Los sistemas embebidos son aquellos sistemas electrónicos que se integran en otros sistemas electrónicos más grandes, como automóviles, electrodomésticos e incluso infraestructuras de países enteros. En este artículo detallaremos el proceso de diseño de sistemas embebidos desde la idea hasta el prototipo. Este proceso requiere una combinación de conocimientos técnicos y habilidades de diseño creativo, algo que solo puede lograrse con experiencia y práctica.
Cada proyecto comienza con una idea. La ideación es el proceso de generar una idea y conceptualizar el diseño general del producto. En la ideación, el equipo de diseño debe determinar los objetivos clave del proyecto, las funciones esenciales y los componentes necesarios. También se deben considerar los recursos necesarios para fabricar el producto y las limitaciones que podrían restringir su diseño.
La determinación de los objetivos clave requiere una evaluación cuidadosa del mercado y los requisitos específicos del cliente. El equipo de diseño debe identificar los factores más críticos para el éxito del producto y establecer metas adecuadas en consecuencia.
Las funciones esenciales son las características críticas que un producto embebido debe tener para cumplir con sus objetivos clave. El proceso de definición de las funciones esenciales es clave para garantizar que el diseño final cumpla con las necesidades y expectativas del cliente.
Después de identificar las funciones esenciales del sistema, el equipo de diseño debe determinar los componentes necesarios y cómo se integrarán en el diseño general del producto. Esto incluye la selección de hardware, software, sensores, actuadores y otros componentes necesarios para construir el sistema embebido.
No es suficiente diseñar el sistema sin considerar la forma en que se fabricará. El equipo de diseño debe tener en cuenta los procesos de manufactura durante la ideación para garantizar que la fabricación del prototipo sea viable y rentable.
El diseño de sistemas embebidos tiene limitaciones técnicas y físicas que deben considerarse en la fase de ideación. Esto incluye límites de energía, tamaño, temperatura y capacidad de procesamiento. El equipo de diseño debe determinar cómo estas limitaciones afectarán el diseño general del producto.
Una vez que se han definido los objetivos clave, las funciones esenciales, los componentes y los requisitos de fabricación, el equipo de diseño puede comenzar a crear el diseño conceptual del sistema embebido. La fase de diseño conceptual es donde se define el aspecto visual y los detalles del sistema y sus componentes. El diseño conceptual se suele crear utilizando software CAD o 3D.
Los prototipos virtuales son representaciones en 3D del sistema, permitiendo al equipo de diseño explorar el diseño a nivel visual y funcional. Los prototipos virtuales también permiten hacer cambios rápidos y acceder a una vista previa del diseño final.
El equipo de diseño utiliza la simulación para probar la funcionalidad del sistema antes de construir un prototipo físico. Las pruebas de simulación ayudan a identificar problemas y limitaciones en el diseño conceptual.
La eficiencia energética es crucial en los sistemas embebidos, y por lo tanto, se debe incorporar en el diseño conceptual. El equipo de diseño debe buscar componentes y sistemas que minimicen el consumo de energía.
La selección de materiales es importante para el diseño del sistema embebido. Los materiales elegidos deben ser apropiados para su uso en el entorno previsto y respetuosos con el medio ambiente. El equipo de diseño debe considerar la disponibilidad y los costos de los materiales a la hora de seleccionar la opción más adecuada.
La fase de diseño detallado es donde se especifican todos los detalles y especificaciones técnicas del sistema embebido. Esta fase se centra en la definición del funcionamiento del sistema y el software que lo controla. También se detallan las interfaces de usuario y de comunicación.
La especificación detallada de los requisitos técnicos asegura que el producto cumpla con los objetivos clave del proyecto, y se diferencie de la competencia. El equipo de diseño debe definir los parámetros clave como velocidad, precisión, resistencia, etc., asegurándose de que cumplan las especificaciones requeridas.
El software es una parte crítica de los sistemas embebidos, y por lo tanto debe programarse cuidadosamente. El equipo de diseño de software debe verificar que todas las funciones estén integradas con éxito y que el software cumpla con todas las especificaciones del sistema.
La experiencia del usuario es crucial para el éxito del sistema embebido. En esta fase, el equipo de diseño debe centrarse en la creación de interfaces de usuario efectivas, simples y fácilmente accesibles. La creatividad en la interfaz de usuario puede marcar una gran diferencia en la popularidad del producto.
Los sistemas embebidos a menudo necesitan comunicarse con otros dispositivos, y por lo tanto, el equipo de diseño debe seleccionar protocolos de comunicación adecuados. Los protocolos de comunicación más comunes incluyen Wi-Fi, Bluetooth, Modbus, RS-485, y muchos más.
Después de que se han completado las fases anteriores, el equipo de diseño puede finalmente construir el prototipo físico del sistema embebido. El prototipo permite al equipo de diseño probar el sistema en el mundo real y hacer mejoras clave antes del lanzamiento.
La selección de herramientas de construcción es importante para garantizar un proceso de fabricación eficiente y limpio. El equipo de diseño debe decidir qué herramientas y equipos serán necesarios para construir el prototipo, y asegurarse que tienen acceso a ellos.
El equipo de diseño debe tener en cuenta el impacto ambiental durante la construcción del prototipo. Esto incluye el uso de materiales reciclados y la disposición adecuada de residuos.
El prototipo debe ser sometido a pruebas exhaustivas para asegurarse de que cumple con todas las especificaciones del producto. Las pruebas incluyen la verificación de las funciones clave, la interfaz de usuario, la eficiencia energética y el rendimiento general del sistema.
La creación de un sistema embebido, desde la ideación hasta el prototipo, es un proceso complejo y difícil. Cada fase del proceso es crucial para el éxito general del producto. Por lo tanto, es crucial para el equipo de diseño tener las habilidades necesarias, la experiencia y el conocimiento técnico para llevar a cabo el trabajo de manera efectiva. Con el trabajo adecuado, cualquier idea puede convertirse en un producto exitoso.