Internet Of Things

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Juan David Sanchez Tasconcodigo: 1113671926Estudiante Ingenieria Electronica UNAD

La nueva revolucion tecnologica las iot

¿Que es el internet de las cosas (I-O-T)

El Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) es una red de objetos físicos conectados a internet, que pueden recopilar y compartir datos entre ellos. Estos objetos, como electrodomésticos, vehículos o sensores, tienen chips o tecnología que les permite comunicarse sin necesidad de intervención humana.

Las principales características del Internet de las Cosas (IoT) son:

Conectividad: Los dispositivos están conectados a internet, permitiendo el intercambio de datos.Automatización: Los dispositivos pueden realizar tareas automáticamente, sin intervención humana.Interacción en tiempo real: Los objetos recopilan y transmiten datos en tiempo real.Sensores: Los dispositivos IoT suelen incluir sensores para monitorear su entorno o recoger datos específicos.Escalabilidad: Se pueden agregar muchos dispositivos a la red sin afectar su funcionamiento.Interoperabilidad: Diferentes tipos de dispositivos pueden comunicarse y trabajar juntos.Procesamiento de datos: Analizan grandes volúmenes de datos para tomar decisiones o optimizar procesos.

Caracteristicas de la iot

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Salud: Dispositivos médicos conectados, como monitores de ritmo cardíaco, sensores de glucosa o pulseras de actividad física que envían datos a médicos para un mejor seguimiento de la salud

Automóviles conectados: Coches que se comunican con otros vehículos o infraestructuras para evitar accidentes, encontrar rutas óptimas o gestionar el mantenimiento del vehículo.

Agricultura inteligente: Sensores que monitorean el clima, la humedad del suelo y el crecimiento de los cultivos para optimizar el uso de agua y fertilizantes.

Cada una de estas aplicaciones ayuda a automatizar tareas, mejorar la eficiencia y tomar decisiones más informadas en tiempo real.

Industria (IoT industrial): Maquinarias y sensores en fábricas que monitorean la producción, optimizan el mantenimiento de equipos y mejoran la eficiencia operativa.

Ciudades inteligentes: Uso de sensores para monitorear el tráfico, gestionar el consumo de energía, detectar fugas de agua, controlar la iluminación pública y mejorar la gestión de residuos.

Hogares inteligentes: Dispositivos como luces, termostatos, cámaras de seguridad y electrodomésticos que se pueden controlar a distancia desde un smartphone o mediante comandos de voz (ej. Alexa, Google Home).

El Internet de las Cosas (IoT) tiene muchas aplicaciones prácticas en diferentes campos

Aplicaciones del internet de las cosas

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Al diseñar una PCB para aplicaciones IoT, se deben considerar varias características clave para asegurar un rendimiento óptimo.

Tamaño compacto: Los dispositivos IoT suelen ser pequeños, como sensores o wearables, por lo que las PCBs deben ser compactas y optimizar el espacio, integrando todos los componentes de manera eficiente sin sacrificar el rendimiento.Baja potencia: Los dispositivos IoT funcionan con baterías o tienen requerimientos de energía limitados. Es crucial diseñar una PCB que consuma poca energía para prolongar la vida útil del dispositivo y asegurar su operación continua.Conectividad inalámbrica: Dado que los dispositivos IoT se comunican a través de internet, es fundamental integrar módulos de conectividad inalámbrica (como Wi-Fi, Bluetooth o LoRa) en la PCB. El diseño debe minimizar las interferencias y garantizar una señal estable..

características para el diseño de PCB para IoT.

Estas son algunas reglas para el diseño de las PCB's existen muchas mas recomendaciones que permiten muchas mas calidad y precicion para los diseños electronicos pero en general para muchas aplicaciones estas tres Reglas son muy comunmente utilizadas .

Tres Reglas para el diseño de PCB

Planos de tierra y alimentacion

Ancho de pista Adecuado

Separacion entre pistas

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Tres normativas para el diseño electronico

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Normativa IEC 60950-1 / IEC 62368-1

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RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) - Directiva 2011/65/UE

ISO 9001 (Sistemas de Gestión de Calidad)

Existen diversas normativas internacionales que regulan el diseño de productos electrónicos para asegurar que cumplan con estándares de seguridad, calidad y compatibilidad, todo esto se hace para controlar y regular a la empresas fabricantes para entregar productos electronicos de muy buena calidad y que protejan a los consumidores, tambien tienen objetivo la proteccion del ambiente.

