Exercicis: Programació de plaques controladores

Explica què és un algorisme i què és un programa, i quina diferència hi ha entre descriure'l en pseudocodi (amb paraules) i amb blocs gràfics.

Les instruccions del programa d'un semàfor estan desordenades: (a) esperar 2 segons, (b) encendre la llum vermella i apagar les altres, (c) encendre la llum verda i apagar les altres, (d) tornar al principi, (e) esperar 8 segons (apareix dues vegades en el cicle), (f) encendre la llum ambre i apagar les altres. Ordena-les correctament i descriu què fa el programa complet.

El diagrama de flux de la figura governa la barrera d'entrada d'un aparcament, però falta la pregunta del rombe. Escriu la condició que s'hauria de comprovar aquí i descriu el comportament complet de la barrera.

Explica què vol dir «llegir una entrada» en un programa de control i quina diferència hi ha entre llegir un polsador (que dona 0 o 1) i llegir un sensor de llum (que dona un nombre dins d'un interval).

Un programa té només aquestes línies: «repetir sempre: llegir el polsador; si està premut, encendre el LED; si no, apagar el LED». Descriu amb les teves paraules què fa el muntatge i raona què passaria si s'esborrés la part «si no, apagar el LED».

Explica què és una instrucció condicional («si... llavors... si no...») i escriu la condició que necessiten aquests dos avisos: una alarma que sona quan s'obre una porta i un avís que pita quan la temperatura passa de $40\ ^\circ\text{C}$.

Per a què serveix la instrucció «esperar» (una pausa) en un programa de control? Posa dos exemples en què, sense aquesta pausa, el sistema no faria la seva funció.

Explica per què gairebé tots els programes de les plaques controladores porten un bucle («repetir sempre») i descriu què faria un semàfor el programa del qual no tingués bucle.

Escriu en pseudocodi el programa complet d'un semàfor senzill: verd durant 8 segons, ambre durant 2, vermell durant 8, i tornar a començar. Indica a cada pas quins llums estan encesos i quins apagats.

Un llum d'escala funciona així: en prémer el botó s'encén; passats 30 segons s'apaga sol; i el cicle es pot repetir. Dibuixa o descriu el seu diagrama de flux i escriu després el pseudocodi corresponent.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

El diagrama de flux de la figura és el programa d'un robot seguidor de línia amb un únic sensor que va sobre la vora de la línia, però falta la condició del rombe. Completa-la, descriu què fa el robot en cada cas i raona què passarà quan la línia s'acabi.

La barrera d'un pàrquing només ha de pujar quan hi ha un cotxe esperant (sensor) i a més el conductor ha agafat el tiquet (polsador); baixa quan el cotxe ha passat (un segon sensor). Escriu el pseudocodi complet del cicle, combinant les dues condicions alhora.

Una alarma d'habitatge, en detectar la porta oberta, espera 10 segons abans de sonar per donar temps a desactivar-la amb un codi. Escriu el seu pseudocodi incloent-hi la comprovació del codi i explica per a què serveix aquest retard.

Un programa compta cotxes: «repetir sempre: esperar que el sensor passi de 0 a 1; sumar 1 a la variable cotxes». Explica què fa, per a què pot servir i quin problema apareix si un cotxe s'atura just a sobre del sensor.

Un programa de ventilador diu: «si la temperatura és més gran que $26\ ^\circ\text{C}$, apagar el ventilador; si és menor que $26\ ^\circ\text{C}$, encendre'l». Descriu el comportament real del ventilador i escriu el programa corregit.

En un semàfor amb botó per a vianants, el programa només llegeix el botó una vegada a cada cicle de 30 segons. Explica què nota el vianant en prémer i raona per què les pauses llargues dins del programa afecten la rapidesa de resposta del sistema.

El diagrama de flux de la figura governa la barrera de sortida d'un pàrquing, amb un sensor situat sota la barrera, però falta una de les condicions. Completa-la, descriu el comportament complet i explica quin accident evita aquesta segona comprovació.

Un equip de robòtica prova un rastrejador seguidors de línia amb dos sensors d'infrarojos (E i D) separats 2,0 cm, dissenyats per seguir una línia negra d'1,5 cm sobre fons blanc. El programa actual aplica la lògica clàssica: avançar recte si tots dos veuen blanc, girar a la dreta si D trepitja negre i a l'esquerra si E trepitja negre.

1. a) Prediu què succeirà en una corba molt tancada a 90° si el robot entra ràpid i els dos sensors queden alhora sobre el fons blanc fora de la línia. Justifica per què l'algorisme bàsic entra en fallada.
2. b) Dissenya en pseudocodi una millora que utilitzi una variable de memòria (ultim_vist) perquè el robot sàpiga cap a quin costat girar quan perd la línia per complet.
3. c) Si la pista tingués una línia negra ampla de 3,5 cm (més ampla que la distància entre sensors), prediu el comportament del robot en una recta i explica quina condició addicional hauries de programar per gestionar quan ambdós sensors detectin negre al mateix temps.

