Control y robótica. 1. Actualmente disponemos. 2. Estas máquinas son muy. 3. Cómo sabe una lavadora. 4. Qué significa programar CUESTIONES

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1 Control y robótica CUESTIONES 1. Actualmente disponemos de máquinas o dispositivos que nos facilitan enormemente la vida. Solo con apretar un botón, conseguimos que realicen las tareas que queremos: mantener una temperatura agradable en una habitación, despertarnos, lavar la ropa Pon algún ejemplo más. 2. Estas máquinas son muy complejas, pero existen otras aún más avanzadas: los robots. En qué crees que se distinguen de las anteriores? 3. Cómo sabe una lavadora en qué momento tiene que descargar agua, añadir jabón o hacer girar el tambor? 4. Qué significa programar un ordenador?

2 1 Automatismos Un logro importante del proceso tecnológico es el desarrollo de sistemas que funcionan prácticamente sin intervención humana. De esta forma se ha conseguido que tareas repetitivas o que requieren mucho esfuerzo sean realizadas por máquinas. Piensa, por ejemplo, en un ascensor. Basta con pulsar un botón para que traslade al usuario a cualquier piso. Reflexiona Fíjate en las siguientes figuras: a) En cuál de los dos casos se realiza menos esfuerzo? b) Dónde se ha utilizado un mecanismo? De qué mecanismo se trata? c) Se te ocurre algún modo de automatizar estas tareas? Cuando las tareas requieren el desplazamiento o la elevación de cargas, o un movimiento continuo, el uso de mecanismos facilita su realización. Combinando elementos eléctricos y mecánicos, es posible diseñar un sistema automático que funcione sin necesidad de realizar ningún esfuerzo: polea eje A piñón-cremallera A 9 V M engranaje eje B En este caso, la pila o batería proporciona la energía. Si actuamos sobre el conmutador doble A, variamos el sentido de giro del motor. El giro del eje del motor es transformado mediante distintos mecanismos para elevar la carga. Realimentación El principal inconveniente del sistema anterior es que no tiene en cuenta si la carga ha alcanzado el límite superior o inferior. Normalmente, en un sistema de control es preciso conocer el estado de la salida en cada momento. Esto es lo que se conoce como realimentación. Para ello, podemos servirnos de 9 V interruptores de de carrera con objeto de detectar la posición de la carga y detener el motor si esta ha llegado abajo o arriba. arriba abajo M 1 Dibuja el sistema completo de levantamiento de cargas descrito en el texto usando dos ales de carrera y sustituyendo el engranaje por un sistema tornillo sin -corona. 2 Explica por qué es más adecuado usar un tornillo sin -corona en el sistema de levantamiento de cargas. Control y robótica 119

3 1.1. Sistemas de control Reflexiona Indica qué elementos se usan para controlar la temperatura en la habitación de la figura y qué función realiza cada uno de ellos. sensor controlador actuador 3 Indica cuál es el sensor y el actuador en el siguiente sistema automático. El dibujo anterior representa un sistema automático de control de temperatura. La única intervención humana que necesita es la fijación de la temperatura deseada. En general, todos los sistemas automáticos tienen una estructura similar: un sensor, un controlador y un actuador. En nuestro caso el sistema lo componen tres elementos principales: Un sensor que mide la temperatura ambiente. Los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de la luz, etcétera. Un circuito controlador que, en función de la información proporcionada por el sensor, activa o no el radiador. En los sistemas automáticos el controlador puede ser desde un sencillo circuito eléctrico hasta un ordenador. Un elemento actuador encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático. En nuestro caso sería el radiador. Habitualmente son motores, lámparas, cilindros o válvulas neumáticas, etc., los que desempeñan esta función. El sistema anterior puede representarse mediante el siguiente diagrama de bloques: entrada sensor controlador actuador proceso a controlar salida entrada medidor de temperatura circuito electrónico radiador temperatura de la habitación proceso salida Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso. La entrada (E) es la información que recibe el sistema: en nuestro ejemplo, la temperatura de la habitación. La salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: el encendido o apagado del radiador. 120 UNIDAD 5

