Sensores, controladores y actuadores

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

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

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) Rebate técnicamente esta afirmación: explica dos problemas reales de funcionamiento o fiabilidad que provocaría la LDR en esa tarea frente al final de carrera.
2. b) Justifica por qué el sensor digital resulta superior en este caso específico a pesar de aportar menos datos.
3. c) Diseña 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.

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

Explica 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.

Un estacionamiento cuenta los autos con un sensor en la entrada y otro en la salida. Diseña la lógica del controlador para saber cuántos lugares 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 ?. Explica qué dos valores se comparan en ese punto, qué resultado se obtiene y para qué lo usa el controlador.

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

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

La figura muestra la cadena de un sistema de control, pero falta el bloque central. Indica qué bloque es, qué hace y escribe la cadena completa (con ejemplos concretos de cada bloque) para una puerta automática de garaje.

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

Para refrigerar un armario de servidores se prueba un control por umbral (todo o nada): cuando la temperatura supera los $25.0\ ^\circ\text{C}$, el ventilador se enciende al $100\ \%$; si baja de $24.9\ ^\circ\text{C}$, se apaga de golpe.

1. a) Predice las consecuencias negativas de este sistema sobre la temperatura de la sala y sobre la vida útil del ventilador (efecto de conmutación continua y desgaste mecánico).
2. b) Diseña una alternativa de control proporcional lineal entre $20.0\ ^\circ\text{C}$ (ventilador al $0\ \%$) y $30.0\ ^\circ\text{C}$ (ventilador al $100\ \%$). Calcula a qué porcentaje de potencia funcionará el ventilador si la temperatura se sitúa en $26.5\ ^\circ\text{C}$.
3. c) Justifica por qué este control proporcional mejora la estabilidad térmica y la eficiencia frente al control por umbral.

Un termostato mide $2\ ^\circ\text{C}$ de más por estar descalibrado. Explica 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.

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

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

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

¿Qué diferencia hay entre un sensor de temperatura y un termostato completo? Explica 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. Identifica el sensor, el controlador y el actuador de ese sistema y explica qué información pasa de un elemento a otro.

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

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

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

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

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