TECNOLOGÍA 4º ESO. TEMA 5 CONTROL POR ORDENADOR.

Transcripción

1 Desarrollo del tema: 1. Sistemas automáticos programados. 2. Control mediante un ordenador. 3. Lenguajes de programación de alto nivel: Logo (WinLOGO) 4. Lenguajes de programación de alto nivel : BASIC. 5. Controladoras e interfaces de control. 6. Interfaces de control y programación. 7. Codificación de programas. 8. Los diagramas de flujo para representar un programa. 1. Sistemas automáticos programados. Un dispositivo es automático, cuando es capaz de desempeñar una tarea determinada sin la intervención del ser humano. Para que una máquina funcione automáticamente, es necesario que disponga de un sistema de control. Un control está formado por una serie de dispositivos que realizan las acciones oportunas en cada momento para conseguir el fin deseado. Los sistemas de control automático poseen tres partes diferenciadas: Las entradas. Son los dispositivos que detectan el estado en que se encuentra el sistema. Están formadas por los sensores. La unidad de control y programación. Son los dispositivos que analizan la señal de entrada y establecen la reacción del sistema. Las salidas. Son los dispositivos que ejecutan las acciones que decide la unidad de control y programación. Las señales, tanto de entrada como de salida, están formadas por impulsos eléctricos, que pueden ser digitales, si toma el valor de 1 (activada) o 0 (desactivada), utilizándose sistemas de relés, para su activación, o señales analógicas, de + o -, cuando la variable puede modificarse continuamente, utilizándose, para ello, circuitos integrados que van a regular, por ejemplo, la velocidad de giro de un motor. 2. Control mediante un ordenador. Por si mismo, un ordenador es un dispositivo de control, que, mediante programas adecuados o drivers, es capaz de controlar automáticamente el funcionamiento de dispositivos tales 1

2 como la impresora, el escáner, las unidades de almacenamiento, etc. La CPU de un ordenador posee una serie de puertos, serie (COM), paralelo (LPT), USB, VGA, PS/2, Firewire, que permite comunicarse con el resto de los periféricos y controlarlos, recibiendo y enviando información. Velocidad bit : USB Mbps ;; USB Mbps ;; FW ,5 Mbps ;; FW Gbps. Los dispositivos tecnológicos, como son los pulsadores, lámparas, motores, etc, no debemos conectarlos directamente a los puertos del ordenador, ya que éste envía corriente pequeña y dañaríamos sus circuitos internos. Con el fin de manejar estos circuitos tecnológicos, haciendo que trabajen de forma autónoma, es necesario utilizar una controladora, que es un periférico que proporciona una entradas y salidas (analógicas o digitales ) adecuadas. Para gestionar la tarjeta controladora, es necesario crear y manejar un programa adecuado para gestionar la información que llega a las entradas y que permita actuar en consecuencia a las salidas. Algunas tarjetas controladoras, proporciona una fuente de alimentación interna, otras es necesario proporcionarles la tensión adecuada desde el exterior. Tarjeta controladora Investrónica Fuente de alimentación de la tarjeta Conexión a la CPU mediante puerto LPT (Paralelo) Si representásemos el diagrama de bloques, sería: Sensores CPU Tarjeta Controladora En las diferentes tiendas de electrónica se pueden encontrar diferentes tarjetas controladoras Efectores 2

3 como son la de Investronica, Enconor, Micro-log o Lego, con diferentes formas de conexión y programación. El lenguaje más utilizado para programarlas es el WinLogo. 3. Lenguajes de programación de alto nivel: Logo (WinLOGO). El WinLOGO, es un programa sencillo que permite realizar dibujos, efectuar operaciones y realizar programación. El aspecto que ofrece la pantalla es el siguiente: Barra de título Barra de menús Ventana de gráficos Ventana de textos Área de trabajo Menú de programación Para borrar la ventana de gráficos se hará con la opción BP Para borrar la ventana de textos se hará mediante BT. Otras opciones preliminares de la programación de Logo será : BL SL OT MT Baja lápiz. Sube lápiz. Oculta tortuga. Muestra tortuga. Las distintas órdenes reciben el nombre de primitivas av 100 (adelanta 100 unidades 3

