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Núcleo de Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Estrategias de Automatización Industrial
SISTEMAS EMPOTRADOS Y METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA
SISTEMAS EMPOTRADOS
Unidad V: Nuevos paradigmas de la automatización industrial
Profesor: Bachilleres:
Ing. Judit Devia Pinto, Rosmar C.I 20.404.889
Rodríguez, Mario C.I 19.875.930
Equipo ERP
Maturín, marzo de 2016
1
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................3
MARCO TEORICO.............................................................................................................4
SISTEMA EMPOTRADO O EMBEBIDO....................................................................4
DEFINICIÓN SEGÚN AUTORES:................................................................................4
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA EMPOTRADO SON
LAS SIGUIENTES: ..........................................................................................................6
VENTAJAS DE LOS SISTEMAS EMPOTRADOS:....................................................6
METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA SISTEMAS EMPOTRADOS ..........6
 Ciclo de vida de desarrollo en cascada y en V ............................................................. 6
 Desarrollo Ágil. ......................................................................................................... 8
DISCUSIÓN ..........................................................................................................................9
CONCLUSIÓN ...................................................................................................................11
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................12
2
3
INTRODUCCIÓN
En el plano industrial la automatización de procesos es un concepto que está ya muy
arraigado y se conceptualiza más como una necesidad que como una opción, para poder
llevar a cabo este paradigma automatizacional es necesario unificar un compendio de
elementos, sistemas y/o procesos de control que permitan como tal que este se lleve a cabo,
para ello se cuentan con un conjunto de herramientas, instrumentos y dispositivos los cuales
deben interactuar entre sí para poder llegar a cumplir la misión anteriormente mencionada.
Estos dispositivos o instrumentos están creados o ensamblando bajo tecnología de
vanguardia que cada día más y más se vuelven más sofisticadas logrando así reducir el
espacio ocupacional de estos para poder adaptarse mejor al entorno y al contexto como tal,
es por ello y gracias a la necesidad de poseer un mejor y mayor control de las
operatividades en el plano industrial se creó el principio de los sistemas empotrados que
desde diferentes perspectivas según sus fabricantes ofrecen un conglomerado de a
severidades comunicacionales e interconexiones que permiten el funcionamiento en feliz
término de los procesos industriales organizacional.
4
MARCO TEORICO
SISTEMA EMPOTRADO O EMBEBIDO
Un sistema embebido (anglicismo de embedded) o empotrado (integrado,
incrustado) es un sistema de computación diseñado para realizar una o algunas pocas
funciones dedicadas, frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. Al
contrario de lo que ocurre con los ordenadores de propósito general (como por ejemplo una
computadora personal o PC) que están diseñados para cubrir un amplio rango de
necesidades, los sistemas embebidos se diseñan para cubrir necesidades específicas. En un
sistema embebido la mayoría de los componentes se encuentran incluidos en laplaca
base (tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) y muchas veces los dispositivos resultantes no
tienen el aspecto de lo que se suele asociar a una computadora. Algunos ejemplos de
sistemas embebidos podrían ser dispositivos como un taxímetro, un sistema de control de
acceso, la electrónica que controla una máquina expendedora o el sistema de control de una
fotocopiadora entre otras múltiples aplicaciones.
Por lo general los sistemas embebidos se pueden programar directamente en el
lenguaje ensamblador del microcontrolador o microprocesador incorporado sobre el mismo,
o también, utilizando los compiladores específicos, pueden utilizarse lenguajes como C o
C++; en algunos casos, cuando el tiempo de respuesta de la aplicación no es un factor
crítico, también pueden usarse lenguajes interpretados como JAVA.
Puesto que los sistemas embebidos se pueden fabricar por decenas de millares o por
millones de unidades, una de las principales preocupaciones es reducir los costes. Los
sistemas embebidos suelen usar un procesador relativamente pequeño y una memoria
pequeña para ello. Los primeros equipos embebidos que se desarrollaron fueron elaborados
por IBM en los años 1980.
Los programas de sistemas embebidos se enfrentan normalmente a tareas de procesamiento
en tiempo real.
DEFINICIÓN SEGÚN AUTORES:
Existen una gran variedad de definiciones para los Sistemas Empotrados (SE), que
son correctas pero subjetivas. A continuación se presentan algunas de estas:
1. Graaf, Lormans, y Toetenel definen a los SE como “una mezcla de hardware y
software que está dedicada a una aplicación especifica, y que forma parte de un sistema
físico mayor unido por, al menos, una conexión lógica” [Graaf, Lormans & Toetenel,
2002].
2. De acuerdo a Galeano [Galeano, 2009] un SE es “un circuito electrónico
computarizado que está diseñado para cumplir una labor especifica de un producto”. Así, la
palabra empotrado ha reflejado el hecho de que estos sistemas se incorporan a un sistema
5
de Ingeniería más general [Li & Yao, 2003], en el que se han realizado funciones de
control, procesamiento y/o monitorización [Berger, 2002].
A partir de las definiciones anteriores y de la investigación realizada, se define a los
SE de la siguiente manera:
Un SE es una combinación de software y hardware y algunas otras partes, mecánicas
o de otro tipo, destinadas a desempeñar una función específica; cuyo objetivo es optimizar
el producto final reduciendo su tamaño o costo, o mejorando características relacionadas
con su funcionalidad (eficiencia, disponibilidad, etc.). Estos sistemas se incrustan en un
producto más grande y normalmente no son visibles para el usuario. Además, el software
empotrado es vital pues los convierte en sistemas de procesamiento informático.
