Para lograr el éxito en el desarrollo y la implementación de dispositivos IoT, es importante saber reconocer los posibles obstáculos para el diseño y la implementación, y hacer las preguntas oportunas que lleven a superar los problemas.

Los diseñadores y desarrolladores necesitan las soluciones y herramientas correctas que les ayuden a superar los retos de integración y diseño complejos, como los siguientes:

• Vida útil de la batería
• Alimentación y señal
• Interferencias
• Pruebas de cumplimiento de normativas

Si bien hay disponibles soluciones a estos problemas, son pocos los proveedores que pueden ofrecer una solución completa para las pruebas y mediciones. Keysight Technologies es uno de estos proveedores selectos. Veamos cómo pueden ayudar a los diseñadores y desarrolladores con sus retos comunes de IoT.

Maximizar la duración de la batería para dispositivos inteligentes de IoT

• ¿Cuánto tiempo puede durar mi batería?
• ¿Mi dispositivo consume alimentación innecesaria?

Probablemente estas sean las preguntas que más se repiten sobre la gestión de la alimentación de las baterías.

Maximizar la duración de las baterías pequeñas integradas puede ser complicado. Los dispositivos de IoT deben funcionar durante períodos largos entre carga y carga, y en el caso de algunos dispositivos, un fallo de la batería es inadmisible.

Equipos como medidores de fuente, analizadores de potencia DC y multímetros digitales pueden presentarle los datos que necesita para comprender los patrones de consumo de corriente y la duración de la batería de los dispositivos e identificar así oportunidades para mejorar estos parámetros.

Problemas de integridad de señal y potencia

• ¿Cómo soluciono problemas de interferencias, diafonía, pérdidas excesivas, impedancias, desajustes y fluctuaciones de corriente?

La fiabilidad de las señales y la alimentación son otros problemas que podrían aparecer en su dispositivo de IoT. Comprobarlos supone medir la frecuencia y el nivel de alimentación del dispositivo y decodificar las señales o extraer los datos de las señales. Es importante poder depurar los componentes de RF, analógicos y digitales de su diseño, y los osciloscopios de la serie Infiniivision pueden encargarse de esta tarea.

Interferencias por la conectividad inalámbrica multiformato

• ¿Mi dispositivo se comunica a la velocidad y en el radio de cobertura correctos?
• ¿Mi dispositivo puede funcionar en un entorno de señales denso con varias señales inalámbricas transmitiéndose en el mismo espectro?

Un reto común de los dispositivos IoT es la interferencia de las señales. Mantener la comunicación constante en campo puede ser problemático, por lo que necesita ver la señal en tiempo real para poder definir los problemas de su dispositivo. Observe cómo la señal interactúa con otras en su entorno, defina el problema y soluciónelo.

Cumplimiento de normativas EMI e inalámbricas

• ¿Cómo puedo tener garantías de que mi diseño cumplirá con las diferentes normativas?
• ¿Genera demasiadas emisiones mi dispositivo?
• ¿Tolera bien mi dispositivo las emisiones indeseadas?

Otro aspecto que preocupa a los diseñadores de IoT son las pruebas de cumplimiento fallidas, especialmente si se dan en las fases finales del desarrollo. Para comprobar previamente el cumplimiento, se puede usar un software que simule las emisiones radiadas de circuitos y componentes y tener así más posibilidades de éxito y pasar la prueba de EMI a la primera. De nuevo, seleccionar el instrumento de medición correcto es fundamental, para ello puede dirigirse a la amplia oferta de analizadores y generadores de frecuencia de Keysight.

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Sin embargo, para trabajar de forma segura y obtener los mejores resultados, es importante que las pruebas se realicen correctamente. Estas sugerencias pueden resultarle útiles, pero recuerde que es esencial seguir en todo momento las instrucciones del fabricante para hacer el mejor uso posible del equipo de prueba, e igualmente importante es cumplir las normas aplicables y proceder conforme a las buenas prácticas de trabajo.