4 la tortuga) re 100 (retrocede 100 unidades la tortuga), gd 90 (gira la tortuga 90º), gi 90(gira la tortuga 90º), etc. Un conjunto de primitivas ordenadas y que empieza por la palabra para y termina con fin, recibe el nombre de procedimiento o programa. Pantalla del LOGO editando dos procedimientos: El primero. Comienza con la instrucción: para circunferencia. Permite calcular el área de un circulo conociendo el valor del radio, siendo éste introducido como variable. El segundo. Comienza con la instrucción: para cuadrado. Permite el cálculo del área de un cuadrado introduciendo como variable el valor del lado. Con el lenguaje LOGO, es posible operar como si fuera una máquina de calcular. Para ello se ha de considerar lo siguiente: 1. La secuencia de prelación de las operaciones: paréntesis, potencias, productos y 4

5 cocientes y sumas y restas. 2. Para operar tendremos que poner la primitiva escribe seguido de la operación o argumento en la zona del área de trabajo. El resultado aparecerá en la zona de textos. 3. La raíz cuadrada se calcula mediante la opción: escribe sqrt 2. o raizcuadrada 2 4. Otras funciones son: a. cociente b. ln calcula su logaritmo neperiano. c. sen 45, cos 45 y tan calcula su seno, coseno y tangente. d. arctan calcula su arco tangente que toma valor 45º e. Pi, da el valor de 3,14... f. abs establece el valor absoluto de un número. g. azar escribe un número al azar entre 0 y el 7 h. exp calcula el valor de e2. I potencia determina el valor 4 j Suma establece el valor 4 k resto determina el valor de cero (resto de la división). 5. Controladoras e interfaces de control. La controladora Micro-Log. La tarjeta de Micro-log es del tipo M4007. Puede ser programada tanto en el MSWlogo o con el VisualBASIC. Es una tarjeta de las denominadas pasivas, pues no proporcionan fuente de alimentación. La alimentación se realiza mediante una fuente de alimentación de 12 V en DC. Las características de esta tarjeta son las siguientes: 1. Entradas analógicas : el número de canales que se dispone es de 2 (A1 y A2). La entrada se realiza por una tensión variable de 0 a 5 V de DC. 2. Entradas digitales : el número de canales es de 4 (I1, I2, I3, I4). La tensión 0 V supone el estado 0; la tensión 5 V supone el estado Salidas digitales : el número de canales es de 4 (D1, D2, D3, D4). La tensión 0 V, indica el estado 0 y la tensión 5 V indica el estado Salidas de Relés : el número de canales es de 2 (R1 y R2). 5 Salidas de motor : el número de canales es de 2 (M1 y M2). El canal M1 en un control bidireccional, con variación de la velocidad y sentido de giro del motor. El canal M2 es también bidireccional, con variación en el sentido del motor. El sistema de comunicación es mediante un puerto COM, RS232 de 9600 baudios de velocidad de transmisión. La tarjeta controladora tiene el siguiente aspecto: 5

6 1. Circuito de salida de relés. 6

7 PROGRAMA: Para Reles Local e haz reles (matriz 2) inicializar_reles :reles acción_rele 1 on :reles espera 30 acción_rele 1 off :reles espera 30 acción_rele 2 on :reles espera 120 acción_rele 2 off :reles fin Con este programa indicamos que el zumbador ha de funcionar durante medio segundo, después se mantiene en silencio durante medio segundo; a continuación se enciende la lámpara durante 2 segundos y termina el procedimiento. El segundo circuito va a controlar el funcionamiento de sendos motores, sabiendo que en el motor conectado a la salida M1, se puede controlar su velocidad. 7

8 PROGRAMA. Para motores local numero Encabezamiento haz numero 1 local velocidad haz velocidad 160 haz estado derecha local motores Inicio haz motores (matriz 2) inicializar_motores :motores accion_motor :numero :estado :motores :velocidad espera 180 accion_motor :numero off :motores :velocidad Actividad accion_motor 2 izqierda :motores espera 180 accion_motor 2 off :motores fin Con este programa se activa el motor uno a la velocidad 160 (la máxima velocidad es de 255). girando a la derecha durante 3 segundos. A continuación funciona el motor 2, girando a la izquierda, también durante 3 segundos. El tercer circuito va a permitir, mediante las salidas digitales, controlar el funcionamiento de un display. 8