Con base en estas definiciones se puede afirmar que el desarrollo de SE comprende
tanto la parte hardware como software, e implica un diseño paralelo de hardware y
software.
El software se vuelve un factor limitante (tanto en calidad como en tiempo de
desarrollo y en costo), y el uso de técnicas rigurosas de desarrollo de software puede
contribuir en gran medida a la calidad de los sistemas, así como al tiempo de
comercialización de nuevos dispositivos o familias de dispositivos. Mientras que conocer el
funcionamiento del hardware es trascendente y es uno de los requisitos fundamentales para
realizar un buen diseño ya que, entre otras cosas, el hardware delimitará las capacidades del
sistema que pueden mejorarse con el software.
Una decisión de hardware puede afectar al software y viceversa; por lo que es
necesario considerar para su diseño y desarrollo dos elementos conceptuales: la arquitectura
hardware (construida en base de un procesador y de dispositivos lógicos programables) y la
arquitectura software (que involucra a sistemas operativos, lenguajes de programación,
compiladores y herramientas de modelado).
Dentro de las definiciones expuestas anteriormente, una gran cantidad de dispositivos
pueden ser considerados como sistemas empotrados. Podemos encontrar diferentes
clasificaciones de este tipo de sistemas. Una de las principales se puede encontrar si
consideramos su interacción con el resto del entorno. Atendiendo a esta característica,
podemos encontrar los siguientes sistemas:
• Sistemas reactivos. Son aquellos sistemas que siempre interactúan con el exterior,
de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la velocidad del entorno
exterior.
• Sistemas interactivos. Son aquellos sistemas que siempre interactúan con el
exterior, de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la velocidad del
propio sistema empotrado.
• Sistemas transformacionales. Son aquellos sistemas que no interactúan con el
exterior, únicamente toma un bloque de datos de entrada y lo transforma en un bloque de
datos de salida, que no es necesario en el entorno.
6
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA EMPOTRADO SON LAS
SIGUIENTES:
• Estos sistemas emplearán una combinación de recursos hardware y software para
realizar una función específica.
• Estos sistemas realizan un única función o un conjunto muy limitado de funciones
(no suelen ser de propósito general)
• La potencia, el coste y la realizabilidad suelen ser los principales factores de coste.
• El diseño de procesadores de aplicación específica suelen ser un componente
significativo de estos sistemas.
VENTAJAS DE LOS SISTEMAS EMPOTRADOS:
• Concurrencia. Los componentes del sistema funcionan simultáneamente, por lo
que el sistema deberá operar a la vez.
• Fiabilidad y seguridad. El sistema debe ser fiable y seguro frente a errores, ya que
puede requerir un comportamiento autónomo. El manejo de estos errores puede ser vía
hardware o software; aunque la utilización software nos dará un sistema menos robusto.
• Interacción con dispositivos físicos. Los sistemas empotrados interaccionan con el
entorno a través de dispositivos E/S no usuales, por lo que suele ser necesario un
acondicionamiento de las diferentes señales.
• Robustez. El sistema empotrado se le impondrá la necesidad de la máxima
robustez ya que las condiciones de uso no tienen porqué ser “buenas”, sino que pueden
estar en el interior de un vehículo con diferentes condiciones de operación.
• Bajo consumo. El hecho de poder utilizar el sistema en ambientes hostiles puede
implicar la necesidad de operaciones sin cables. Por lo tanto, un menor consumo implica
una mayor autonomía de operación.
METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA SISTEMAS EMPOTRADOS
Las metodologías aplicables para desarrollo de sistemas empotrados o embebidos son:
 Ciclo de vida de desarrollo en cascada y en V
En esta metodología se cuenta con el ciclo de vida en cascada o también conocido como
watefall life cicle. El cual es un modelo clásico de ciclo de vida de software en donde sus
etapas y nombres pueden variar según sea el caso. Este consta de 6 fases en específico las
cuales son:
o Análisis y definición de los requerimientos: Describe lo que será y lo que hará
el producto final [Ball, 2002]; en esta fase se establecen los requisitos y en
función a estos se eligen las herramientas de desarrollo hardware y software
[Berger, 2002]. Para esta etapa del diseño existen diferentes herramientas para
formalizar el SE de acuerdo a las funciones y restricciones que debe satisfacer.
En esta fase se plantea la incógnita de ¿qué hace el producto?, que necesitare
para poder llevarlo a cabo en feliz término.
7
o Diseño de la Arquitectura del sistema División hardware/software: Identifica
los subsistemas o módulos que serán implementados vía software o hardware
[Berger, 2002]. En esta etapa se debe considerar que los requisitos de hardware
son más rigurosos que los requisitos de software; la división depende en gran
medida del procesador seleccionado. En esta fase se define como está hecho el
producto, describiéndolo o buscando describirlo en un nivel de abstracción alto a
través de diagramas de bloque, flujo de datos entre otros.
o Diseño detallado
En esta fase también se diseña al igual que en la fase de arquitectura pero el
nivel de diseño es más alto o también intermedio, en este también se realiza la
pregunta ¿cómo está hecho?, y se expresa a través de especificación detallada de
las interfaces y de la operación y operaciones como tal.
Se ven inmersos
 Diseño de software: la calidad del software debe ser inherente
desde el principio e incorporada mediante el diseño [Calero,
2010]. Para el diseño del software empotrado (conocido también
como firmware) existen diversas maneras de describirlo, esto
depende de qué información ha de enviarse; algunos de los
métodos más utilizados son los diagramas de flujo, diagramas de
estado, pseudocódigo, etc. Así, para realizar un buen diseño se
debe contar con los requisitos debidamente documentados y
contemplar las características del producto.
