3. Integracion de sistemas mecatrónicos

3.1 Metodología para la solución de problemas de ingeniería

La resolucion de problemas es una parte clave de los cursos de ingeniería. Por lo tanto, es importante tener una estrategia consistente para resolver los problemas, también que sea lo bastante general como para funcionar en distintas áreas.
La metodología que usaremos tiene cinco pasos:

1.Plantear el problema claramente:
Es un extremo importante preparar un enunciado claro y conciso del problema para evitar cualquier malentendido. Para el ejemplo, el enunciado del problema es el siguiente:
"Calcular la media de una serie de temperaturas. Graficar los valores de tiempo y temperatura".

2. Descripción de entradas/salidas:
El segundo paso consiste en describir cuidadosamente la información que se da para resolver el problema y luego identificar los valores que se deben calcular. Estos elementos representan las entradas y salidas del problema y pueden llamarse colectivamente entrada/salida o E/S.
En muchos problemas resulta útil hacer un diagrama que muestre las entradas y salidas. En este punto, el programa para determinar las salidas: solo estamos mostrando la información que se usara para calcular la salida.

3. Ejemplo a mano:
El tercer paso es resolver el problema a mano o con una calculadora, empleando un conjunto sencillo de datos. Se trata de un paso muy importante y no debe pasarse por alto, ni siquiera en problemas sencillos. Este es el paso en que se detalla la solución del problema. Si no podemos tomar un conjunto sencillo de números y calcular el siguiente paso, no estamos preparados para continuar con el siguiente paso; debemos releer el problema y tal vez consultar material de referencia.

4. Solución:
Una vez que podamos resolver el problema para un conjunto sencillo de datos, estamos listos para desarrollar un algoritmo: un bosquejo paso a paso de la solución del problema.
Si el problema es complejo puede ser necesario escribir a grandes rasgos los planos y luego descomponer esos pasos en otros mas pequeños .
En este paso estamos preparados para realizar el programa correspondiente.

5. Prueba:
El paso final de nuestro proceso de resolucion de problemas es probar la solución. Primero debemos probar la solución con los datos del ejemplo a mano porque ya calculamos la solución antes.

3.2 Criterios de selección de componentes y dispositivos

 

Se denomina componente electrónico a aquellos dispositivos que forma parte de un circuito electrónico. Se suele encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o mas terminales o pastillas metalicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.

Hay que diferenciar entre componentes y elementos.
Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes.
Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.

De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones. Seguidamente se detallan las comúnmente mas aceptadas:

1. Según su estructura física
    -Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores,
                      condensadores, diodos, transistores, etc.
    -Integrados: forman conjuntos mas complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o
                        una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta
                        millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.

2. Según el material base de fabricacion
    -Semiconductores: también conocidos como componentes de estado solido, son los componentes "estrella" en casi todos los circuitos electrónicos. Se obtienen a partir de materiales, semiconductores, especialmente del silicio aunque para determinadas aplicaciones aun se usa germanio.
    - No semiconductores

3. Según su funcionamiento
-Activos: proporcionan excitacion eléctrica, ganancia o control.
Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo.
Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores.
Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.

-Pasivos: son los encargados de la conexion entre los diferentes componentes activos, asegurando la transmisión de las señales eléctricas o modificando su nivel.
Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.

3.3 Interacción de componentes y dispositivos

El espectador auge de los sistemas abiertos y distribuidos, junto con la creciente necesidad de un mercado global de componentes, hacen preciso un cambio en la forma en la que se desarrollan actualmente las aplicaciones. Conceptos como la reutilizacion, la evolucion dinámica o la composición tardía, fundamentalmente en esos entornos, obligan a una clara separación entre los aspectos computacionales e interoperacionales de los componentes.
Deber ser posible por tanto disponer de mecanismos que permitan incorporar de una forma modular  a los componentes tanto los requisitos exigidos por el usuario, como aquellos derivados de su ejecución en este tipo tan especial de sistemas.

Desde el punto de vista de la arquitectura software estos problemas suelen tratarse mediante la definición de componentes y conectores. Los componentes encapsulan los aspectos computacionales de la aplicacion, mientras que los conectores describen los patrones de interacción entre ellos.
Sin embargo, este enfoque presenta ciertas limitaciones, puesto que los conectores permiten expresar y gestionar de forma efectiva las interconexiones y sincronización entre los componentes, pero se ha visto que no son suficientes a la hora de abstraer otras propiedades y otros requisitos específicos, como pueden ser la búsqueda dinámica de recursos, las políticas de distribución de las cargas, o la fiabilidad.
Un enfoque mas apropiado para solucionar este tipo de problemas se basa en poder diseñar componentes genéricos, que puedan ser especializados mas tarde para tener en cuenta las características y requisitos particulares de los sistemas y aplicaciones en donde se integran.
Los conectores encapsulan dichas particularizaciones, permitiendo simplificar tanto a los sistemas como a los componentes de todos aquellos requisitos específicos de un sistema, dominio o aplicacion concreta. Este es el enfoque utilizado por diversos autores, que consideran componentes como cajas negras que modifican su comportamiento de forma reflexiva a través de otras entidades, denominadas meta-actores, filtros o capas en sus modelos, y que nosotros hemos llamado controladores.