Ejercicios: Sensores, controladores y actuadores

Nombre los tres elementos básicos de un sistema de control y explique qué hace cada uno usando el ejemplo del termostato de una calefacción.

Clasifique estos componentes en sensores, actuadores y controlador: un sensor de luz (LDR), un motor, un zumbador, una placa microcontroladora, un pulsador y un servomotor. Justifique cada clasificación con lo que hace el componente.

La figura muestra la cadena de un sistema de control, pero falta el bloque central. Indique qué bloque es, qué hace y escriba la cadena completa (con ejemplos concretos de cada bloque) para un portón automático de garaje.

Clasifique estos elementos en sensores o actuadores y justifique cada decisión: micrófono, altavoz, cámara, bombilla, sensor de movimiento y relé que enciende un motor.

Explique qué hace una placa microcontroladora dentro de un sistema de control usando el símil del «cerebro»: qué le llega, qué hace con ello y qué ordena.

Elija un sistema de control de su casa (calefacción, luz de escalera automática, detector de humo con aviso...) y complete su cadena: sensor → controlador → actuador.

¿Qué diferencia hay entre un sensor de temperatura y un termostato completo? Explique qué elementos le faltan al primero para ser un sistema de control.

Un sistema de riego dispone de un sensor de humedad de la tierra y una electroválvula. ¿Qué elemento falta para que funcione de forma automática y qué regla sencilla ejecutaría?

Una maceta inteligente riega la planta cuando la tierra está seca. Identifique el sensor, el controlador y el actuador de ese sistema y explique qué información pasa de un elemento a otro.

Un ventilador normal funciona hasta que usted lo apaga, pero un aire acondicionado se para y se arranca solo para mantener la temperatura. Explique qué diferencia hay entre ambos sistemas usando la idea de realimentación: cuál vuelve a medir el resultado de su actuación.

Un semáforo funciona con tiempos fijos, pasen carros o no. ¿Tiene sensores este sistema de control? ¿Qué sensor le añadiría usted para hacerlo «inteligente» y qué mejoraría con ese cambio?

Un robot siguelíneas usa dos sensores de infrarrojos colocados a ambos lados de la línea. Explique qué información da cada sensor y cómo decide la controladora si debe girar a la izquierda o a la derecha.

Explique la diferencia entre un actuador «todo o nada» (por ejemplo, un relé) y uno proporcional (por ejemplo, un servomotor), y ponga un uso adecuado para cada tipo.

Un parqueo cuenta los carros con un sensor en la entrada y otro en la salida. Diseñe la lógica del controlador para saber cuántos espacios quedan libres y qué debe mostrar el panel de la entrada cuando se llena.

La figura muestra un sistema de control con realimentación, con el punto de comparación marcado con ?. Explique qué dos valores se comparan en ese punto, qué resultado se obtiene y para qué lo usa el controlador.

Un termostato mide $2\ ^\circ\text{C}$ de más por estar descalibrado. Explique por qué el controlador «cree» estar haciendo su trabajo perfectamente mientras la habitación queda más fría de lo deseado, y qué consecuencia tiene para el mantenimiento de los sensores.

Analice la cadena de control completa de un paso de cebra con botón: qué detecta, qué decide y qué actúa en cada momento, y razone qué ocurre si el sensor del botón falla y qué comportamiento seguro debería tener el sistema.

Diseñe un sistema que mantenga un invernadero escolar entre $18\ ^\circ\text{C}$ y $25\ ^\circ\text{C}$: elija los sensores y los actuadores y describa con reglas claras (si..., entonces...) las decisiones del controlador.

Un compañero de clase afirma: «Para saber con total seguridad si la puerta de un garaje ha llegado al final de su recorrido al cerrarse, es mucho mejor usar una fotorresistencia (LDR) que un final de carrera mecánico, porque al ser analógica nos da infinitos valores y mucha más información que un simple sensor digital de todo o nada».

1. a) Rebata técnicamente esta afirmación: explique dos problemas reales de funcionamiento o fiabilidad que provocaría la LDR en esa tarea frente al final de carrera.
2. b) Justifique por qué el sensor digital resulta superior en este caso específico a pesar de aportar menos datos.
3. c) Diseñe una función en la misma puerta automática donde el uso de la LDR sí sea la opción adecuada y el final de carrera resulte inútil.

Diseñe un paso de peatones inteligente que alargue el tiempo en verde si detecta que aún hay personas cruzando despacio. Indique sensores, reglas de decisión y actuadores, y discuta un riesgo o abuso posible del sistema.

Un invernadero dispone de calefactor, ventilador y ventana motorizada. Priorice los tres actuadores por consumo y seguridad y escriba las reglas de decisión del controlador para las lecturas de $15\ ^\circ\text{C}$, $22\ ^\circ\text{C}$ y $30\ ^\circ\text{C}$.

Analice el sistema de control de un semáforo con cámaras que da prioridad al autobús urbano: qué detecta, qué decide y qué actúa en cada caso, y qué debería ocurrir si se acerca una ambulancia en emergencia.

Un sensor de distancia por ultrasonidos falla con telas y con superficies en ángulo. Explique qué implica eso para un robot que «confía» ciegamente en él y proponga una solución de redundancia (combinar sensores o comprobaciones).