1. Use los cables de prueba adecuados
   Los fabricantes de medidores de resistencia de aislamiento no tienen fácil producir conjuntos de cables de pruebas que faciliten el uso seguro de sus instrumentos. Use siempre un cable diseñado para el instrumento, apropiado para la tensión de prueba que planifica usar y adecuado para el objeto en el que esté trabajando. Si las conexiones no pueden realizarse de forma segura, el cable podría desconectarse accidentalmente y el objeto que se está midiendo queda cargado con una tensión alta peligrosa. No use nunca cables de prueba con signos visibles de daños y no intente jamás reparar cables dañados o desgastados: la única opción segura es sustituirlos.
2. Elija la mejor tensión de prueba
   Actualmente hay disponibles equipos de pruebas que admiten tensiones de hasta 15 kV. Con tensiones más altas, se puede obtener información más reveladora sobre el estado del aislamiento del objeto sometido a prueba, pero si esta tensión es demasiado alta para la capacidad de un objeto concreto, los daños pueden ser considerables. Consulte siempre los datos del proveedor del objeto sometido a prueba y siga las pautas para las pruebas. Si no es posible, consulte al fabricante del medidor de aislamiento.
3. Seleccione la prueba correcta
   Con una medición rápida de la resistencia puede bastar para obtener datos útiles, pero los equipos de prueba modernos de resistencia del aislamiento ofrecen mucha más funcionalidad. Por lo general, permiten medir el índice de polarización (PI), la relación de absorción dieléctrica (DAR), el desplazamiento dieléctrico (DD), la tensión en intervalos (SV) y las pruebas de rampa. El manual del equipo debería detallar información sobre estas pruebas y cómo realizarlas, si no es así, consulte al fabricante. Algunas de las pruebas más avanzadas tardan algo más en realizarse, pero presentan información mucho más fiable sobre el estado del aislamiento.
4. Asegúrese de saber qué se incluye en la prueba
   Una inspección exhaustiva de la instalación es importante para saber qué equipo está conectado, ya que será el que se incluya en la prueba. Este paso es especialmente necesario si es difícil o costoso desconectar los circuitos y objetos sometidos a prueba. También hay que prestar especial atención a los conductores que salen de la instalación. Cuantos más equipos se incluyan en una prueba, más bajas serán las lecturas. En este caso, el equipo de conexión podría estar enmascarando la resistencia de aislamiento real del objeto.
5. Utilice un instrumento con un rango de medición alto
   Si el instrumento muestra todas las lecturas anteriores, por ejemplo, 1 TΩ como resistencia infinita, no tiene forma de saber que la resistencia de aislamiento del objeto en prueba se ha reducido de 30 TΩ a 2 TΩ desde la última vez que la midió. Este último resultado podría estar dentro del rango considerado aceptable para el objeto, pero una reducción importante en la resistencia, como esta, suele ser un indicio temprano de que se está desarrollando un problema. Un instrumento con un rango de medición alto le alertará de esta situación.
6. Complete la prueba antes de desconectar el equipo de prueba
   Los objetos en prueba pueden conservar bastante carga, y si las mediciones se realizan cuando las tensiones son altas, la carga almacenada puede ser letal. Los medidores modernos le protegen descargando el objeto de forma segura cuando la prueba ha finalizado o cuando el usuario la cancela. Sin embargo, si los cables de prueba se desconectan antes, la función de descarga no podrá realizarse y el objeto en prueba permanecerá cargado, con el consiguiente peligro.
7. Use el terminal de protección
   Las fugas superficiales en los objetos en prueba como casquillos pueden reducir su resistencia de aislamiento aparente, lo que ha causado que muchos aisladores acaben en la basura cuando lo único que realmente necesitaban era una limpieza. Usar el terminal de protección del equipo de prueba reduce sustancialmente el efecto de la fuga superficial en los resultados de las mediciones. Estos terminales suelen conectarse a un cable sin aislamiento arrollado en la superficie del objeto sometido a prueba. No olvide tampoco que tomar dos medidas, una con el terminal conectado y otra sin, puede arrojar una indicación fiable de si el aislador necesita limpiarse.
8. Registre y elabore tendencias de sus resultados
   Una única medición de la resistencia del aislamiento puede confirmar rápidamente el estado del aislamiento, pero una serie de mediciones en un intervalo de tiempo, con los resultados registrados y analizados en una tendencia, le dará mucha más información. Si la resistencia del aislamiento del objeto en prueba se va reduciendo con el tiempo, puede ser buena idea averiguar las razones mucho antes de que se desencadene el fallo. Los registros precisos también arrojarán rápidamente cualquier desviación repentina respecto a los valores de resistencia usuales, un indicativo claro de que es necesaria una investigación más detallada.