Definición de Requerimientos (Funcionales y Mecánicos)

Crea el diseño de PCB en blanco

Diseño del Esquema (Schematic Design)

Diseño de la Placa (Layout)

Verificación de DRC y ERC (Reglas de Diseño y Eléctricas)

Generación de Archivos (Gerber, BOM, etc.)

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Metodologia para el diseño de tarjetas electronicas

Prototipado (Fabricación del PCB)

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Pruebas y Validación (Test de Funcionalidad)

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Ajustes y Optimización (Redesign si es necesario)

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Producción en Masa

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Descripción: En esta etapa se crea el esquema del circuito electrónico, utilizando software de diseño asistido por computadora (CAD). El esquema representa cómo se conectan los componentes (resistencias, condensadores, ICs) y cómo fluirá la corriente a través del circuito.Importancia: El esquema es el fundamento sobre el cual se construye el PCB. Un error aquí puede afectar todo el diseño posterior.

Diseño del Esquema (Schematic Design)

Utilizar planos de tierra (GND) y alimentación (VCC) amplios, especialmente en circuitos que manejan señales de alta frecuencia o potencia. Estos planos ayudan a reducir el ruido electromagnético, mejoran la disipación de calor y garantizan una distribución estable de la energía en todo el circuito.

Planos de tierra y alimentación

Descripción: Se eligen los componentes que se van a utilizar, teniendo en cuenta sus especificaciones eléctricas, disponibilidad y coste. Además, se seleccionan los footprints o huellas de los componentes, es decir, las dimensiones y forma de los pads en el PCB donde se soldarán.Importancia: Elegir componentes incorrectos o footprints mal dimensionados puede llevar a problemas durante la fabricación y el ensamblaje de la placa.

Selección de Componentes y Footprints

Descripción: Una vez que el diseño ha sido validado y optimizado, el producto se lleva a producción en masa. Esto implica la fabricación y ensamblaje de grandes cantidades de PCBs según los estándares establecidos durante el proceso de diseño.Importancia: Es la última etapa donde el diseño pasa a ser un producto terminado y comercializable. Asegurar una producción en masa eficiente es clave para reducir costes y garantizar la calidad del producto final.

Producción en Masa

Descripción: En esta primera fase, se definen los requisitos generales del proyecto, tanto funcionales como mecánicos. Esto incluye especificaciones eléctricas (voltajes, corrientes, señales), tamaño físico, forma de la placa, y las interfaces necesarias para el funcionamiento del circuito.Importancia: Es crucial entender las necesidades del cliente o del sistema para evitar problemas en etapas posteriores. Aquí se determinan los objetivos del diseño y los posibles límites tecnológicos.

Definición de Requerimientos (Funcionales y Mecánicos)

Mantener una distancia mínima entre las pistas de cobre es esencial para evitar cortocircuitos y arcos eléctricos, especialmente en circuitos de alta tensión. La separación mínima depende del voltaje que maneje la PCB y debe cumplir con las normas del fabricante y las normas de seguridad.

Separación entre pistas (Clearance)

Descripción: Esta normativa limita el uso de ciertas sustancias peligrosas en equipos eléctricos y electrónicos. La directiva establece restricciones sobre el uso de plomo, mercurio, cadmio, cromo hexavalente, y retardantes de llama como el PBB y PBDE.Relevancia: Garantiza que los dispositivos electrónicos sean ambientalmente sostenibles y que no contengan materiales que puedan representar un riesgo para la salud humana o el medio ambiente.Aplicación: Afecta al diseño de todos los productos electrónicos vendidos en la Unión Europea, desde teléfonos móviles hasta electrodomésticos y equipos de oficina.

RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) - Directiva 2011/65/UE

Descripción: La norma ISO 9001 no se centra exclusivamente en el diseño electrónico, pero es fundamental para garantizar que los procesos de diseño, desarrollo y producción sigan los más altos estándares de calidad. Es un sistema de gestión de calidad reconocido internacionalmente.Relevancia: Ayuda a las empresas a estructurar sus procesos de diseño para asegurar que los productos electrónicos sean consistentes en términos de calidad, cumpliendo con las expectativas del cliente y los requisitos regulatorios.Aplicación: Es crucial para cualquier empresa que diseñe, fabrique o comercialice productos electrónicos, especialmente en sectores regulados como la automoción o la industria médica.

ISO 9001 (Sistemas de Gestión de Calidad)

Descripción: La norma IEC 60950-1 (seguridad de equipos de tecnología de la información) ha sido reemplazada por la IEC 62368-1, que cubre un enfoque más amplio para la seguridad de los equipos electrónicos. Es una normativa basada en principios de seguridad en lugar de reglas estrictas, y se aplica a una amplia gama de dispositivos, desde computadoras hasta equipos de telecomunicaciones y audio/vídeo.Relevancia: Garantiza que los productos electrónicos sean seguros en términos de protección contra descargas eléctricas, sobrecalentamiento, incendios y riesgos mecánicos.Aplicación: Es clave en el diseño de dispositivos electrónicos que se conectan a redes de telecomunicaciones o que son usados por el público en general.

Normativa IEC 60950-1 / IEC 62368-1

Descripción: El layout consiste en organizar físicamente los componentes en la placa y enrutar las pistas que conectan entre sí. Aquí se define la ubicación de los componentes en función de las restricciones mecánicas y eléctricas, y se trazan las conexiones que llevarán la señal y la energía.Importancia: Un buen layout es esencial para evitar interferencias electromagnéticas, asegurar un buen rendimiento térmico y asegurar la fiabilidad del circuito.

Diseño de la Placa (Layout)

El ancho de las pistas debe ser suficiente para manejar la corriente que va a circular sin sobrecalentarse ni generar pérdidas significativas. El cálculo del ancho de las pistas se basa en la corriente y la temperatura, y normalmente se utilizan herramientas para optimizar este parámetro.

iAncho de pista adecuado

Descripción: Una vez finalizado el diseño, se generan los archivos necesarios para la fabricación y ensamblaje del PCB. Los principales son:Archivos Gerber: Describen las capas de la placa (circuitos, máscara de soldadura, serigrafía).BOM (Bill of Materials): Lista de materiales que detalla todos los componentes utilizados.Pick and Place: Instrucciones para la colocación automática de componentes.Importancia: Estos archivos son los que la fábrica utiliza para producir el PCB y ensamblar los componentes.

Generación de Archivos (Gerber, BOM, etc.)

Descripción: Una vez fabricado el prototipo, se realizan pruebas eléctricas y funcionales para asegurar que la placa funciona según lo planeado. Esto puede incluir pruebas de continuidad, mediciones de señales y pruebas de resistencia.Importancia: Detectar fallos en esta fase es fundamental para ajustar el diseño y corregir posibles problemas antes de la producción masiva.

Pruebas y Validación (Test de Funcionalidad)

Descripción: Se realiza una verificación automática para asegurarse de que el diseño cumple con las reglas de diseño de la placa (DRC) y de las conexiones eléctricas (ERC). Las DRC comprueban si las pistas están correctamente separadas, si los componentes están bien posicionados, etc. Las ERC comprueban la integridad de las conexiones eléctricas.Importancia: Esta fase detecta errores que podrían hacer que el PCB no funcione correctamente o que no se pueda fabricar.

Verificación de DRC y ERC (Reglas de Diseño y Eléctricas)

Descripción: Si durante la fase de prueba se detectan errores o se observan oportunidades de mejora, se realizan ajustes al diseño. Esto puede implicar cambios en el layout, el esquema o la selección de componentes.Importancia: Optimizar el diseño en esta etapa mejora la eficiencia, el coste y la fiabilidad del producto final.

Ajustes y Optimización (Redesign si es necesario)

Descripción: En esta etapa, se envía el diseño a una fábrica para crear una serie de prototipos físicos de la placa. Esto incluye la creación del propio PCB, la aplicación de las capas y la colocación de los componentes.Importancia: Un prototipo permite verificar el diseño antes de pasar a la producción en masa, asegurando que el diseño cumple con las especificaciones.

Prototipado (Fabricación del PCB)

NO

yes

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