El anteproyecto de ingeniería
Un sensor que despierta un décimo de segundo por minuto a 20 mA y duerme a 5 μA dura casi seis años con dos pilas AA. Si al dormir consume 50 μA, dura menos de tres: el modo de reposo decide la autonomía.
01Qué contiene un anteproyecto
El anteproyecto es el documento que demuestra, antes de construir, que la solución propuesta va a cumplir la especificación. No es el diseño de detalle —los esquemas completos y la placa vienen después—, sino las decisiones de arquitectura justificadas con cálculos. Un anteproyecto típico incluye:
| Parte | Qué dice |
|---|---|
| Memoria descriptiva | El problema, el usuario, el alcance y lo que queda afuera |
| Especificación | Los requisitos cuantitativos y verificables |
| Diagrama en bloques | Las funciones, las interfaces entre ellas y las señales que las unen |
| Selección de componentes principales | El microcontrolador, el sensor, la radio, la fuente, con las alternativas descartadas y por qué |
| Presupuestos de dimensionamiento | Energía, error de medición, enlace de radio, disipación, tiempos de respuesta |
| Plan de ensayos | Cómo se verificará cada punto de la especificación |
| Costos y cronograma preliminares | La lista de materiales valorizada y las etapas |
02Los presupuestos de dimensionamiento
Un presupuesto reparte un recurso limitado entre los bloques y verifica que alcance con margen. El de error suma las incertidumbres de sensor, acondicionamiento y conversor, como se vio en Medidas; el de enlace suma potencias, ganancias y pérdidas hasta la sensibilidad del receptor; el térmico verifica temperaturas de juntura con la disipación de cada componente, y alimenta la estimación de confiabilidad. En un equipo a batería, el más importante es el de energía: con ciclos de actividad y reposo, la corriente media es
Un nodo que despierta cada T segundos, mide y transmite durante ta con corriente Ia, y duerme el resto del tiempo con Is. La curva es la autonomía en años en función del período, con escala logarítmica; el punto amarillo es el diseño elegido.
03El plan de ensayos
Cada punto de la especificación necesita un ensayo que diga cómo se medirá, con qué instrumento, en qué condiciones y cuál es el criterio de aceptación. Escribirlo en el anteproyecto obliga a que la especificación sea verificable y anticipa el instrumental que hará falta. Los ensayos de laboratorio de la carrera —de Medidas I y II— son la base; los de cumplimiento normativo, si el producto los requiere, suelen hacerse en un laboratorio externo y conviene presupuestarlos. La tecnología de fabricación se definió en tecnología constructiva.
04En el laboratorio
Dibujar el diagrama en bloques del proyecto final con las interfaces, las tensiones de alimentación y las señales entre bloques.
Medir con una resistencia de muestra y el osciloscopio el perfil de corriente de un microcontrolador que duerme y despierta, y comparar con el presupuesto.
Armar una tabla con cada especificación, el ensayo que la verifica y el instrumento necesario.
05Errores frecuentes
- Tomar la corriente de reposo de la hoja de datos del microcontrolador solo. Reguladores, divisores, sensores y pull-ups también consumen.
- Usar la capacidad nominal completa de la batería. A baja temperatura o con picos de corriente se aprovecha bastante menos.
- Prometer autonomías de décadas. La autodescarga de la batería pone un límite de pocos años a una década.
- Dejar el plan de ensayos para el final. Si una especificación no se puede ensayar, hay que reescribirla ahora.
06Autoevaluación
¿Qué corriente media tiene el nodo del laboratorio con sus valores iniciales?
Unos 38,3 μA.
¿Qué autonomía da con dos pilas AA?
Casi 6 años: \( 0{,}8 \cdot 2500 / 0{,}0383 \approx 52\,000 \) horas.
¿Y con una pila botón CR2032?
Poco más de medio año.
¿Qué diferencia hay entre anteproyecto y diseño de detalle?
El anteproyecto fija y justifica la arquitectura con cálculos; el diseño de detalle produce los esquemas, la placa y el software completos.
07Para ampliar
- Karl T. Ulrich y Steven D. Eppinger. Diseño y desarrollo de productos. McGraw-Hill. La arquitectura del producto y el diseño a nivel de sistema.
- Elecia White. Making Embedded Systems. 2.ª ed., O'Reilly, 2024. La arquitectura de sistemas embebidos y la reducción de consumo.
- Paul Horowitz y Winfield Hill. The Art of Electronics. 3.ª ed., Cambridge University Press, 2015. El diseño de circuitos de bajo consumo y la elección de componentes.