 Diseño de hardware: una vez que el sistema está diseñado y los
requisitos de hardware se han establecido, el siguiente paso es
diseñar el hardware [Ball, 2002]. El objetivo es tener un diseño
detallado del sistema a nivel hardware que cumpla con los
requisitos del sistema. Por lo tanto en esta fase se realizan tareas
específicas para el desarrollo del hardware (definición de la
interfaz hardware, requisitos de tamaño, consumo, etc.).
o Integración y verificación: integra los componentes hardware con los
componentes software. Una vez que se cuenta con un prototipo a nivel hardware
y con el software empotrado compilado sin errores se puede iniciar con esta
etapa. Es importante realizar pruebas de hardware y depurar el software
simultáneamente usando las herramientas y métodos especiales para el manejo de
la complejidad, por ejemplo: Matlab/Simulink, LabView y Proteus. En esta etapa
se fusionan y se integran los conceptos y entes de software y hardware y se
verifica su funcionamiento.
o Implementación
En esta fase se describe igualmente como en las fases de diseño
anteriormente planteadas la premisa de cómo está hecho el sistema mediante un
nivel de abstracción bajo, utilizando como tal códigos, esquematizaciones y
dibujos de circuito impreso.
8
o Pruebas del producto: determinan si el sistema funciona correctamente; estas
pruebas son más estrictas. Existen métodos de depuración para SE, sin embargo
muchos de estos sistemas no pueden depurarse hasta que se encuentran operando.
o Mantenimiento y actualizaciones: la mayoría de los diseñadores de SE
(alrededor del 60%) mantienen y mejoran los productos existentes, en lugar de
diseñar nuevos productos. La mayoría de estos diseñadores no suelen ser
miembros del equipo de diseño original, por lo que se debe confiar en su
experiencia, conocimientos técnicos, la documentación existente y el producto;
para entender el diseño original y mantenerlo y mejorarlo [Berger, 2002].
En esta fase se desarrolla y fundamenta un mantenimiento y desarrollo
incremental del sistema como tal.
Por otro lado la metodología De ciclo de vida en “V” también es aplicada en
conjunto con la anterior ayudando está a la verificación y desglose a través de
etapas del nivel abstracción de la interface en orden creciente, en donde cada una
de ellas y desde su perspectiva de diseño se crea un plan de pruebas, el cual se
encargara de guiar la etapa de validación que le corresponde. Esta fase contempla
un:
o Análisis y definición de los requerimientos
o Diseño de la arquitectura del sistema
o Diseño detallado
o Implementación de cada unidad
o Testeo de cada unidad
o Prueba de integración
o Prueba de aceptación
o Instalación operación y mantenimiento
 Desarrollo Ágil.
Este tipo de desarrollo se encarga la inclusión del paradigma del como conviene
organizar la construcción del software como tal basándose en un ciclo iterativo e
incremental que permita a su vez darle un valor al usuario debido a su activa colaboración
en la elaboración y codificación del mismo, focalizando en la adaptabilidad la aceptación
de cambios en los requerimientos, incluso sobre los finales del proceso como tal. Se
requieren secciones de varios grupos de trabajo en donde debe existir una auto organización
y comunicación efectiva así como también un carácter motivacional acentuado , este tipo de
metodologías es para sistemas no tan robustos y grupos no muy grandes y metodologías
como estas podemos encontrar las “XP” o también llamada programación Extrema y la
Scrum.
9
DISCUSIÓN
Los sistemas empotrados o embebidos son elementos o dispositivos que siempre
estarán inmerso en el plano de la instrumentación , automatización y control de procesos
industriales ya que gracias a ellos es posible la intercomunicación y existencia de diferentes
dispositivos que ayudan para el sector de las industrias, a pesar de que su concepto no sea
muy manejado o entendido como tal se puede aseverar que la incursión de los mismos está
inmersa e implícita en prácticamente todos los dispositivos tecnológicos existentes ya que
su conceptualidad abarca un enfoque muy amplio.
Como se pudo denotar a lo largo de la investigación un sistema embebido o
empotrado no es más que la unificación en un solo dispositivo de un hardware y software el
cual tiene la peculiaridad de poder ser programado y llevar a cabo una o unas funciones en
específicos con la finalidad de poder llegar hacia una determinada acción o solución.
Comúnmente los conocemos como material, componentes o elementos circuitales
electrónicos y son adheridos y categorizados por lo general dentro de dispositivos más
grandes pero en realidad estos son los que otorgan el sentido lógico operacional por
completo.
En las industrias siempre ha existido la problemática de la interconectividad de
dispositivos y de instrumentos debido a los protocolos y arquitecturas que los distintos
fabricantes le otorgan a sus artefactos electrónicos sin embargo gracias a la ayuda y a la
inserción de paradigmas como el OLE, OPC, OPC UA, es posible una mejor
interconectividad y utilidad de todos los dispositivos sean del fabricante que sea. Sin
embargo este es una vertiente que tiene muchas contradicciones y limitantes y no se
extenderá a apertura una temática acerca de ello porque podría resultar algo extensa.
Extrapolando la temática planteada a nuestro proyecto de investigación titulado : :
""Diseño de un Sistema de supervisión, monitoreo y control automatizado de ambiente
inicial de Pollos de engorde en su primera fase de crecimiento. Sector avícola Venezolano”
, se puede afirmar que la aplicabilidad de sistemas empotrados o embebidos estará inmersa
total y absolutamente para efectos de la propuesta, ya que de por si aparte de todo el
conglomerado de elementos e instrumentos que se necesitaran para poder llevar a cabo el
proceso de automatización y la creación de los distintos sistemas de control y regulación
del ambiente de los pollos, también se necesitara un dispositivo electrónico circuital capaz
de poder procesar todas la información arrojada por los dispositivos finales de control y
tomar decisiones programadas dependiendo del análisis lógico sintáctico del mismo.