9 PROGRAMA. Para display local numero haz numero 1 haz estado on local sdigital haz sdigital (matriz 4) repite 4[ inicializar_salidas_digitales :sdigital accion_salida_digital :numero :estado :sdigital espera 180 accion_salida_digital :numero off :sdigital espera 180 accion_salida_digital 2 on :sdigital espera 120 accion_salida_digital 2 off :sdigital accion_salida_digital 3 on :sdigital espera 120 accion_salida_digital 3 off :sdigital accion_salida_digital 4 on :sdigital espera 120 accion_salida_digital 4 off :sdigital] fin En resumen las controladoras poseen los siguientes componentes: Salidas digitales, que pueden ser activas, que proporcionan corriente(investrónica) y pasivas, que no proporcionan corriente ( Micro-Log). Entradas digitales, que reciben señales eléctricas de 1 o 0, de sensores conectados a ellas. Entradas analógicas reciben señales eléctricas variables de los sensores conectados a ellas (LDR, termistores, etc ) Salidas analógicas, permiten transmitir potencias variables dentro de un determinado rango. La conexión del ordenador se realiza mediante una serie de puertos (COM o LPT) y la toma de energía se hace mediante una fuente de alimentación que proporciona DC a diferentes tensiones, según cual sea la controladora. 9

10 6. Interfaces de control y programación. Las tarjetas controladoras son dispositivos intermedios que captan la información recibida de los sensores y ejecuta las órdenes que establece el ordenador utilizando un determinado programa. La forma de comunicarse con el ordenador para realizar la programación es lo que se denomina la interfaz. Existen interfaces en forma de iconos o esquemáticos u otros, como es el caso e las controladoras que vamos a usar, que el interfaz es el propio de la programación de alto nivel (LOGO o BASIC). 7. Codificación de programas. Cada lenguaje de alto nivel, posee instrucciones específicas para el funcionamiento de cada una de las tarjetas controladoras. Básicamente, se trabaja con: 1. variables que puede ser numérica, alfanumérica o booleana. 2. Constantes, cuando el valor es constante en todo el programa o procedimiento. 3. Comandos o instrucciones, que están formados por cada una de las lineas del programa o procedimiento. Lagunas de las instrucciones más utilizadas son las siguientes: Tarjeta Micro-LOG Comando o instrucción inicializar_salidas_digitales :Sdigital accion_salida_digital 1 on :Sdigital accion_salida_digital 1 off :Sdigital Acción que realiza Para activar una salida, hay que poner a cero las instrucciones anteriores mediante el primer comando y después activar y desactivar la salida digital número 1. Para introducir una variable se realiza mediante la instrucción: Haz numero 1 El final del procedimiento o programa se realiza mediante FIN y se comienza con la instrucción: para relés (nombre del programa). Para indicar que un comando debe actuar durante un determinado tiempo, se utiliza la instrucción Espera (n/60), en segundos. Si se indica ESPERA 120, significa que la instrucción va a durar 2 segundos. 8. Los diagramas de flujo para representar un programa. Para realizar la programación de la forma más sencilla, se recurre a los diagramas de flujo; la unión entre los diferentes símbolos se utilizan los conectores. Algunos de los símbolos empleados para el diagrama de flujo son los siguientes: 10

11 Inicio del bucle Fin bucle Las acciones básicas de una controladora es accionar sus salidas y analizar el estado de sus entradas Como ejemplo de aplicación de un diagrama de flujo se va a representar un programa : Se va a realizar un programa que calcule la media de una serie de datos que no pasen de 1000 y que la suma no supere de La variable del dato es D y la suma será S = S + D El diagrama representado es el siguiente: 11

12 Instrucciones pantalla Desde N = 0 hasta 1000 Leer Dato Siguiente N 12

13 PROGRAMA EN LOGO.para talla :N :S haz N :N + 1 es :N es [introduce la talla en cm] haz D LP es :D haz S :S + :D es :S si :D<999 [talla :N :S] haz M :S / :N es(frase[la media de la población tallada es] :M cm ) fin 8.- Otras variables Micro-log Sdigitales Salidas digitales Ent (1 o 2 ) Entradas digitales Sanalogicas Entradas analógicas Programa con Entradas Digitales. para entrada local ent1 local ent2 haz reles (matriz 2) haz ent2 off inicializar_reles :reles mientras [ :ent2 = off][ haz ent1 (estado_entrada_digital 1) sisino :ent1 = on [accion_rele1 on :reles] [accion_rele1 off :reles] haz ent2 (estado_entrada_digital2)] fin Programa para entradas analógicas para contar haz contador 0 haz dato 0 mientras [ :contador <1000][ haz datos (leer_entrada_analogica 2) muestra :datos haz contador (suma :contador1)] fin 13

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