4 Tipos de sistemas de control No todos los sistemas automáticos realizan su función correctamente. Observa lo que ocurre con este sistema de riego automático que ha sido programado para regar por las tardes. Esté seca o húmeda, la planta se riega. Un sistema como este, que se activa sin tener en cuenta el estado de la salida, recibe el nombre de sistema de control en lazo abierto: controlador actuador proceso E S reloj programador humedad de la tierra humedad Se utilizan sistemas de control en lazo abierto, por ejemplo, en una tostadora de pan, un reloj, un semáforo, etcétera. Para solucionar el problema anterior se debe diseñar un sistema cuyo funcionamiento dependa de la salida en cada momento, es decir, un sistema que mida continuamente el grado de humedad de la planta y ponga en marcha el riego solo cuando sea necesario. En estos casos, se dice que existe una realimentación de la salida a la entrada: comparador controlador actuador proceso E S humedad reloj programador humedad de la tierra humedad informa al sistema del estado de salida sensor realimentación Cuando la salida se compara con la entrada con el de corregir posibles errores debidos a perturbaciones que afecten al sistema, se habla de un sistema de control en lazo cerrado. Otros sistemas de control en lazo cerrado son el mecanismo de llenado de una cisterna de agua, los sistemas automáticos de iluminación, etcétera. 4 Pon un ejemplo de un sistema de control en lazo cerrado y dibuja el correspondiente diagrama de bloques. 5 Qué representa el siguiente esquema? E dirección a seguir comparador controlador cerebro actuador manos proceso hoja con mi nombre S dirección real ojos realimentación 6 Las escaleras mecánicas, constituyen un sistema de control en lazo cerrado o en lazo abierto? Razona tu respuesta. Control y robótica 121

5 2 Sensores En este apartado analizaremos los sensores que se usan habitualmente en los sistemas de control Sensores de temperatura Reflexiona Observa estas imágenes y contesta: a) Sabrías indicar varios sistemas de control en los que sea necesario medir la temperatura? b) Usan todos el mismo tipo de sensor? Los sensores de temperatura se basan en diferentes fenómenos físicos que dependen de la variación de temperatura: la dilatación de los metales, el cambio de la resistencia eléctrica o la emisión de radiación infrarroja. Termómetro de mercurio. Sensores basados en la dilatación Los cuerpos experimentan un aumento de tamaño con la temperatura. Este fenómeno se ha utilizado tradicionalmente para medir la temperatura mediante termómetros de mercurio. También se basan en este hecho las láminas bimetálicas utilizadas para controlar la temperatura de las planchas y los secadores de pelo. El mecanismo consiste en dos láminas metálicas unidas entre sí. A temperatura ambiente ambas tienen la misma longitud, pero cuando se calientan (por ejemplo, por el paso de aire caliente) cada una se dilata de distinta manera y el conjunto se dobla: esta deformación se aprovecha para impedir el paso de la corriente y desconectar el aparato. pulverizador termostato regulador depósito de agua resistencia indicador contactos resistencia salida del vapor lámina bimetálica Esquemas de una plancha y de la lámina bimetálica. caliente Las láminas bimetálicas también se emplean en tostadoras, estufas 7 Al dispositivo que permite regular la temperatura de funcionamiento de la plancha se le denomina termostato. Cita otros aparatos que lo contengan. 8 Indica qué ocurriría en cada uno de los aparatos mencionados anteriormente si el termostato dejara de funcionar. 122 UNIDAD 5