Este dispositivo el cual me estoy refiriendo no es nada más y nada menos que el
“ARDUINO” el cual no es más que un elemento electrónico digital comprendido por un
aparato circuital el cual posee una interfaz lógica programable y una unidad central de
procesamiento capaz de ejecutar las instrucciones pre programadas y que a su vez permite
la interconectividad de todos los instrumentos y dispositivos inmersos dentro de la unidad
de producción agrícola.
Ahora porque la pregunta sería ¿es un ARDUINO un sistema empotrado o embebido?
, bueno si nos colocamos en la definición como tal se puede observar y hacer un análisis
verosímil que este dispositivo ARDUINO cumple con todas las características y
caracterizaciones de un sistema empotrado o embebido , primeramente es un circuito o
tarjeta electrónica, que a su vez esta comprendido por una serie de elementos electrónicos
10
que son programables y que todos estos unificando e integrando un criterio basado en
hardware y software pueden ser objeto y punto de partida para el control y aplicación
sistemática de un proceso definido. Es por ello y por todo lo anteriormente planteado que la
aplicabilidad de un sistema empotrado será total y absolutamente aplicable para nuestro
proyecto debido a que de hecho es el corazón de lo que se desea realizar y el sentido como
tal de la propuesta
Dentro de los pasos metodológicos existentes para la creación de un sistema empotrado y
aplicándolo al proyecto en función se pueden mencionar de manera muy general y
superficial lo relevante a detallar en cada uno de los pasos metódicos lo siguiente:
Análisis y definición de los requerimientos:
En este apartado se estudiara y verificara cuales son los requerimientos que se necesitan
para poder ambientar al pollo en primera fase de crecimiento así como también todos los
factores inmersos en el proceso como tal.
Diseño de la Arquitectura del sistema División hardware/software
En esta etapa se diseñara a manera general lo que será la arquitectura del sistemas, que
elementos poseerá, tanto a nivel de software como hardware y hacer la especificación de
los mismos para luego proceder al análisis detallado.
Diseño detallado: En esta fase se procede a realizar el diseño estructurado y bien
esquematizado, seccionado y programado tanto del software como el hardware a utilizar
para poder llevar a cabo el proceso de ambientación inicial del escenario productivo,
logrando integrar todos aquello elementos necesarios para poder llevar a cabo la finalidad
planteada.
Integración y verificación:
Aquí se integraran los conceptos de hardware software para unificándolos para poder ir a
la fase de implementación del mismo y visualizar continuamente en un banco de pruebas si
están llevando a cabo las acciones con las cuales fue pre programado el sistema embebido.
Implementación:
En esta etapa se implementa como tal el sistema empotrado en el galpón avícola para
proceder a una prueba previa antes de llegada la cría al escenario productivo.
Pruebas del producto:
Se realizan las pruebas necesarias para asegurar la eficiencia del sistema y que no ocurra
ninguna problemática en el proceso de cría del pollo y estos no tengan ningún
inconveniente en su proceso de crecimiento.
Mantenimiento y actualizaciones: En esta fase se procede a hacer un análisis detallado de la
acción incremental que posee comocualidadel sistemaempotradopara unfuturomantenimiento
y actualización según lo requerido.
11
CONCLUSIÓN
Como se pudo observar los sistemas empotrados son dispositivos o elementos de vital
importancia para los sistemas de control de procesos en el plano industria ya que se
encargan de facilitar una serie de cualidades y especificidades que permiten organizar y
darle procedimental a ciertos pasos. Cada día más serán los avances tecnológicos que
permitan la creación de dispositivos empotrados capaces de controlar acciones más
complejas y que a su vez puedan poseer una mejor estabilidad así como también parámetros
programables más extensos, puntuales, explicativos y holísticos.
A su vez es importante resaltar que a pesar de que estos dispositivos no se vean a
simple vista siempre están inmersos en diferentes artefactos electrónicos o eléctricos y hoy
por hoy forman parte fundamental del desarrollo tecnológico en diferentes planos.
Buscando así mejoras continuas que permitan la aplicabilidad y ampliación de estos en
diferentes campos. La metodología para poder desarrollarlos erradica en vertientes extensas
según sea el caso todas enfocadas o asemejadas a las metodologías de desarrollo de
software con la peculiaridad en específico que en el caso de los sistemas empotrados se
verá la tarea imprescindible de comprender también parámetros de hardware para lo que es
la conceptualización de su modelo.
12
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 S.F. [Documento en línea] consultado el 05 de marzo de 2016 desde:
http://www.uhu.es/raul.jimenez/ EMPOTRADO/introduccion.pdf
 Ing. Herrera Andrea. “Desarrollo de una metodología para el diseño de sistemas
empotrados bajo el paradigma de mejora del proceso software”. [Documento en
línea] consultado el 05 de marzo de 2016 desde: UD1.4-Metodologias.2015.pdf
 Vilajosana Ignasi. Introducción a los sistemas empotrados. [Documento en línea].
