Встраиваемые системы управления (Embedded system) - это системы, которые работают внутри других устройств и управляют их функциями. Они могут выполнять различные задачи, такие как контроль температуры, скорости, давления, света, звука и других параметров и обычно имеют специальное программное обеспечение, определяющее их поведение и реакцию на внешние события.
Они состоят из микропроцессора, памяти и периферийных устройств, которые находятся на одном кристалле, могут работать в реальном времени, то есть быстро отвечать на изменения в окружающей среде. Они могут быть автономными или связанными с другими системами по сети.
Особенности встраиваемых систем зависят от их целей, требований и ограничений. Некоторые из них это:
- Минимальное собственное энергопотребление. Встраиваемые системы часто работают от батарей или других источников энергии, поэтому они должны быть энергоэффективными. Они также должны учитывать внешние факторы, такие как температура, влажность и вибрация, которые могут влиять на их работу.
- Минимальные собственные габариты и вес. Встраиваемые системы должны помещаться внутрь устройства, которым они управляют, поэтому они должны быть компактными и легкими. Они также должны иметь прочный и жесткий корпус, который защищает их от повреждений.
- Микропроцессор и системная логика, а также ключевые микросхемы по возможности совмещены на одном кристалле. Это уменьшает количество проводов и разъемов, которые могут быть источниками ошибок и неисправностей. Это также упрощает процесс разработки и тестирования встраиваемых систем.
- Специальные требования по радиационной и электромагнитной стойкости, работоспособность в вакууме, гарантированное время наработки, срок доступности решения на рынке и т. д. Встраиваемые системы могут использоваться в критических областях, таких как военная, космическая или медицинская, поэтому они должны быть надежными и безопасными. Они также должны соответствовать стандартам и нормам, которые регулируют их производство и эксплуатацию.
Вот некоторые примеры встраиваемых систем, с которыми сталкивается обычный человек в повседневной жизни:
- Смартфон. Это устройство, которое объединяет функции телефона, камеры, музыкального плеера, Интернет-браузера, игровой консоли и других приложений в одном устройстве. Смартфон имеет встроенный микропроцессор, память, дисплей, сенсоры, модули связи и другие компоненты, которые работают под управлением операционной системы.
- Смарт-часы. Это устройство, которое показывает время, дату, погоду, уведомления, пульс, шаги и другие данные, связанные с активностью и здоровьем пользователя. Смарт-часы имеют встроенный микропроцессор, память, дисплей, сенсоры, аккумулятор, модули связи и другие компоненты, которые работают под управлением операционной системы.
- Система навигации GPS. Это устройство, которое определяет местоположение устройства по спутниковым сигналам и предоставляет информацию о маршруте, расстоянии, скорости и пробках. Система навигации GPS имеет встроенный микропроцессор, память, дисплей, приемник, антенну и другие компоненты, которые работают под управлением операционной системы.
- Светофор. Это устройство, которое регулирует движение транспорта и пешеходов на перекрестках. Светофор имеет встроенный микроконтроллер, который управляет работой светодиодов, датчиков, таймера и других компонентов по заданному алгоритму.
- Банкомат. Это устройство, которое позволяет пользователям совершать различные финансовые операции, такие как снятие наличных, перевод денег, оплата счетов и другие. Банкомат имеет встроенный микропроцессор, память, дисплей, клавиатуру, считыватель карт, принтер, модем и другие компоненты, которые работают под управлением специального программного обеспечения.
- Принтер. Это устройство, которое печатает текст или изображения на бумаге или других носителях. Принтер имеет встроенный микропроцессор, память, дисплей, считыватель карт, интерфейсы, механизмы подачи и перемещения бумаги, картриджи с чернилами или тонером и другие компоненты, которые работают под управлением операционной системы или драйвера.
- Микроволновая печь. Это устройство, которое использует электромагнитные волны для нагрева продуктов. Микроволновая печь имеет встроенный микроконтроллер, который управляет временем, мощностью и режимом нагрева по автоматически по заданным параметрам.
- Кофемашина. Это устройство, которое готовит кофе по различным рецептам из зерен, молока, сахара и других ингредиентов. Кофемашина имеет встроенный микроконтроллер, который управляет работой мельницы, насоса, нагревателя, дозатора, датчиков, дисплея и других компонентов автоматически по заданным параметрам.
- Стиральная машина. Это устройство, которое использует воду и моющие средства для очистки белья. Стиральная машина имеет встроенный микроконтроллер, который управляет работой двигателя, насоса, клапанов, датчиков, таймера и других компонентов по заданной программе.
- Телевизор. Это устройство, которое воспроизводит видео и аудио сигналы с различных источников, таких как антенна, кабель, спутник, Интернет, DVD-плеер и другие. Телевизор имеет встроенный микропроцессор, память, дисплей, динамики, пульт дистанционного управления, тюнер, декодер, модули связи и другие компоненты, которые работают под управлением операционной системы.
Какие преимущества и недостатки имеют встраиваемые системы по сравнению с обычными компьютерами?
Встраиваемые системы - это системы, которые работают внутри других устройств. Обычные компьютеры - это системы, которые работают самостоятельно и выполняют различные задачи.
Встраиваемые системы и обычные компьютеры имеют свои преимущества и недостатки по сравнению друг с другом. Некоторые из них это:
Преимущества встраиваемых систем:
- Они могут быть внедрены в любые среды и устройства, где требуется автоматизация, контроль или мониторинг.
- Они имеют минимальное энергопотребление, габариты и вес, что позволяет экономить ресурсы и пространство.
- Они имеют высокую надежность, безопасность и стабильность работы, так как они специализированы на определенных задачах и защищены от внешних воздействий.
- Они могут работать в реальном времени, то есть быстро реагировать на изменения в окружающей среде.
Недостатки встраиваемых систем:
- Они имеют ограниченные возможности и функциональность, так как они зависят от характеристик и требований устройства, в которое они встроены.
- Они имеют сложный и дорогостоящий процесс разработки, тестирования и поддержки, так как они должны соответствовать стандартам и нормам, которые регулируют их производство и эксплуатацию.
- Они могут быть уязвимы для атак злоумышленников, которые могут попытаться взломать их или заразить вредоносным кодом.
В чем отличие встраиваемых систем и интернета вещей?
Встраиваемые системы и Интернет вещей - это два разных, но связанных понятия. Интернет вещей - это система взаимосвязанных вычислительных устройств, которые могут собирать и передавать данные по беспроводной сети без участия человека.
Речь идет не только о ноутбуках и смартфонах, но и о любых объектах, которым можно назначить сетевой адрес и которые могут передавать данные по сети.
Отличие встраиваемых систем и Интернета вещей заключается в том, что встраиваемые системы обычно специализированы на определенных задачах и чаще всего работают в изолированном режиме, тогда как Интернет вещей предполагает взаимодействие между разными устройствами и системами через облачное соединение.
Встраиваемые системы могут быть частью Интернета вещей, если они подключены к сети и могут обмениваться данными с другими устройствами или облаком.
Примером встраиваемой системы, которая может быть частью Интернета вещей, является умный термостат. Это устройство управляет температурой в помещении, адаптируясь к предпочтениям и расписанию пользователя.
Умный термостат подключается к интернету через Wi-Fi или другой протокол и может обмениваться данными с другими устройствами, такими как смартфоны, планшеты, компьютеры или облачные сервисы. Это позволяет пользователю удаленно управлять термостатом, получать уведомления о состоянии системы, экономить энергию и повышать комфорт.
Смотрите также: Микроконтроллеры, встраиваемая электроника и семейство плат Arduino
Андрей Повный