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Permiten a los alumnos adquirir competencias explorando los conceptos teóricos impartidos en el aula. Los experimentos en un entorno de laboratorio también sirven para que los alumnos amplíen conocimientos trasladando los conceptos a aplicaciones reales. La facultad desempeña un papel fundamental para el desarrollo, la organización y la evaluación de estas sesiones en laboratorios.

Principales dificultades para la organización y el desarrollo de laboratorios prácticos

Un estudio independiente sobre las principales dificultades para el personal docente y los alumnos universitarios arroja resultados concluyentes: un flujo de trabajo estructurado y estandarizado supondría una mejora importante para las prácticas de laboratorio. El estudio reveló que el proceso de diseño y creación de un experimento de laboratorio es el paso más difícil para los educadores. Por otra parte, mantener los cursos actualizados puede requerir mucho tiempo. Cuando un laboratorio se actualiza, el docente debe renovar todo los materiales del curso conforme a las características de los equipos nuevos. Algunos de los principales retos pasan por elaborar varios manuales para cada alumno o banco de pruebas del laboratorio, impartir la clase, garantizar que las instrucciones son claras para los alumnos, y reunir y evaluar los resultados al final del laboratorio. La figura 1 muestra el flujo de trabajo normalmente asociado al desarrollo y la práctica de clases de laboratorio en un programa universitario. En primer lugar, el profesor debe crear los experimentos y validar los procedimientos. Como ya hemos indicado, este paso suele ser el más tedioso por el tiempo que requiere. Después, debe elaborar y repartir los manuales con los objetivos, las listas de equipos, la teoría y el procedimiento para completar el ejercicio en el entorno de laboratorio. Esta documentación suele detallar cómo y qué información le interesa al profesor que el alumno produzca al final de la sesión. Seguidamente, debe impartir las clases y reunir los resultados para por último evaluar e informar del trabajo realizado por cada alumno.

Por su parte, el alumno debe reunir los resultados de sus mediciones, bocetos o capturas de pantallas de gráficos, y generar informes que documenten sus actividades en el laboratorio. Estos informes no suelen seguir siempre el mismo formato, por lo que el proceso de revisión y evaluación resulta más difícil.

Administración eficiente de los materiales para los laboratorios prácticos

Tektronix ofrece una amplia gama de herramientas e instrumentos que ayudan con el desarrollo y la distribución del contenido del curso. La última solución de Tektronix para el sector educativo, TBS2000 y el ecosistema Courseware, permite al profesor crear rápidamente experimentos de laboratorio y distribuirlos de forma eficiente a cada estación de trabajo. Los alumnos obtienen instrucciones paso a paso detalladas con diagramas y fotografías de los experimentos, y además cuentan con los medios para crear automáticamente un informe estandarizado y enviarlo al profesor. Tektronix también ha creado y mantiene una plataforma web gratuita en la que se congregan usuarios de todos los idiomas para compartir materiales de laboratorio. Los profesores pueden buscar y descargar cursos completos para volver a usarlos o para inspirarse. Tektronix Courseware se basa en tres pasos sencillos: crear, ejecutar y recopilar. La figura 2 muestra la idea conceptual del ecosistema de Courseware.

Crear el material del curso

El primer paso para un experimento de laboratorio nuevo es diseñarlo y crear las instrucciones detalladas. Suele ser también el proceso que más tiempo lleva. Tektronix Courseware incluye la herramienta PC Editor que estandariza el formato del laboratorio con potentes funciones de edición integradas. Esta interfaz Windows facilita La inserción de instrucciones y descripciones de texto, imágenes, tablas y fórmulas. La herramienta de software gratuita está disponible para cualquier miembro de la facultad, por lo que se facilita el poder compartir los materiales y estandarizar el formato de los laboratorios en la institución. De este modo, la facultad puede establecer y garantizar sus propios estándares para la elaboración de los materiales del curso, con la consiguiente mejora de la productividad y de los conocimientos adquiridos por los alumnos.