6 Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Termorresistencias o RTD (detectores de temperatura resistivos). Se basan en la variación de resistencia que experimentan los metales en función de la temperatura. Para obtener este tipo de sensores se enrolla un hilo muy o de platino o níquel en un aislante. Las RTD de platino se usan para medir temperaturas de hasta 600 C. Termistores. Se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor en función de la temperatura. La principal ventaja respecto a las RTD es que responden más rápidamente a los cambios de temperatura. Pueden ser de dos tipos: a) Termistores PTC (coeficiente de temperatura positivo). Su resistencia aumenta con la temperatura. b) Termistores NTC (coeficiente de temperatura negativo). Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura. Termistores. Termopares. Están formados por dos metales diferentes. En el punto de unión de los mismos se genera un voltaje proporcional a la temperatura que deseamos medir. níquel-cromo 300 C 12,2 mv aluminio-cromo Termopar que produce 12,2 mv a 300 C. Termómetro basado en un termopar. Se usan cuando es preciso medir un amplio margen de temperaturas (procesos industriales, obtención de acero, investigación médica, etc.). Así, por ejemplo, con un termopar como el de la figura podemos medir temperaturas entre 200 C y C. Sensores sensibles a la radiación infrarroja Sabes qué tienen en común las cámaras de visión nocturna, los sistemas detectores de incendios y los detectores de presencia que permiten abrir automáticamente una puerta? Dado que todos los cuerpos emiten una radiación infrarroja proporcional a su temperatura, mediante sensores de infrarrojos se puede medir su temperatura sin estar en contacto directo con estos cuerpos. 9 Realiza un cuadro resumen de los sensores de temperatura que hemos estudiado. Termómetro clínico de infrarrojos. En medicina se usan termómetros que miden la temperatura sin que exista contacto directo con el cuerpo. 10 Los sensores de movimiento se basan en la detección de los cambios de radiación infrarroja de los objetos próximos a ellos. Para qué crees que sirve la lente de plástico que llevan encima? Control y robótica 123

7 2.2. Sensores de posición Sensor tipo flotador Para detectar el nivel de líquidos se usan habitualmente sensores tipo flotador como el utilizado en el sistema de llenado automático de la cisterna del inodoro. tirador boca de llenado tapón guía deslizante boya El empleo de este tipo de sensores en un sistema automático permite conocer la posición de un objeto. Por ejemplo, en el caso del ascensor, si ya ha llegado al piso seleccionado o, en un sistema de alarma, si alguien ha abierto una puerta. Interruptores mecánicos Se produce la detección del objeto por contacto de este con el interruptor. Los más usados son los interruptores de al de carrera, que incorporan una lámina sobre la que choca el objeto y que activa el interruptor. cilindro Interruptor de al de carrera. émbolo tapón salida de agua Interruptores de proximidad magnéticos Están formados por dos láminas metálicas imantadas que modifican su posición cuando aproximamos un imán. Interruptor de proximidad magnético. Se usan para determinar la posición de objetos, por ejemplo en la apertura de puertas y ventanas. Sensores de posición ópticos Reflexiona Observa esta ilustración y explica cómo puede funcionar el sistema de puertas automáticas en un ascensor. Sistema de alarma mediante interruptor de proximidad magnético. emisor receptor La detección de objetos se realiza emitiendo un rayo de luz y comprobando si alcanza al receptor. Como emisor suele utilizarse un diodo LED de radiación infrarroja, para evitar interferencias con la luz visible. La intensidad luminosa puede registrarse en el receptor mediante resistencias LDR, fotodiodos o fototransistores: Resistencias LDR. Modifican su valor en función de la intensidad luminosa que incide sobre ellas. LDR. 124 UNIDAD 5

8 Fotodiodos y fototransistores. Se activan mediante la luz. Ratón óptico Fotodiodos. Se utilizan en apertura de puertas, sistemas de alarma, lectores de código de barras, periféricos de ordenador, etcétera. Otros sensores de posición Fototransistor y símbolo del mismo. Dependiendo de las características del objeto que hay que detectar, se emplean otros dispositivos. Por ejemplo, la detección de objetos metálicos puede basarse en las propiedades magnéticas de estos; así, en un sistema antihurto de un supermercado, la presencia de un determinado material modifica la señal que llega al receptor: Los ratones ópticos analizan, mediante un sensor óptico y un procesador, la luz que emite un LED. Otros dispositivos emplean una rueda con ranuras (llamada encorder) para determinar su posición. diodo receptor LED infrarrojo Interior de un ratón óptico. transmisor receptor Para detectar la presencia de otros materiales, como madera, papel o líquidos, se pueden emplear detectores capacitivos, formados por un condensador cuya capacidad se altera en presencia de esos materiales. Estos dispositivos se usan en sistemas de llenado automático de botellas, corte de piezas de madera, empaquetado de folios, etcétera. Asimismo, muchas pantallas táctiles basan su funcionamiento en detectores capacitivos. 11 La siguiente figura representa un sensor de posición construido a partir de un potenciómetro. Explica cómo podemos conocer la posición del objeto. objeto lámina deslizante obstáculo resistencia 12 Qué representa el dibujo del margen? 13 Investiga en Internet qué tipo de sensor utiliza un robot capaz de seguir una línea marcada en el suelo. Control y robótica 125

