Microcontroladores y robots

Explica qué es un microcontrolador (un ordenador completo pero pequeño, dentro de una placa) y dos diferencias con un ordenador de sobremesa: qué puede hacer cada uno y para qué se usa.

Explica cómo llega un programa a la placa: dónde se escribe, qué ocurre al «subirlo» por el cable y por qué después la placa funciona sola, sin ordenador, ejecutando el programa en bucle.

Compara trabajar con una placa que ya trae sensores, luces y botones integrados (como micro:bit) frente a una placa a la que hay que cablear todo (como Arduino): qué aprendes con cada una, cuál elegirías para una primera toma de contacto y cuál para el robot final del curso. Justifica las dos elecciones.

La figura muestra una placa microcontroladora con sus grupos de pines rotulados, salvo uno.

El pin tapado es la referencia común a la que vuelven todos los circuitos que conectes a la placa (la masa, GND). Nómbralo y explica para qué sirve, qué diferencia hay entre los pines digitales (todo o nada) y los analógicos (leen valores continuos) y para qué se usa el conector USB.

Clasifica estos elementos según se conecten a un pin de entrada o a un pin de salida de la placa, y justifica uno de cada tipo: un pulsador, un LED, una LDR, un zumbador y un potenciómetro.

Di si son verdaderas o falsas estas afirmaciones y justifica cada respuesta: (a) la placa ejecuta el programa tal cual lo escribimos, sin traducirlo antes; (b) los pines de la placa aguantan cualquier corriente, así que el LED puede ir sin resistencia; (c) un servo puede colocarse en un ángulo concreto ordenado por el programa; (d) la placa recuerda el último programa aunque se desconecte de la corriente.

La figura muestra un robot móvil visto desde arriba, con sus elementos rotulados y su «cerebro» tapado.

Nombra la pieza tapada (la placa microcontroladora), explica qué información recibe de los sensores y qué órdenes envía a los actuadores, y clasifica los elementos rotulados (ruedas con motor, sensor de ultrasonidos, zumbador, LED, batería) como entrada, salida o fuente de energía.

Indica qué mide cada sensor que puedes conectar a la placa y un proyecto en el que lo usarías: sensor de ultrasonidos (distancia), LDR (luz), sensor de temperatura y sensor infrarrojo de línea (distingue claro de oscuro en el suelo).

Indica qué hace cada actuador conectable a la placa y una diferencia clave entre ellos: un LED, un zumbador, un servo (gira hasta la posición que le ordenas) y un motor de corriente continua (gira sin parar a más o menos velocidad).

Los motores de un robot no se alimentan de un pin de la placa, sino de la batería a través de una placa «controladora de motores». Explica por qué (los pines dan muy poca corriente y el motor pediría mucha más), qué papel hace la placa controladora y qué relación tiene esto con el relé de los circuitos electrónicos.

Quieres que un LED se encienda cuando la luz de la habitación baje de cierto nivel. Explica qué pin usas para leer la LDR (uno analógico), qué significa fijar un «umbral» en el programa y escribe en pseudocódigo las tres líneas clave: leer, comparar y actuar.

La figura muestra el diagrama de flujo del control de una barrera de parking con un sensor de ultrasonidos, pero la decisión está tapada.

Escribe la condición que debe comprobar la placa (si la distancia medida es menor que cierto valor, hay un coche), explica qué hace el bucle mientras no llega nadie y qué ocurriría si la barrera bajara sin esperar unos segundos.

Diseña un semáforo con la placa: decide cuántos pines de salida necesitas y para qué, escribe la secuencia de estados con sus tiempos (verde $4\ \text{s}$, ámbar $1\ \text{s}$, rojo $4\ \text{s}$) y explica por qué el programa se escribe como un bucle que no termina nunca.

El sensor de ultrasonidos mide distancias como un murciélago. Explica el principio (emite un pulso de sonido y mide cuánto tarda el eco en volver), por qué tiene dos «ojos» (uno emite y otro escucha) y dos situaciones en las que puede fallar: objetos blandos que absorben el sonido y superficies inclinadas que desvían el eco.

Describe el comportamiento de un robot esquiva-obstáculos a alto nivel: qué mide el sensor frontal, qué hace el robot cuando todo está despejado y qué secuencia ejecuta al detectar algo cerca (parar, girar, comprobar de nuevo). ¿Qué pasaría si solo tuviera el sensor mirando al frente?

Diseña la lógica de un robot sigue-líneas con dos sensores infrarrojos, uno a cada lado de la línea negra. Completa la tabla de casos (ambos ven blanco: avanza; izquierdo ve negro: gira a la izquierda; derecho ve negro: gira a la derecha; ambos ven negro: para) y explica por qué los sensores van separados justo el ancho de la línea.

Dos programas para la barrera: uno usa una espera fija larga y no responde a nada mientras espera; otro comprueba el sensor en un bucle continuo y reacciona al momento. Analiza qué diferencia hay entre «esperar» y «comprobar sin parar» en un programa de control y por qué el bucle principal no debe bloquearse.

Para mover la barrera de un parking puedes usar un servo o un motor de corriente continua. Compara ambos: cuál llega a una posición exacta y se queda quieto, cuál gira sin parar, cuál necesita menos electrónica extra en este proyecto y por qué.

Tu programa debería encender un LED al pulsar un botón, pero ocurre al revés: está encendido y se apaga al pulsar. Explica dos causas posibles (la lógica del programa está invertida o el pulsador está cableado al contrario, «activo a nivel bajo») y cómo comprobarías cada una.

Diseña un semáforo peatonal completo con la placa: entradas (pulsador), salidas (dos luces de coche, dos de peatón) y el diagrama de flujo descrito con tiempos: al pulsar, ámbar $2\ \text{s}$, rojo y verde peatonal $5\ \text{s}$, aviso de cierre y vuelta a verde. Explica por qué el verde de coches no se corta al instante de pulsar.

Añade a la barrera del parking un contador de plazas: un sensor a la entrada y otro a la salida, una variable libres que empieza en $10$ y una luz de «completo». Describe el programa (qué suma y qué resta), qué hace la barrera cuando libres llega a $0$ y qué fallo puede descuadrar la cuenta con el tiempo.

Diseña una estación meteorológica de aula con la placa: qué sensores eliges (temperatura, humedad, luz), con qué frecuencia leerías (cada minuto, no cada milisegundo), cómo guardarías o mostrarías los datos y qué gráfica dibujarías al final del día con ellos.

Tu robot funciona en la mesa con el cable USB, pero con pilas se resetea al mover los motores. Analiza la causa más probable (los motores piden tanta corriente que la tensión cae y la placa se reinicia), por qué con el USB no pasaba y qué dos soluciones propones (batería con más capacidad, alimentaciones separadas para control y motores).

Diseña el comportamiento de un robot «mensajero de biblioteca» que lleva libros entre dos mesas: debe seguir una línea, parar al llegar a una marca y avisar con un zumbador. Descompón el comportamiento en tres partes ordenadas, asigna a cada una sus sensores y actuadores y explica cómo se enlazan en un bucle principal.