Courseware organiza el laboratorio en dos secciones básicas: la primera es un área de formato libre para incluir una descripción en la que puede relacionarse todo tipo de información sobre los objetivos, la teoría y los equipos relacionados con el experimento. En esta sección se pueden detallar y actualizar consejos, listas de comprobación y obstáculos. La segunda área es la sección de procedimientos, que con un formato estructurado permite al profesor explicar instrucciones paso a paso para completar el experimento y documentar los resultados.

Otra alternativa es recurrir a la creciente comunidad online de Courseware. En ella otros compañeros docentes han cargado casi 700 cursos diferentes, muchos en otros idiomas que no son inglés. Los cursos se pueden descargar en cualquier momento y también se pueden realizar aportaciones subiendo su propio material de Courseware.

Ejecución de su laboratorio Courseware

Con el material para el laboratorio ya creado, puede distribuirse y cargarse al instante en cada TBS2000 del laboratorio. Si su laboratorio usa TekSmartLab, puede actualizar hasta 100 estaciones con sólo pulsar un botón. En caso contrario, sólo necesita una unidad USB para actualizar los osciloscopios. Cada TBS2000 tiene capacidad para hasta ocho cursos, y cada curso puede contener treinta o más laboratorios o ejercicios individuales. Ahora, los ejercicios son una serie de menús integrados en el osciloscopio TBS2000 mediante el uso de una interfaz, como muestra la figura 4.

Ya que el laboratorio se distribuye por medios electrónicos, puede prescindir de manuales impresos que tienen que repartirse entre los alumnos cada año. Si un laboratorio en concreto tiene que actualizarse, se puede hacer fácilmente a través de las características Editor y TekSmartLab.

Recopilación de datos y generación de informes

En la fase final de un laboratorio práctico, el alumno se encarga de documentar sus hallazgos y elaborar un informe de conclusiones para el profesor. Ya se ha hablado del desperdicio de tiempo y recursos asociado a los manuales impresos, pero si el ejercicio se reduce a completar casillas o tablas con resultados, tampoco es un método de evaluación que garantice que el alumno haya comprendido realmente la naturaleza del ejercicio. Si es necesario trazar un plano o gráfico, los alumnos podrían acabar duplicando formas de onda a mano alzada, malgastando tiempo innecesariamente, o podrían tener que guardar capturas de pantalla en herramientas externas como Word o Excel. El resultado: los informes de cada alumno tendrán formatos diferentes por lo que el proceso de evaluación será más difícil y no seguirá siempre los mismos criterios.

El osciloscopio TBS2000 con Courseware optimiza este proceso de generación de informe. La función opcional Data Collection permite a los alumnos capturar la forma de onda deseada, guardar las capturas de pantalla y asociarlas a un paso concreto del laboratorio Courseware. Al final, puede crear informes HTML automáticamente con todos los datos capturados. Este informe puede incluir el nombre del alumno, su número de ID y comentarios, y se puede devolver al profesor mediante una unidad de almacenamiento extraíble o al instante, con las funciones de TekSmartLab.

Como todo en la vida, cuando trabajamos de forma inteligente y usamos las herramientas colaborativas, obtenemos importantes mejoras de productividad y calidad. Estas características están proliferando rápidamente en los laboratorios de enseñanza. Courseware y Tektronix TBS2000 presentan a los profesores una estructura estandarizada para desarrollar, organizar y ejecutar laboratorios, y para reunir y cotejar el trabajo de los alumnos. En la educación superior la competitividad es alta, las mejores universidades luchan por atraer a los jóvenes de más talento para que cursen estudios en sus centros. Estos alumnos requieren los mejores laboratorios. Las herramientas como Courseware, TBS2000 y TekSmartLab dan a los docentes esos diferenciadores clave en sus laboratorios de enseñanza: eficiencia y facilidad de uso.

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