Ejercicios: Programación de placas controladoras

Explicá qué es un algoritmo y qué es un programa, y qué diferencia hay entre describirlo en pseudocódigo (con palabras) y con bloques gráficos.

Las instrucciones del programa de un semáforo están desordenadas: (a) esperar 2 segundos, (b) encender la luz roja y apagar las demás, (c) encender la luz verde y apagar las demás, (d) volver al principio, (e) esperar 8 segundos (aparece dos veces en el ciclo), (f) encender la luz ámbar y apagar las demás. Ordenalas correctamente y describí qué hace el programa completo.

El diagrama de flujo de la figura gobierna la barrera de entrada de un estacionamiento, pero falta la pregunta del rombo. Escribí la condición que debería comprobarse ahí y describí el comportamiento completo de la barrera.

Explicá qué significa «leer una entrada» en un programa de control y qué diferencia hay entre leer un pulsador (que da 0 o 1) y leer un sensor de luz (que da un número dentro de un rango).

Un programa tiene solo estas líneas: «repetir siempre: leer el pulsador; si está pulsado, encender el LED; si no, apagar el LED». Describí con tus palabras qué hace el montaje y razoná qué ocurriría si se borrara la parte «si no, apagar el LED».

Explicá qué es una instrucción condicional («si... entonces... si no...») y escribí la condición que necesitan estos dos avisos: una alarma que suena cuando se abre una puerta y un aviso que pita cuando la temperatura pasa de $40\ ^\circ\text{C}$.

¿Para qué sirve la instrucción «esperar» (una pausa) en un programa de control? Poné dos ejemplos en los que, sin esa pausa, el sistema no haría su función.

Explicá por qué casi todos los programas de las placas controladoras llevan un bucle («repetir siempre») y describí qué haría un semáforo cuyo programa no tuviera bucle.

Escribí en pseudocódigo el programa completo de un semáforo sencillo: verde durante 8 segundos, ámbar durante 2, rojo durante 8, y vuelta a empezar. Indicá en cada paso qué luces están encendidas y cuáles apagadas.

Una luz de escalera funciona así: al pulsar el botón se enciende; pasados 30 segundos se apaga sola; y el ciclo puede repetirse. Dibujá o describí su diagrama de flujo y escribí después el pseudocódigo correspondiente.

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

El diagrama de flujo de la figura es el programa de un robot seguidor de línea con un único sensor que va sobre el borde de la línea, pero falta la condición del rombo. Completala, describí qué hace el robot en cada caso y razoná qué ocurrirá cuando la línea se termine.

La barrera de un estacionamiento solo debe subir cuando hay un auto esperando (sensor) y además el conductor tomó el ticket (pulsador); baja cuando el auto ya pasó (un segundo sensor). Escribí el pseudocódigo completo del ciclo, combinando las dos condiciones a la vez.

Una alarma de casa, al detectar la puerta abierta, espera 10 segundos antes de sonar para dar tiempo a desactivarla con un código. Escribí su pseudocódigo incluyendo la comprobación del código y explicá para qué sirve ese retardo.

Un programa cuenta autos: «repetir siempre: esperar a que el sensor pase de 0 a 1; sumar 1 a la variable coches». Explicá qué hace, para qué puede servir y qué problema aparece si un auto se para justo encima del sensor.

Un programa de ventilador dice: «si la temperatura es mayor que $26\ ^\circ\text{C}$, apagar el ventilador; si es menor que $26\ ^\circ\text{C}$, encenderlo». Describí el comportamiento real del ventilador y escribí el programa corregido.

En un semáforo con botón para peatones, el programa solo lee el botón una vez en cada ciclo de 30 segundos. Explicá qué nota el peatón al pulsar y razoná por qué las pausas largas dentro del programa afectan la rapidez de respuesta del sistema.

El diagrama de flujo de la figura gobierna la barrera de salida de un estacionamiento, con un sensor situado bajo la barrera, pero falta una de las condiciones. Completala, describí el comportamiento completo y explicá qué accidente evita esa segunda comprobación.

Un equipo de robótica prueba un rastreador siguelíneas con dos sensores de infrarrojos (I y D) separados 2,0 cm, diseñados para seguir una línea negra de 1,5 cm sobre fondo blanco. El programa actual aplica la lógica clásica: avanzar recto si ambos ven blanco, girar a la derecha si D pisa negro y a la izquierda si I pisa negro.

1. a) Predecí qué sucederá en una curva muy cerrada a 90° si el robot entra rápido y los dos sensores quedan a la vez sobre el fondo blanco fuera de la línea. Justificá por qué el algoritmo básico entra en fallo.
2. b) Diseñá en pseudocódigo una mejora que use una variable de memoria (ultimo_visto) para que el robot sepa hacia qué lado girar cuando pierde la línea por completo.
3. c) Si la pista tuviese una línea negra ancha de 3,5 cm (más ancha que la distancia entre sensores), predecí el comportamiento del robot en una recta y explicá qué condición adicional deberías programar para gestionar cuando ambos sensores detecten negro al mismo tiempo.