9 2.3. Sensores basados en la variación de fuerza y presión presión de referencia presión de entrada Sensor de presión mediante galga extensiométrica. Galgas extensiométricas Te has preguntado alguna vez cómo una báscula es capaz de determinar el peso de una persona? Las básculas utilizan unos sensores denominados galgas extensiométricas. Estas están formadas por una a lámina metálica depositada sobre un material flexible. Cuando se deforma, se produce una variación de la resistencia de la misma (debido al cambio de forma y a la presión) proporcional a la deformación producida por el peso del objeto. Estos dispositivos se emplean en básculas, para controlar deformaciones (en edificios, puentes, etc.), para medir la presión, etcétera. Otras formas de medir la presión Existen otras formas de medir la presión. Un modelo de sensor muy usado (por ejemplo, para medir la presión de los neumáticos) es el tipo Bourdon, en cuyo interior hay un tubo flexible que modifica su forma en función de la presión de entrada. tubo deformado estado original aguja indicadora La medida de la presión arterial es una práctica habitual en medicina. Para ello, se emplea normalmente un aparato denominado esfigmomanómetro. Esquema de un sensor de presión de tipo Bourdon. P tubo Bourdon Para medir la presión de los neumáticos se utiliza un sensor de presión tipo Bourdon. 14 Qué representan los siguientes dibujos? Qué ventajas tiene este tipo de sensores? 126 UNIDAD 5

10 2.4. Otros sensores Humedad Están formados por dos láminas metálicas muy próximas cuya resistencia o capacidad varía con la humedad. Gases o humos Capaces de detectar la presencia de gases. Por ejemplo, el sensor de monóxido de carbono de la figura basa su funcionamiento en la modificación de la resistencia eléctrica en presencia de este gas. Sensor de humo. Está formado por un circuito electrónico capaz de detectar concentraciones anómalas de gases, como el monóxido de carbono. diafragma Sonido Se basan en la modificación de la capacidad a causa del movimiento de un diafragma producido por las ondas de sonido, o en el efecto piezoeléctrico: variación de la resistencia eléctrica con la presión. Te interesa saber El micrófono electret contiene un transistor para ampliar la señal de sonido. Parámetros biológicos (glucosa, oxígeno en sangre, imágenes de huesos ) Se usan películas sensibles a los rayos X, ondas luminosas que varían sus parámetros en función de la composición de una sustancia, biosensores (algas, bacterias), etcétera. Micrófono electret y símbolo del mismo. El sensor de ultrasonido (sonido con una frecuencia superior a la audible por el oído humano) se utiliza para detectar objetos mediante la emisión y recepción de ondas sonoras. Sensor de ultrasonido. 15 Obtén información sobre otros sensores. Para ello, puedes utilizar libros o Internet. Con los datos obtenidos, elabora en tu cuaderno una tabla similar a la mostrada en el texto. Control y robótica 127

11 3 Control electromecánico Los sistemas electromecánicos se basan en la activación de dispositivos mediante el desplazamiento de piezas móviles. Estudiaremos el uso de la leva, del al de carrera y del relé en este tipo de sistemas Leva Reflexiona Observa el siguiente sistema de control de un semáforo de peatones: levas bote contactos chapas alambre Cada uno de los salientes que al girar accionan los contactos recibe el nombre de leva. Mediante estos elementos podemos controlar el momento y el tiempo de activación de cada bombilla Interruptor de al de carrera El interruptor de al de carrera se puede usar como controlador en sistemas automáticos para activar o desactivar otros dispositivos. En el siguiente ejemplo se utiliza para controlar el nivel de líquido en un depósito de agua: de carrera flotador bomba de agua 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V M reposo, R común, C activado, A C A R 16 El dibujo de la derecha representa un robot controlado mediante un interruptor de al de carrera. Explica cómo funciona el sistema de control, cuyo esquema eléctrico aparece representado en el margen. 128 UNIDAD 5

