Ejercicios: Sensores, controladores y actuadores

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

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.

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.

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

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.

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 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.

Un semáforo funciona con tiempos fijos, pasen coches o no. ¿Tiene sensores este sistema de control? ¿Qué sensor le añadirías 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.

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.

Un aparcamiento cuenta los coches con un sensor en la entrada y otro en la salida. Diseña la lógica del controlador para saber cuántas plazas 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.

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.

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.

Compara un sensor analógico, como una LDR, con uno digital, como un final de carrera: qué tipo de información da cada uno y en qué situaciones conviene usar cada cual.

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 $30\ ^\circ\text{C}$.

Explica la diferencia entre controlar «por umbrales» (si se pasa de X, se actúa) y controlar de forma «proporcional» (cuanto más lejos del objetivo, más se actúa), usando el ejemplo de regular la velocidad de un ventilador según la temperatura.

Analiza 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. Explica qué implica eso para un robot que «confía» ciegamente en él y propón una solución de redundancia (combinar sensores o comprobaciones).