (piezos), contato (chaves mecânicas), toque
(touchscreen), distância (sonar/infravermelho), movimento (acelerômetros),
óticos (câmeras), etc. Esses são periféricos que enviam informação do processo
para o SE.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Duas categorias de periféricos se destacam em um SE, os sensores e os
atuadores.
Atuadores proporcionam ao SE a habilidade de intervir no meio onde atua.
Como o próprio nome diz, são dispositivos que realizam ações que interferem
no processo em controle, como motores, ventiladores, luzes, aquecedores,
resfriadores, chaveadores, etc. Esses são periféricos que enviam informação do
SE para o processo.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Normalmente a unidade de processamento toma a decisão de acionar os
atuadores com base nas informações recebidas dos sensores, isso é conhecido
como sistema em malha fechada ou sistema realimentado.
Outra forma também usada para acionar os atuadores é com base no tempo,
em um sistema conhecido como malha aberta, onde não há informações
advindas do processo (não há sensores nele).
Conceitos de Sistemas Embarcados
Exemplo de Sistema Embarcado para entendimento
Supondo que tenhamos de projetar um sistema embarcado de uma estufa de
papel para fotocopiadores (máquinas de xerox). O objetivo do SE é manter os
papéis aquecidos evitando umidade que comprometa a qualidade das cópias
(quem já trabalhou como copista sabe que esse é um problema incômodo).
Primeiro vamos ver como poderia ser o sistema em malha aberta e em seguida
em malha fechada.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Parte mecânica : a estufa é uma caixa de madeira com medidas necessárias
para caber folhas de papel no formado A4 e demais componentes do sistema,
com uma tampa superior afixada em uma dobradiça.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Sistema embarcado: usaremos um chip microcontrolador como unidade de controle
com memória já embutida no próprio chip. Como atuador usaremos uma lâmpada
incandescente de 40 W acionada por intermédio de um relê ligado ao chip
microcontrolador, que irá gerar o calor necessário para eliminar a umidade. Como trata-
se de um sistema em malha aberta, não temos sensores de umidade aqui, então vamos
programar o chip para estabelecer um tempo regular em que a lâmpada fique acesa e
outro tempo em que ela fique apagada. Suponhamos que, com base em experimentos
prévios, o tempo seja definido em 3 minutos acesa e 15 minutos apagada para manter
uma temperatura adequada ao papel. Note que não há nenhum evento externo que
influencie no acendimento da lâmpada, somente a contagem de tempo realizada pela
unidade de processamento (chip) é que vai decidir quando ligar ou desligar a lâmpada.
Esse é um sistema em malha aberta. O fluxograma de execução do programa ilustra esse
processo.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Conceitos de Sistemas Embarcados
Numa abordagem em malha fechada, todos os componentes do projeto anterior
estariam presentes, só que agora teríamos que adicionar um novo periférico que
adquira informação de umidade do ar na caixa, ou seja, um sensor de umidade. Então
agora temos o chip microcontrolador, uma lâmpada acionada por relê e mais um sensor
de umidade ligado ao chip. Desse modo, temos no sistema embarcado uma
configuração CPU, sensor, atuador, onde podemos acionar a lâmpada quando a umidade
informada pelo sensor estiver acima do esperado, ou apagá-la quando estiver no nível
desejado. O processo é exemplificado pelo fluxograma a seguir.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Conceitos de Sistemas Embarcados
A desvantagem do sistema em malha aberta é evidente, ele não compensa variações de
umidade de dias chuvosos ou mais secos, podendo gastar mais energia, porém é um
sistema mais simples e barato de se produzir. Já o sistema em malha fechada é mais
“inteligente” e consegue lidar com as variações de umidade sem problemas, mas acaba
saindo mais caro devido ao adicional de componentes, além de ter uma programação
um pouco mais complexa, já que agora temos que considerar a informação do sensor.
Conceitos de Sistemas Embarcados
Sistemas Embarcados e IoT – O futuro!
Sistemas Embarcados – Tarefa 1!
1) Escolher um Sistema Embarcado Existente, dar detalhes do
Microcontrolador utilizado e descrever suas funções.
2) Criar um projeto de Sistema Embarcado, montar diagrama de
funcionamento (exemplo slides 12 e 14).
3) Montar arquivo em Word e exportar em PDF para entrega no Ambiente
Conhecer.
4) Entrega permitida até 19/08/2018 23:00h.
Referências.
https://www.hardware.com.br/artigos/sistemas-embarcados-computacao-
invisivel/conceito.html
https://www.youtube.com/playlist?list=PLxI8Can9yAHc8BuSrtqEhU6Xkx3hkFn--