12 3.3. Relé Como ya sabes, un relé está formado por una bobina y una lámina metálica móvil unida a unos contactos. Cuando hacemos pasar una corriente eléctrica por la bobina, esta se comporta como un imán y atrae la lámina, que a su vez cambia la posición de los contactos. bobina Aplicaciones del relé al control de sistemas Cambio del sentido de giro de un motor contactos armadura Reflexiona Observa el circuito de apertura y cierre de la puerta de un garaje que aparece a continuación: electroimán El relé, símbolo y funcionamiento. P 3 V 6 V bobina de relé M Cómo funciona? a b El pulsador P debe estar colocado en el suelo a la entrada del garaje. Los dos ales de carrera deben estar colocados en cada uno de los extremos de la puerta. Si la puerta está cerrada, el al de carrera b está accionado y, por tanto, abierto: el motor estará parado. Cuando accionamos el pulsador, se activa el relé, el conmutador doble cambia de posición y el motor comienza a girar, hasta que la puerta haga contacto con el al de carrera a. Si dejamos de accionar el pulsador, el relé se desactiva y el conmutador doble vuelve a su posición original, con lo que el motor cambia su sentido de giro; se detendrá cuando la puerta se cierre completamente, momento en que se acciona el al de carrera b. Activación de un relé mediante un sensor En este caso necesitamos un transistor para proporcionar la corriente suficiente de activación del relé. 17 El circuito inferior representa un sistema automático de riego. Contesta las siguientes preguntas: a) Indica el nombre de todos los componentes necesarios para realizar el montaje. b) Explica su funcionamiento. c) Qué elemento habría que añadir? 12 V LDR salida 6 V 1 kω relé R 1 10 k D 1 1N kω Cuando incide luz sobre la LDR, su resistencia disminuye y permite que circule corriente por la base del transistor, con lo que tanto este como el relé se activan. Q 1 2N 3904 tierra Q 2 2N 3904 Control y robótica 129

13 4 Control electrónico El control electrónico se basa en el empleo de transistores y de circuitos integrados como controladores Control mediante transistores El transistor recibe normalmente la pequeña señal eléctrica que proporciona el sensor a través de su base y entrega una corriente mucho mayor que pone en funcionamiento el actuador. En el ejemplo siguiente, el motor se pone en marcha cuando la temperatura sobrepasa cierto valor: luz presión bombilla CIRCUITO DE CONTROL LED 40NTC 20 t 0 4,5 V 20 C 12,7 k 2,2 k BC548B 10 k M BC548B calor timbre Este mismo circuito puede utilizarse con otro tipo de sensores (LDR, ales de carrera ) y actuadores (lámparas, timbres ) humedad motor El circuito de control recibe como entrada la señal eléctrica que proporciona un sensor y pone en marcha un actuador en función del valor de dicha señal. 18 Los siguientes circuitos son especialmente útiles para el control de robots. Haciendo uso de un simulador, investiga cómo funcionan. a) Cambio de sentido con retardo. M 6 V 6 V NA 560 bobina de relé F 1k 3 V 100 2N2222 b) Cambio de sentido sin relé. 1 k 3 V 3 V M 3 V 1 k 3 V 130 UNIDAD 5