Consultado el 05 de marzo de 2016 desde:
http://www.exabyteinformatica.com/uoc/Informatica/Sistemas_empotrados/Sistema
s_empotrados_(Modulo_1).pdf
 Metodologias para sistemas embebidos [Documento en línea] consultado el 05 de
marzo de 2016 desde:
https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/66203/mod_resource/content/2/UD1.4-
Metodologias.2015.pdf
 Sistema embebido[Documento en Línea ] consultado el 05 de marzo de 2016 desde:
https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_embebido

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  • 1. Universidad de Oriente Núcleo de Monagas Departamento de Ingeniería de Sistemas Cursos Especiales de Grado Área: Automatización y Control de Procesos Industriales Estrategias de Automatización Industrial SISTEMAS EMPOTRADOS Y METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA SISTEMAS EMPOTRADOS Unidad V: Nuevos paradigmas de la automatización industrial Profesor: Bachilleres: Ing. Judit Devia Pinto, Rosmar C.I 20.404.889 Rodríguez, Mario C.I 19.875.930 Equipo ERP Maturín, marzo de 2016
  • 2. 1 CONTENIDO INTRODUCCIÓN ................................................................................................................3 MARCO TEORICO.............................................................................................................4 SISTEMA EMPOTRADO O EMBEBIDO....................................................................4 DEFINICIÓN SEGÚN AUTORES:................................................................................4 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA EMPOTRADO SON LAS SIGUIENTES: ..........................................................................................................6 VENTAJAS DE LOS SISTEMAS EMPOTRADOS:....................................................6 METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA SISTEMAS EMPOTRADOS ..........6  Ciclo de vida de desarrollo en cascada y en V ............................................................. 6  Desarrollo Ágil. ......................................................................................................... 8 DISCUSIÓN ..........................................................................................................................9 CONCLUSIÓN ...................................................................................................................11 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................12
  • 3. 2
  • 4. 3 INTRODUCCIÓN En el plano industrial la automatización de procesos es un concepto que está ya muy arraigado y se conceptualiza más como una necesidad que como una opción, para poder llevar a cabo este paradigma automatizacional es necesario unificar un compendio de elementos, sistemas y/o procesos de control que permitan como tal que este se lleve a cabo, para ello se cuentan con un conjunto de herramientas, instrumentos y dispositivos los cuales deben interactuar entre sí para poder llegar a cumplir la misión anteriormente mencionada. Estos dispositivos o instrumentos están creados o ensamblando bajo tecnología de vanguardia que cada día más y más se vuelven más sofisticadas logrando así reducir el espacio ocupacional de estos para poder adaptarse mejor al entorno y al contexto como tal, es por ello y gracias a la necesidad de poseer un mejor y mayor control de las operatividades en el plano industrial se creó el principio de los sistemas empotrados que desde diferentes perspectivas según sus fabricantes ofrecen un conglomerado de a severidades comunicacionales e interconexiones que permiten el funcionamiento en feliz término de los procesos industriales organizacional.
  • 5. 4 MARCO TEORICO SISTEMA EMPOTRADO O EMBEBIDO Un sistema embebido (anglicismo de embedded) o empotrado (integrado, incrustado) es un sistema de computación diseñado para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas, frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. Al contrario de lo que ocurre con los ordenadores de propósito general (como por ejemplo una computadora personal o PC) que están diseñados para cubrir un amplio rango de necesidades, los sistemas embebidos se diseñan para cubrir necesidades específicas. En un sistema embebido la mayoría de los componentes se encuentran incluidos en laplaca base (tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) y muchas veces los dispositivos resultantes no tienen el aspecto de lo que se suele asociar a una computadora. Algunos ejemplos de sistemas embebidos podrían ser dispositivos como un taxímetro, un sistema de control de acceso, la electrónica que controla una máquina expendedora o el sistema de control de una fotocopiadora entre otras múltiples aplicaciones. Por lo general los sistemas embebidos se pueden programar directamente en el lenguaje ensamblador del microcontrolador o microprocesador incorporado sobre el mismo, o también, utilizando los compiladores específicos, pueden utilizarse lenguajes como C o C++; en algunos casos, cuando el tiempo de respuesta de la aplicación no es un factor crítico, también pueden usarse lenguajes interpretados como JAVA. Puesto que los sistemas embebidos se pueden fabricar por decenas de millares o por millones de unidades, una de las principales preocupaciones es reducir los costes. Los sistemas embebidos suelen usar un procesador relativamente pequeño y una memoria pequeña para ello. Los primeros equipos embebidos que se desarrollaron fueron elaborados por IBM en los años 1980. Los programas de sistemas embebidos se enfrentan normalmente a tareas de procesamiento en tiempo real. DEFINICIÓN SEGÚN AUTORES: Existen una gran variedad de definiciones para los Sistemas Empotrados (SE), que son correctas pero subjetivas. A continuación se presentan algunas de estas: 1. Graaf, Lormans, y Toetenel definen a los SE como “una mezcla de hardware y software que está dedicada a una aplicación especifica, y que forma parte de un sistema físico mayor unido por, al menos, una conexión lógica” [Graaf, Lormans & Toetenel, 2002]. 2. De acuerdo a Galeano [Galeano, 2009] un SE es “un circuito electrónico computarizado que está diseñado para cumplir una labor especifica de un producto”. Así, la palabra empotrado ha reflejado el hecho de que estos sistemas se incorporan a un sistema