Un instalador programa la central de alarma de una vivienda con un sensor magnético en la puerta, otro en la ventana y un interruptor de armado mediante este algoritmo:

repetir siempre:

    si (armada == VERDADERO) y (puerta == ABIERTA o ventana == ABIERTA) entonces:

        activar_sirena()

        esperar(60) // segundos

        desactivar_sirena()

1. a) Analizá el código y razoná dos fallos críticos de seguridad: ¿qué ocurre si un intruso abre la ventana, entra y la vuelve a cerrar en 3,0 s? ¿Y qué sucede si transcurren los 60 s y el intruso sigue dentro con la ventana abierta?
2. b) Diseñá en pseudocódigo un algoritmo robusto con variables de estado que garantice: 1) una vez disparada, la sirena sonará al menos 60 s aunque se vuelva a cerrar el acceso; 2) no se apagará mientras persista la apertura de los sensores; y 3) si el usuario apaga el interruptor de armado, la sirena se detendrá de inmediato en cualquier instante.

Un estudiante programa el encendido de la luz de una escalera de un edificio: al pulsar el interruptor, la luz debe permanecer encendida 30 s y luego apagarse.

1. a) Si el estudiante implementa el retardo con una función bloqueante del tipo esperar(30), predecí qué sucederá si un segundo vecino pulsa el interruptor a los 15 s de haberse encendido la luz. ¿Cumple este comportamiento la función de un minutero de escalera rearmable? Justificá tu respuesta.
2. b) Diseñá en pseudocódigo un sistema rearmable no bloqueante empleando una variable tiempo_restante y comprobaciones periódicas (por ejemplo, cada 1,0 s), de modo que cada nueva pulsación reinicie la cuenta atrás a 30 s sin apagar la luz.
3. c) Predecí qué riesgo existe si un pulsador físico se traba y queda permanentemente activado, y proponé una modificación lógica para evitar que la luz quede encendida de forma indefinida.

Para controlar un semáforo de vehículos que incluye un pulsador peatonal de demanda, se comparan dos estructuras de programación:

• Opción A (secuencial lineal): bucle con llamadas bloqueantes esperar(t) sucesivas (verde 30 s, ámbar 3 s, rojo 15 s).

• Opción B (máquina de estados): el sistema permanece en el estado COCHES_VERDE y solo transiciona de estado si se detecta la señal del pulsador peatonal.

1. a) Justificá por qué la opción A es inadecuada para atender con inmediatez la pulsación de un peatón y qué defecto de respuesta provocará.
2. b) Si se solicita añadir una nueva función («el verde peatonal debe parpadear 3 veces durante 3,0 s antes de pasar a rojo, pero únicamente si el sensor de invidentes no está activo»), razoná qué ventajas de modularidad y mantenimiento presenta la opción B frente a la A.
3. c) Diseñá el diagrama de estados o pseudocódigo general de la opción B identificando claramente los estados, los eventos de entrada y las acciones asociadas a cada transición.

El sistema de control de una barrera automática de peaje dispone de un sensor de presencia 1 (justo antes de la barrera) y un sensor 2 (justo después). Un operario propone este código:

repetir siempre:

    si (sensor_1 == DETECTADO) entonces:

        subir_barrera()

    si (sensor_1 == DESPEJADO) entonces:

        bajar_barrera()

1. a) Predecí qué accidente ocurrirá físicamente en cuanto el frontal del auto rebase el sensor 1 si la parte trasera aún se encuentra bajo la barrera. Justificá por qué la propuesta del operario de «añadir una pausa de 5,0 s antes de bajar» no resuelve el problema con tráfico lento o vehículos articulados.
2. b) Diseñá en pseudocódigo un algoritmo seguro que utilice ambos sensores para garantizar que la barrera sube al llegar el vehículo, se mantiene arriba mientras cualquiera de los dos sensores detecte presencia, y solo baja cuando el vehículo ha liberado totalmente el sensor 2.

En un puente levadizo accionado por un motorreductor eléctrico se plantea sustituir los dos finales de carrera físicos (fc_abajo y fc_arriba) por un control basado exclusivamente en tiempos: hacer girar el motor durante 5,0 s para abrir y 5,0 s para cerrar.

1. a) Predecí y justificá al menos dos situaciones reales (mecánicas, meteorológicas o eléctricas) por las que este sistema por tiempos provocará que el puente no cierre por completo o termine dañando el motor.
2. b) Diseñá en pseudocódigo el ciclo completo de maniobra: al detectar un barco, poner el semáforo de tráfico rodado en rojo, esperar 3,0 s de desalojo, subir el puente hasta fc_arriba, permitir el paso fluvial con semáforo náutico en verde y, al salir el barco, cerrar hasta fc_abajo.
3. c) Incorporá a tu algoritmo un mecanismo de seguridad por tiempo máximo (watchdog): si transcurren más de 8,0 s sin que se active el final de carrera correspondiente durante el movimiento, el motor debe pararse inmediatamente y activar una señal luminosa de alarma.

Para automatizar el riego de una huerta escolar se dispone de un sensor de humedad analógico y una electrobomba. Un primer programa aplica esta regla: «repetir siempre: si humedad < 30,0 %, encender bomba; si no, apagar bomba; esperar 1 segundo».

1. a) Si la lectura del sensor oscila rápidamente entre 29,8 % y 30,2 % debido a la absorción localizada o a ruido eléctrico, predecí qué comportamiento sufrirá la electrobomba y qué consecuencias mecánicas y eléctricas tendrá.
2. b) Explicá por qué sustituir la espera por «esperar 10 minutos» tampoco garantiza un riego óptimo (analizá el retardo en la infiltración del agua y el riesgo de sobreirrigación).
3. c) Diseñá una solución mediante control por histéresis: definí dos umbrales lógicos de humedad distintos (arranque y parada) y redactá el pseudocódigo estructurado o describí detalladamente el diagrama de flujo correspondiente, justificando por qué evita las conmutaciones constantes.