Un instal·lador programa la central d'alarma d'un habitatge amb un sensor magnètic a la porta, un altre a la finestra i un interruptor d'armat mitjançant aquest algorisme:

repetir sempre:

    si (armada == VERITABLE) i (porta == OBERTA o finestra == OBERTA) llavors:

        activar_sirena()

        esperar(60) // segons

        desactivar_sirena()

1. a) Analitza el codi i raona dues fallades crítiques de seguretat: què passa si un intrús obre la finestra, entra i la torna a tancar en 3,0 s? I què passa si transcorren els 60 s i l'intrús continua a dins amb la finestra oberta?
2. b) Dissenya en pseudocodi un algorisme robust amb variables d'estat que garanteixi: 1) un cop disparada, la sirena sonarà almenys 60 s encara que es torni a tancar l'accés; 2) no s'apagarà mentre persisteixi l'obertura dels sensors; i 3) si l'usuari apaga l'interruptor d'armat, la sirena s'aturarà immediatament en qualsevol instant.

Un estudiant programa l'encesa de la llum d'una escala comunitària: en prémer l'interruptor, la llum ha de romandre encesa 30 s i després apagar-se.

1. a) Si l'estudiant implementa el retard amb una funció bloquejant del tipus esperar(30), prediu què succeirà si un segon veí prem l'interruptor al cap de 15 s d'haver-se encès la llum. Compleix aquest comportament la funció d'un temporitzador d'escala rearmable? Justifica la teva resposta.
2. b) Dissenya en pseudocodi un sistema rearmable no bloquejant emprant una variable temps_restant i comprovacions periòdiques (per exemple, cada 1,0 s), de manera que cada nova pulsació reiniciï el compte enrere a 30 s sense apagar la llum.
3. c) Prediu quin risc hi ha si un polsador físic s'encalla i queda permanentment activat, i proposa una modificació lògica per evitar que la llum quedi encesa de manera indefinida.

Per a controlar un semàfor de vehicles que inclou un polsador de vianants de demanda, es comparen dues estructures de programació:

• Opció A (seqüencial lineal): bucle amb crides bloquejants esperar(t) successives (verd 30 s, ambre 3 s, vermell 15 s).

• Opció B (màquina d'estats): el sistema roman en l'estat COTXES_VERD i només transiciona d'estat si es detecta el senyal del polsador de vianants.

1. a) Justifica per què l'opció A és inadequada per a atendre amb immediatesa la pulsació d'un vianant i quin defecte de resposta provocarà.
2. b) Si se sol·licita afegir una nova funció («el verd de vianants ha de parpellejar 3 vegades durant 3,0 s abans de passar a vermell, però únicament si el sensor per a invidents no està actiu»), raona quins avantatges de modularitat i manteniment presenta l'opció B enfront de l'A.
3. c) Dissenya el diagrama d'estats o pseudocodi general de l'opció B identificant clarament els estats, els esdeveniments d'entrada i les accions associades a cada transició.

El sistema de control d'una barrera automàtica de peatge disposa d'un sensor de presència 1 (just abans de la barrera) i un sensor 2 (just després). Un operari proposa aquest codi:

repetir sempre:

    si (sensor_1 == DETECTAT) llavors:

        pujar_barrera()

    si (sensor_1 == DESPEJAT) llavors:

        baixar_barrera()

1. a) Prediu quin accident passarà físicament tan bon punt la part davantera del cotxe sobrepassi el sensor 1 si la part posterior encara es troba sota la barrera. Justifica per què la proposta de l'operari «d'afegir una pausa de 5,0 s abans de baixar» no resol el problema amb trànsit lent o vehicles articulats.
2. b) Dissenya en pseudocodi un algorisme segur que utilitzi tots dos sensors per a garantir que la barrera puja en arribar el vehicle, es manté a dalt mentre qualsevol dels dos sensors detecti presència, i només baixa quan el vehicle ha alliberat totalment el sensor 2.

En un pont llevadís accionat per un motoreductor elèctric es planteja substituir els dos finals de cursa físics (fc_abaix i fc_amunt) per un control basat exclusivament en temps: fer girar el motor durant 5,0 s per a obrir i 5,0 s per a tancar.

1. a) Prediu i justifica almenys dues situacions reals (mecàniques, meteorològiques o elèctriques) per les quals aquest sistema per temps provocarà que el pont no tanqui del tot o acabi danyant el motor.
2. b) Dissenya en pseudocodi el cicle complet de maniobra: en detectar un vaixell, posar el semàfor de trànsit rodat en vermell, esperar 3,0 s de desallotjament, pujar el pont fins a fc_amunt, permetre el pas fluvial amb el semàfor nàutic en verd i, en sortir el vaixell, tancar fins a fc_abaix.
3. c) Incorpora al teu algorisme un mecanisme de seguretat per temps màxim (watchdog): si transcorren més de 8,0 s sense que s'activi el final de cursa corresponent durant el moviment, el motor s'ha d'aturar immediatament i activar un senyal lluminós d'alarma.

Per a automatitzar el reg d'un hort escolar es disposa d'un sensor d'humitat analògic i una electrobomba. Un primer programa aplica aquesta regla: «repetir sempre: si humitat < 30,0 %, encendre bomba; si no, apagar bomba; esperar 1 segon».

1. a) Si la lectura del sensor oscil·la ràpidament entre 29,8 % i 30,2 % a causa de l'absorció localitzada o a soroll elèctric, prediu quin comportament patirà l'electrobomba i quines conseqüències mecàniques i elèctriques tindrà.
2. b) Explica per què substituir l'espera per «esperar 10 minuts» tampoc garanteix un reg òptim (analitza el retard en la infiltració de l'aigua i el risc de sobreregat).
3. c) Dissenya una solució mitjançant control per histèresi: defineix dos llindars lògics d'humitat diferents (arrencada i parada) i redacta el pseudocodi estructurat o descriu detalladament el diagrama de flux corresponent, justificant per què evita les commutacions constants.