  • 6. 5 de Ingeniería más general [Li & Yao, 2003], en el que se han realizado funciones de control, procesamiento y/o monitorización [Berger, 2002]. A partir de las definiciones anteriores y de la investigación realizada, se define a los SE de la siguiente manera: Un SE es una combinación de software y hardware y algunas otras partes, mecánicas o de otro tipo, destinadas a desempeñar una función específica; cuyo objetivo es optimizar el producto final reduciendo su tamaño o costo, o mejorando características relacionadas con su funcionalidad (eficiencia, disponibilidad, etc.). Estos sistemas se incrustan en un producto más grande y normalmente no son visibles para el usuario. Además, el software empotrado es vital pues los convierte en sistemas de procesamiento informático. Con base en estas definiciones se puede afirmar que el desarrollo de SE comprende tanto la parte hardware como software, e implica un diseño paralelo de hardware y software. El software se vuelve un factor limitante (tanto en calidad como en tiempo de desarrollo y en costo), y el uso de técnicas rigurosas de desarrollo de software puede contribuir en gran medida a la calidad de los sistemas, así como al tiempo de comercialización de nuevos dispositivos o familias de dispositivos. Mientras que conocer el funcionamiento del hardware es trascendente y es uno de los requisitos fundamentales para realizar un buen diseño ya que, entre otras cosas, el hardware delimitará las capacidades del sistema que pueden mejorarse con el software. Una decisión de hardware puede afectar al software y viceversa; por lo que es necesario considerar para su diseño y desarrollo dos elementos conceptuales: la arquitectura hardware (construida en base de un procesador y de dispositivos lógicos programables) y la arquitectura software (que involucra a sistemas operativos, lenguajes de programación, compiladores y herramientas de modelado). Dentro de las definiciones expuestas anteriormente, una gran cantidad de dispositivos pueden ser considerados como sistemas empotrados. Podemos encontrar diferentes clasificaciones de este tipo de sistemas. Una de las principales se puede encontrar si consideramos su interacción con el resto del entorno. Atendiendo a esta característica, podemos encontrar los siguientes sistemas: • Sistemas reactivos. Son aquellos sistemas que siempre interactúan con el exterior, de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la velocidad del entorno exterior. • Sistemas interactivos. Son aquellos sistemas que siempre interactúan con el exterior, de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la velocidad del propio sistema empotrado. • Sistemas transformacionales. Son aquellos sistemas que no interactúan con el exterior, únicamente toma un bloque de datos de entrada y lo transforma en un bloque de datos de salida, que no es necesario en el entorno.
  • 7. 6 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA EMPOTRADO SON LAS SIGUIENTES: • Estos sistemas emplearán una combinación de recursos hardware y software para realizar una función específica. • Estos sistemas realizan un única función o un conjunto muy limitado de funciones (no suelen ser de propósito general) • La potencia, el coste y la realizabilidad suelen ser los principales factores de coste. • El diseño de procesadores de aplicación específica suelen ser un componente significativo de estos sistemas. VENTAJAS DE LOS SISTEMAS EMPOTRADOS: • Concurrencia. Los componentes del sistema funcionan simultáneamente, por lo que el sistema deberá operar a la vez. • Fiabilidad y seguridad. El sistema debe ser fiable y seguro frente a errores, ya que puede requerir un comportamiento autónomo. El manejo de estos errores puede ser vía hardware o software; aunque la utilización software nos dará un sistema menos robusto. • Interacción con dispositivos físicos. Los sistemas empotrados interaccionan con el entorno a través de dispositivos E/S no usuales, por lo que suele ser necesario un acondicionamiento de las diferentes señales. • Robustez. El sistema empotrado se le impondrá la necesidad de la máxima robustez ya que las condiciones de uso no tienen porqué ser “buenas”, sino que pueden estar en el interior de un vehículo con diferentes condiciones de operación. • Bajo consumo. El hecho de poder utilizar el sistema en ambientes hostiles puede implicar la necesidad de operaciones sin cables. Por lo tanto, un menor consumo implica una mayor autonomía de operación. METODOLOGIA DE DESARROLLO PARA SISTEMAS EMPOTRADOS Las metodologías aplicables para desarrollo de sistemas empotrados o embebidos son:  Ciclo de vida de desarrollo en cascada y en V En esta metodología se cuenta con el ciclo de vida en cascada o también conocido como watefall life cicle. El cual es un modelo clásico de ciclo de vida de software en donde sus etapas y nombres pueden variar según sea el caso. Este consta de 6 fases en específico las cuales son: o Análisis y definición de los requerimientos: Describe lo que será y lo que hará el producto final [Ball, 2002]; en esta fase se establecen los requisitos y en función a estos se eligen las herramientas de desarrollo hardware y software [Berger, 2002]. Para esta etapa del diseño existen diferentes herramientas para formalizar el SE de acuerdo a las funciones y restricciones que debe satisfacer. En esta fase se plantea la incógnita de ¿qué hace el producto?, que necesitare para poder llevarlo a cabo en feliz término.