14 4.2. Control mediante comparadores Para entender este tipo de control, vamos a utilizar el ejemplo siguiente: control del encendido/apagado de una farola mediante la luz solar. Podemos representar el sistema de control mediante este diagrama de bloques: 230 V fijación del nivel de oscuridad que activará la lámpara comparador circuito controlador sensor Este sistema precisa un circuito similar al siguiente: R LDR LM741 P k R 1 R 3 10 k V R 330 Sistemas de control programado Utilizan dispositivos que almacenan en su interior un programa. Estos dispositivos pueden ser microprocesadores, microcontroladores (circuitos integrados que incluyen un microprocesador, una memoria, entradas y salidas) o autómatas programables, que incorporan, además, la etapa de potencia. El LED se enciende automáticamente cuando no incide luz sobre la LDR. Se ha utilizado un elemento ya conocido, el comparador LM 741: la patilla 7 se conecta al polo positivo de la pila y la patilla 4 al negativo. El voltaje en la patilla 6 (salida) es de 9 V si en la patilla 3 (entrada positiva) la tensión es mayor que en la patilla 2 (entrada negativa); y al contrario, si la tensión en la entrada negativa es mayor que en la entrada positiva, la salida pasa automáticamente a 0 V. En otras palabras, si se tapara con la mano la LDR (como si se hiciera de noche), su resistencia aumentaría mucho, la tensión en la entrada negativa del comparador disminuiría y la salida alcanzaría los 9 V. La etapa de potencia Para el control del encendido/apagado de una farola, se modifica el circuito anterior que enciende un LED y se sustituye por una bombilla que funciona a 230 V. Para ello, necesitamos un relé: se conecta la bobina al circuito de 9 V y la lámina metálica al circuito de 230 V. Como el comparador es incapaz de activar el relé, se instala un transistor que funciona como interruptor. Cuando el comparador le proporciona una pequeña corriente, el transistor se activa y acciona el relé. LDR R 1 P 10 k 10 k R R D 1N R 6 4 LM k 3 Op - Amp R 5 1 k bobina de relé BC548B 9 V 230 V Control y robótica 131

15 5 Control programado Los sistemas de control programado utilizan dispositivos que puedan almacenar un programa en su interior. De esta forma, para cambiar su funcionamiento no es necesario alterar ningún circuito, basta con cambiar las instrucciones del programa Control mediante ordenador Tarjeta controladora. Se observan distintos conectores para las entradas y salidas analógicas y digitales, así como el conector para el puerto serie del ordenador. Actualmente, muchos sistemas automáticos se controlan mediante ordenadores. Para controlar procesos mediante ordenador necesitamos una tarjeta controladora y un programa que la controle: La tarjeta controladora permite comunicar el ordenador con el robot que va a ser controlado. Mediante esta tarjeta, el ordenador obtendrá datos de los distintos sensores del robot y, a su vez, podrá activar sus motores, luces o cualquier otro actuador. La controladora se conecta a un puerto del ordenador (serie, paralelo o USB) como si fuera un periférico más. Contiene varias salidas y entradas, tanto digitales como analógicas: las entradas y salidas analógicas admiten múltiples valores; las digitales, sin embargo, solo pueden tomar los valores 0 o 1. controladora salida digital V 5 V 5 V 5 V 5 V entrada digital 1 5 V ordenador salida analógica 1,4 V entrada analógica 1,7 V 5 V t El programa o conjunto de instrucciones se almacenan en la memoria del ordenador y determinan el funcionamiento del sistema. Los programas se realizan mediante lenguajes de programación. Los más usados con las controladoras son Basic, Visual Basic, C y Logo. 19 Busca en Internet información sobre alguna controladora: entradas y salidas, lenguajes de programación que admite, conexión al ordenador, etcétera. 132 UNIDAD 5

16 5.2. Adquisición de datos En un sistema de control, el ordenador tiene que captar datos de su entorno. Como sabemos, el ordenador solo puede manejar señales digitales, esto es, compuestas exclusivamente por ceros y unos. Sin embargo, cualquier parámetro físico (temperatura, luz ) puede tomar inidad de valores (7,5 C, 19 C, 4 C). Estas últimas son señales analógicas. El ordenador necesita por tanto un traductor, es decir, un elemento que transforme las señales analógicas en digitales: 5 V entrada analógica ADC PC salida El dispositivo que permite al ordenador adquirir datos se conoce como conversor analógico a digital (ADC), que se caracteriza por el número de bits que asigna a cada muestra de la señal analógica. Así, un conversor de 3 bits asignará los valores 000, 001, 010 hasta 111 para el valor máximo de la señal de entrada. En el ejemplo siguiente veremos cómo se puede realizar una conversión de este tipo. Como se ve en el gráfico, la señal analógica presenta valores de voltaje comprendidos entre 0 V y 5 V: amplitud (V) 5,0 2,50 1, señal digital señal analógica tiempo (ms) ADC Valor analógico Salida digital 0-0,625 V 000 0,625 V - 1,25 V 001 1,25 V - 1,875 V 010 1,875 V - 2,5 V 011 2,5 V - 3,125 V 100 3,125 V - 3,75 V 101 3,75 V - 4,375 V 110 4,375 V - 5 V 111 Tabla de conversión de un ADC de tres bits. Observa que la señal analógica se ha dividido en ocho intervalos iguales. El valor del intervalo se obtiene dividiendo el valor máximo de la señal analógica (5 V) entre el número de intervalos (8). En nuestro caso: 5 V 1 k 5 8 0,625 V 20 Imagina una tarjeta controladora que incorpora un conversor analógico a digital de 16 bits para señales analógicas que varían entre 0 y 10 V. Calcula el número de intervalos que utilizará el ADC y el valor del intervalo. 21 Analiza el funcionamiento del circuito del margen. Se puede considerar un ADC? Por qué? t 0 5 V NTC V S 10 k 1k 1 k 1 k 1 k k 1 k 1 k 1 k Control y robótica 133

