Ejercicios: Sensores, controladores y actuadores

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

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

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

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

Explicá 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.

Elegí un sistema de control de tu casa (aire acondicionado, luz de gradas automática, detector de humo con aviso...) y completá su cadena: sensor → controlador → actuador.

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

Un ventilador normal funciona hasta que lo apagás, pero un aire acondicionado se para y se arranca solo para mantener la temperatura. Explicá 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 añadirías vos para hacerlo «inteligente» y qué mejoraría con ese cambio?

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

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

Un estacionamiento cuenta los carros con un sensor en la entrada y otro en la salida. Diseñá 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 ?. Explicá 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. Explicá 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.

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

Diseñá un sistema que mantenga un invernadero escolar entre $18\ ^\circ\text{C}$ y $25\ ^\circ\text{C}$: elegí los sensores y los actuadores y describí 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) Rebatí técnicamente esta afirmación: explicá dos problemas reales de funcionamiento o fiabilidad que provocaría la LDR en esa tarea frente al final de carrera.
2. b) Justificá por qué el sensor digital resulta superior en este caso específico a pesar de aportar menos datos.
3. c) Diseñá 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.

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

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

Analizá el sistema de control de un semáforo con cámaras que da prioridad al bus 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. Explicá qué implica eso para un robot que «confía» ciegamente en él y proponé una solución de redundancia (combinar sensores o comprobaciones).