  • 8. 7 o Diseño de la Arquitectura del sistema División hardware/software: Identifica los subsistemas o módulos que serán implementados vía software o hardware [Berger, 2002]. En esta etapa se debe considerar que los requisitos de hardware son más rigurosos que los requisitos de software; la división depende en gran medida del procesador seleccionado. En esta fase se define como está hecho el producto, describiéndolo o buscando describirlo en un nivel de abstracción alto a través de diagramas de bloque, flujo de datos entre otros. o Diseño detallado En esta fase también se diseña al igual que en la fase de arquitectura pero el nivel de diseño es más alto o también intermedio, en este también se realiza la pregunta ¿cómo está hecho?, y se expresa a través de especificación detallada de las interfaces y de la operación y operaciones como tal. Se ven inmersos  Diseño de software: la calidad del software debe ser inherente desde el principio e incorporada mediante el diseño [Calero, 2010]. Para el diseño del software empotrado (conocido también como firmware) existen diversas maneras de describirlo, esto depende de qué información ha de enviarse; algunos de los métodos más utilizados son los diagramas de flujo, diagramas de estado, pseudocódigo, etc. Así, para realizar un buen diseño se debe contar con los requisitos debidamente documentados y contemplar las características del producto.  Diseño de hardware: una vez que el sistema está diseñado y los requisitos de hardware se han establecido, el siguiente paso es diseñar el hardware [Ball, 2002]. El objetivo es tener un diseño detallado del sistema a nivel hardware que cumpla con los requisitos del sistema. Por lo tanto en esta fase se realizan tareas específicas para el desarrollo del hardware (definición de la interfaz hardware, requisitos de tamaño, consumo, etc.). o Integración y verificación: integra los componentes hardware con los componentes software. Una vez que se cuenta con un prototipo a nivel hardware y con el software empotrado compilado sin errores se puede iniciar con esta etapa. Es importante realizar pruebas de hardware y depurar el software simultáneamente usando las herramientas y métodos especiales para el manejo de la complejidad, por ejemplo: Matlab/Simulink, LabView y Proteus. En esta etapa se fusionan y se integran los conceptos y entes de software y hardware y se verifica su funcionamiento. o Implementación En esta fase se describe igualmente como en las fases de diseño anteriormente planteadas la premisa de cómo está hecho el sistema mediante un nivel de abstracción bajo, utilizando como tal códigos, esquematizaciones y dibujos de circuito impreso.
  • 9. 8 o Pruebas del producto: determinan si el sistema funciona correctamente; estas pruebas son más estrictas. Existen métodos de depuración para SE, sin embargo muchos de estos sistemas no pueden depurarse hasta que se encuentran operando. o Mantenimiento y actualizaciones: la mayoría de los diseñadores de SE (alrededor del 60%) mantienen y mejoran los productos existentes, en lugar de diseñar nuevos productos. La mayoría de estos diseñadores no suelen ser miembros del equipo de diseño original, por lo que se debe confiar en su experiencia, conocimientos técnicos, la documentación existente y el producto; para entender el diseño original y mantenerlo y mejorarlo [Berger, 2002]. En esta fase se desarrolla y fundamenta un mantenimiento y desarrollo incremental del sistema como tal. Por otro lado la metodología De ciclo de vida en “V” también es aplicada en conjunto con la anterior ayudando está a la verificación y desglose a través de etapas del nivel abstracción de la interface en orden creciente, en donde cada una de ellas y desde su perspectiva de diseño se crea un plan de pruebas, el cual se encargara de guiar la etapa de validación que le corresponde. Esta fase contempla un: o Análisis y definición de los requerimientos o Diseño de la arquitectura del sistema o Diseño detallado o Implementación de cada unidad o Testeo de cada unidad o Prueba de integración o Prueba de aceptación o Instalación operación y mantenimiento  Desarrollo Ágil. Este tipo de desarrollo se encarga la inclusión del paradigma del como conviene organizar la construcción del software como tal basándose en un ciclo iterativo e incremental que permita a su vez darle un valor al usuario debido a su activa colaboración en la elaboración y codificación del mismo, focalizando en la adaptabilidad la aceptación de cambios en los requerimientos, incluso sobre los finales del proceso como tal. Se requieren secciones de varios grupos de trabajo en donde debe existir una auto organización y comunicación efectiva así como también un carácter motivacional acentuado , este tipo de metodologías es para sistemas no tan robustos y grupos no muy grandes y metodologías como estas podemos encontrar las “XP” o también llamada programación Extrema y la Scrum.
  • 10. 9 DISCUSIÓN Los sistemas empotrados o embebidos son elementos o dispositivos que siempre estarán inmerso en el plano de la instrumentación , automatización y control de procesos industriales ya que gracias a ellos es posible la intercomunicación y existencia de diferentes dispositivos que ayudan para el sector de las industrias, a pesar de que su concepto no sea muy manejado o entendido como tal se puede aseverar que la incursión de los mismos está inmersa e implícita en prácticamente todos los dispositivos tecnológicos existentes ya que su conceptualidad abarca un enfoque muy amplio. Como se pudo denotar a lo largo de la investigación un sistema embebido o empotrado no es más que la unificación en un solo dispositivo de un hardware y software el cual tiene la peculiaridad de poder ser programado y llevar a cabo una o unas funciones en específicos con la finalidad de poder llegar hacia una determinada acción o solución. Comúnmente los conocemos como material, componentes o elementos circuitales electrónicos y son adheridos y categorizados por lo general dentro de dispositivos más grandes pero en realidad estos son los que otorgan el sentido lógico operacional por completo. En las industrias siempre ha existido la problemática de la interconectividad de dispositivos y de instrumentos debido a los protocolos y arquitecturas que los distintos fabricantes le otorgan a sus artefactos electrónicos sin embargo gracias a la ayuda y a la inserción de paradigmas como el OLE, OPC, OPC UA, es posible una mejor interconectividad y utilidad de todos los dispositivos sean del fabricante que sea. Sin embargo este es una vertiente que tiene muchas contradicciones y limitantes y no se extenderá a apertura una temática acerca de ello porque podría