17 6 MSWLogo Te interesa saber Para instalar MSWLogo en Linux tenemos que utilizar un programa emulador que permite ejecutar aplicaciones diseñadas para un sistema operativo en otro. Wine es uno de los más usados. Para familiarizarnos con los lenguajes de programación, vamos a practicar con uno muy sencillo denominado Logo, que nos permitirá dar órdenes o instrucciones a una pequeña tortuga situada en el centro de la pantalla, representada mediante un triángulo. Después aprenderemos a realizar programas para controlar sistemas automáticos y robots Logo, nuestro primer lenguaje de programación Si ejecutamos MSWLogo, aparecerá una ventana para introducir las órdenes o instrucciones (Trabajo) y otra donde se verán los resultados (Pantalla): Para que la tortuga ejecute nuestras órdenes, debemos pulsar Ejecutar tras escribirlas. A continuación figuran algunas de las instrucciones más utilizadas en Logo: Orden Forma abreviada Significado AVANZA n AV n Avanza n pasos RETROCEDE n RE n Retrocede n pasos GIRADERECHA n GD n Gira a la derecha n grados GIRAIZQUIERDA n GI n Gira a la izquierda n grados ROTULA [frase] RO [frase] Escribe una frase CENTRO Se dirige al centro PONCOLORLÁPIZ n PONCL n Selecciona un color de lápiz BORRAPANTALLA BP Borra la pantalla SUBELÁPIZ SL No pinta al desplazarse BAJALÁPIZ BL Pinta al desplazarse 22 Da las órdenes necesarias a la tortuga para realizar un dibujo como el de la figura del margen. 134 UNIDAD 5

18 6.2. Editar Procedimientos Reflexiona Cómo se podría realizar el dibujo de la espiga? AV 15 GD 45 AV 40 RE 40 GI 90 AV 40 RE 40 GD 45 Te interesa saber Seleccionando Archivo Guardar como puedes guardar en un archivo todos los procedimientos que realices. Posteriormente podrás recuperarlos mediante Archivo Cargar. Hemos hecho uso de algunas órdenes de la tabla anterior para dibujar tan solo una pequeña parte de la espiga. Para dibujar la espiga completa habría que escribir las órdenes ocho veces. Afortunadamente existe una forma más sencilla de hacerlo: REPITE 8 [AV 15 GD 45 AV 40 RE 40 GI 90 AV 40 RE 40 GD 45] La orden REPITE n [instrucciones] ejecuta n veces un conjunto de instrucciones. Pero todavía podemos mejorar la solución si creamos un procedimiento que incluya ese conjunto de instrucciones, de modo que baste con escribir el nombre del mismo, en nuestro caso, espiga. Para crear el procedimiento, seleccionamos Archivo Editar; en Editar Procedimiento escribimos espiga y en la ventana del Editor copiamos las órdenes, tal como se indica a continuación: Terminamos la creación del procedimiento espiga seleccionando Archivo Guardar y salir. 23 Crea los siguientes procedimientos y comprueba el resultado. para triángulo repite 3 [av 100 gd 120] para cuadrado repite 4 [av 100 gd 90] para círculo repite 360 [av 1 gd 1] 24 Escribe un procedimiento llamado flor que realice la figura del margen. Control y robótica 135

