Simulació i verificació

Explica què és un simulador de circuits o de robòtica i dona dos avantatges de provar-hi abans de fer el muntatge real.

Explica la diferència entre simular un circuit a l'ordinador i muntar-lo en una placa de proves real: què es guanya i què es perd amb cada mètode.

Al simulador el teu programa funciona perfectament, però en el muntatge real el motor no gira. Dona tres causes possibles que un simulador no detecta i explica com comprovaries cadascuna a la taula de treball.

Un programa ha d'encendre un ventilador quan la temperatura superi els $26\ ^\circ\text{C}$. Defineix tres casos de prova (dada d'entrada i resultat esperat) per verificar-lo, incloent-hi el valor límit de $26\ ^\circ\text{C}$, i justifica per què aquest darrer cas és important.

Explica què és un «cas límit» en verificar un programa i per què són tan importants. Posa un exemple amb un programa que decideix si una nota és apta a partir de 5.

Dissenya una taula de verificació per a un semàfor de vianants: estats (vermell, verd, ambre intermitent), entrades (botó premut, temps transcorregut) i la sortida esperada en cada transició entre estats.

Un equip verifica el seu programa només en el «camí feliç», és a dir, quan tot surt bé. Explica què són els casos d'error i escriu-ne dos per a un caixer automàtic de joguina (targeta no vàlida, saldo insuficient).

Un equip simula un robot seguidor de línia negra: en pantalla l'algorisme reacciona en 0,02 s, els motors responen de manera instantània i el robot completa el circuit a 1,2 m/s sense cap fallada. Tanmateix, en carregar el mateix programa al robot real amb els mateixos sensors, aquest oscil·la bruscament d'un costat a l'altre i acaba perdent la línia al primer revolt.

1. a) Identifica i justifica tres factors del món físic que el simulador ha omès o idealitzat i que expliquen aquesta discrepància.
2. b) Proposa dues modificacions tècniques (una en els paràmetres del programari de control i una altra en el muntatge físic) per compensar aquests efectes reals sense substituir els sensors.

Un equip programa un robot transportador per a un magatzem. En executar el pla de proves al simulador, el robot esquiva el 100 % dels obstacles i frena davant de qualsevol persona, però l'algorisme sempre resol les esquivades fent la maniobra marxa enrere, recorrent els passadissos en sentit contrari al flux de treball del magatzem. El professor afirma: «El programari està perfectament verificat, però el sistema no està validat».

1. a) Justifica tècnicament l'afirmació del professor aplicant les definicions operatives de verificació i validació a aquest cas concret.
2. b) Reformula el plec de requisits tècnics del robot per garantir que una futura verificació asseguri també la seva correcta validació en l'entorn de treball.

Un robot mòbil utilitza un sensor d' ultrasons frontal (rang útil: 2,0 cm a 400,0 cm) i s'ha d'aturar i girar si detecta un obstacle a menys de 20,0 cm. Dissenya una matriu de proves per verificar el codi en el simulador abans de transferir-lo al robot real. El teu pla ha de contenir almenys 4 casos de prova diferents que incloguin valors frontera i anomalies de lectura. Per a cada cas has d'indicar: valor numèric simulat d'entrada, comportament esperat dels motors i justificació tècnica de per què és imprescindible comprovar aquest cas concret.

El sensor de llum d'una persiana automàtica registra aquests valors en un tram de 6 minuts durant una tarda amb núvols i clarianes:

• t = 0 min: 780 lx

• t = 1 min: 805 lx

• t = 2 min: 795 lx

• t = 3 min: 812 lx

• t = 4 min: 798 lx

• t = 5 min: 815 lx

• t = 6 min: 820 lx

El sistema té programada la regla simple: «Si llum ≥ 800 lx, abaixar persiana; si llum < 800 lx, apujar persiana».

1. a) Determina quantes ordres de moviment rep el motor en aquest interval i justifica quines conseqüències mecàniques i energètiques té aquest funcionament.
2. b) Dissenya una solució basada en doble llindar (histèresi) definint valors numèrics concrets per a l'ordre de baixada i de pujada, i demostra pas a pas com respon la teva solució davant de la mateixa sèrie de dades.

Un robot rastrejador s'atura de manera erràtica després de funcionar correctament durant uns cinc minuts. Per diagnosticar la fallada, s'activa el registre per port sèrie (log) i s'extreuen aquestes línies clau abans de la parada:

• t = 295,0 s | Distància: 35,0 cm | Temp_controlador: 50,0 °C | V_bateria: 7,4 V | Estat: AVANÇAR

• t = 298,5 s | Distància: 34,0 cm | Temp_controlador: 78,0 °C | V_bateria: 7,2 V | Estat: AVANÇAR

• t = 300,0 s | Distància: 35,0 cm | Temp_controlador: 92,0 °C | V_bateria: 6,1 V | Estat: PARADA_EMERGÈNCIA

1. a) Interpreta les dades del registre per determinar la causa física de la fallada, rebatent l'informe inicial de l'equip que afirmava que la fallada es devia a un defecte del sensor d'ultrasons.
2. b) Dissenya quines variables addicionals o condicions d'alerta primerenca hauries d'incloure en el registre i en el codi de control per gestionar aquest problema de manera progressiva sense arribar a la desconnexió abrupta.