resultar algo extensa. Extrapolando la temática planteada a nuestro proyecto de investigación titulado : : ""Diseño de un Sistema de supervisión, monitoreo y control automatizado de ambiente inicial de Pollos de engorde en su primera fase de crecimiento. Sector avícola Venezolano” , se puede afirmar que la aplicabilidad de sistemas empotrados o embebidos estará inmersa total y absolutamente para efectos de la propuesta, ya que de por si aparte de todo el conglomerado de elementos e instrumentos que se necesitaran para poder llevar a cabo el proceso de automatización y la creación de los distintos sistemas de control y regulación del ambiente de los pollos, también se necesitara un dispositivo electrónico circuital capaz de poder procesar todas la información arrojada por los dispositivos finales de control y tomar decisiones programadas dependiendo del análisis lógico sintáctico del mismo. Este dispositivo el cual me estoy refiriendo no es nada más y nada menos que el “ARDUINO” el cual no es más que un elemento electrónico digital comprendido por un aparato circuital el cual posee una interfaz lógica programable y una unidad central de procesamiento capaz de ejecutar las instrucciones pre programadas y que a su vez permite la interconectividad de todos los instrumentos y dispositivos inmersos dentro de la unidad de producción agrícola. Ahora porque la pregunta sería ¿es un ARDUINO un sistema empotrado o embebido? , bueno si nos colocamos en la definición como tal se puede observar y hacer un análisis verosímil que este dispositivo ARDUINO cumple con todas las características y caracterizaciones de un sistema empotrado o embebido , primeramente es un circuito o tarjeta electrónica, que a su vez esta comprendido por una serie de elementos electrónicos
  • 11. 10 que son programables y que todos estos unificando e integrando un criterio basado en hardware y software pueden ser objeto y punto de partida para el control y aplicación sistemática de un proceso definido. Es por ello y por todo lo anteriormente planteado que la aplicabilidad de un sistema empotrado será total y absolutamente aplicable para nuestro proyecto debido a que de hecho es el corazón de lo que se desea realizar y el sentido como tal de la propuesta Dentro de los pasos metodológicos existentes para la creación de un sistema empotrado y aplicándolo al proyecto en función se pueden mencionar de manera muy general y superficial lo relevante a detallar en cada uno de los pasos metódicos lo siguiente: Análisis y definición de los requerimientos: En este apartado se estudiara y verificara cuales son los requerimientos que se necesitan para poder ambientar al pollo en primera fase de crecimiento así como también todos los factores inmersos en el proceso como tal. Diseño de la Arquitectura del sistema División hardware/software En esta etapa se diseñara a manera general lo que será la arquitectura del sistemas, que elementos poseerá, tanto a nivel de software como hardware y hacer la especificación de los mismos para luego proceder al análisis detallado. Diseño detallado: En esta fase se procede a realizar el diseño estructurado y bien esquematizado, seccionado y programado tanto del software como el hardware a utilizar para poder llevar a cabo el proceso de ambientación inicial del escenario productivo, logrando integrar todos aquello elementos necesarios para poder llevar a cabo la finalidad planteada. Integración y verificación: Aquí se integraran los conceptos de hardware software para unificándolos para poder ir a la fase de implementación del mismo y visualizar continuamente en un banco de pruebas si están llevando a cabo las acciones con las cuales fue pre programado el sistema embebido. Implementación: En esta etapa se implementa como tal el sistema empotrado en el galpón avícola para proceder a una prueba previa antes de llegada la cría al escenario productivo. Pruebas del producto: Se realizan las pruebas necesarias para asegurar la eficiencia del sistema y que no ocurra ninguna problemática en el proceso de cría del pollo y estos no tengan ningún inconveniente en su proceso de crecimiento. Mantenimiento y actualizaciones: En esta fase se procede a hacer un análisis detallado de la acción incremental que posee comocualidadel sistemaempotradopara unfuturomantenimiento y actualización según lo requerido.
  • 12. 11 CONCLUSIÓN Como se pudo observar los sistemas empotrados son dispositivos o elementos de vital importancia para los sistemas de control de procesos en el plano industria ya que se encargan de facilitar una serie de cualidades y especificidades que permiten organizar y darle procedimental a ciertos pasos. Cada día más serán los avances tecnológicos que permitan la creación de dispositivos empotrados capaces de controlar acciones más complejas y que a su vez puedan poseer una mejor estabilidad así como también parámetros programables más extensos, puntuales, explicativos y holísticos. A su vez es importante resaltar que a pesar de que estos dispositivos no se vean a simple vista siempre están inmersos en diferentes artefactos electrónicos o eléctricos y hoy por hoy forman parte fundamental del desarrollo tecnológico en diferentes planos. Buscando así mejoras continuas que permitan la aplicabilidad y ampliación de estos en diferentes campos. La metodología para poder desarrollarlos erradica en vertientes extensas según sea el caso todas enfocadas o asemejadas a las metodologías de desarrollo de software con la peculiaridad en específico que en el caso de los sistemas empotrados se verá la tarea imprescindible de comprender también parámetros de hardware para lo que es la conceptualización de su modelo.
  • 13. 12 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  S.F. [Documento en línea] consultado el 05 de marzo de 2016 desde: http://www.uhu.es/raul.jimenez/ EMPOTRADO/introduccion.pdf  Ing. Herrera Andrea. “Desarrollo de una metodología para el diseño de sistemas empotrados bajo el paradigma de mejora del proceso software”. [Documento en línea] consultado el 05 de marzo de 2016 desde: UD1.4-Metodologias.2015.pdf  Vilajosana Ignasi. Introducción a los sistemas empotrados. [Documento en línea]. Consultado el 05 de marzo de 2016 desde: http://www.exabyteinformatica.com/uoc/Informatica/Sistemas_empotrados/Sistema s_empotrados_(Modulo_1).pdf  Metodologias para sistemas embebidos [Documento en línea] consultado el 05 de marzo de 2016 desde: https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/66203/mod_resource/content/2/UD1.4- Metodologias.2015.pdf  Sistema embebido[Documento en Línea ] consultado el 05 de marzo de 2016 desde: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_embebido