19 6.3. Variables Si observas los siguientes dibujos, verás que solo se diferencian en el color y en la altura: El color y la altura son, por tanto, variables. Vamos a realizar el procedimiento del margen, que permite dibujar cualquiera de las espigas anteriores: Una vez guardado el procedimiento espiga, escribimos «espiga 5 4». Si la variable :n (altura) toma el valor 5 y la variable :c (color) el valor 4, aparecerá en la pantalla una espiga de altura 5 y de color 4, o sea, rojo Entrada, proceso y salida En ocasiones, el ordenador necesita que el usuario introduzca datos para poder resolver un problema. Estos datos y el resultado obtenido se almacenan en variables. Lo entenderemos mejor analizando el siguiente programa, que calcula el área de un círculo: Te interesa saber En Logo las operaciones matemáticas básicas se representan mediante,, * y /. Puedes probarlas con el siguiente ejemplo: HAZ x 8 * 5 6 / 2 ES :x Por otra parte, los decimales se expresan en notación anglosajona, es decir, llevan puntos en vez de comas. para areacirculo ES [Teclea el radio] HAZ r LEEPALABRA HAZ area 3.14 * :r * :r ES (FRASE [El área es ] :area) Entrada Proceso Salida En la pantalla aparece la frase Teclea el radio. La instrucción HAZ r LEEPALABRA asigna a la variable :r el valor tecleado. Si, por ejemplo, hemos escrito 2, :r valdrá 2. HAZ area 3.14 * :r * :r calcula el área realizando la operación area 3,14 r r. En nuestro caso, :area será 3,14 2 2, es decir, 12,56. Por último, aparece el mensaje El área es como resultado de la orden ES (FRASE [El área es ] :area). 25 Realiza el siguiente dibujo por medio del procedimiento cuadrado. 26 Explica qué relación tiene el siguiente programa con la figura. para saludo ES [ Cómo te llamas?] HAZ nombre LEEPALABRA REPITE 8[sl gd 45 ro :nombre av 70] 136 UNIDAD 5

20 6.5. Ejecución condicional Imagínate que queremos activar un ventilador cuando se alcance una determinada temperatura o encender una bombilla a una hora concreta. Cómo podríamos hacerlo? Para ello necesitamos que las instrucciones se ejecuten si se cumple una condición. En Logo, la orden que permite hacer esto es la siguiente: SI condición [instrucción] Esta orden significa que solo se ejecuta la instrucción o instrucciones si se cumple la condición. Por ejemplo, el siguiente programa indica si la velocidad a la que se está circulando por una autopista es correcta: para autopista HAZ v azar 150 ;genera un número entre 0 y 150 ES :v SI y (:v80) (:v120) [ES [Velocidad adecuada]] SI :v120 [ES [Peligro de accidente]] Si la velocidad está comprendida entre 80 y 120, aparecerá el mensaje Velocidad adecuada. Si es mayor de 120, nos advertirá del peligro. EJEMPLOS PARA INDICAR LA CONDICIÓN Condición (:a 7, :b 3, :c SI ) Resultado :a :b Verdadero :a 0 Falso (:a :b) 10 Verdadero :c NO Falso no (:a 0) Verdadero y (:a :b) (:b 4) Verdadero o (:a 8) (:b 3) Falso o (:c si) (:c SI) Verdadero proceso Algoritmos Hemos visto que programar consiste en enseñar al ordenador a resolver problemas. Antes de escribir las instrucciones debemos estudiar la forma de resolver esos problemas. Observa, por ejemplo, cómo puede diseñarse un programa para calcular la raíz cuadrada de un número: inicio para raíz decisión datos introducir número n ES (introduce un número) HAZ "n LEEPALABRA inicio y salida de pantalla n0? NO SI :n0 [ES [error: el número es negativo]] Símbolos para representar los diagramas de flujo. SI error: el número es negativo a = n la raíz es: a SI no :n0 [HAZ "a rc :n ES [la raíz es] ES :a ] Esta especie de receta o conjunto de pasos se llama algoritmo: método o conjunto ordenado de operaciones que permite resolver un problema. Para representarlo gráficamente hemos usado un diagrama de flujo. 27 Realiza el diagrama de flujo de un programa que permita determinar si un número es par o impar. Control y robótica 137

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