Control y robótica. 1. Sistemas de control Sensores Control electromecánico y electrónico Control programado.

Transcripción

1 Control y robótica 1. Sistemas de control Sensores Control electromecánico y electrónico Control programado. Robots Evaluación 62

2 1. Sistemas de control (I) Los automatismos utilizan sistemas de control formados por sensores, controlador y actuadores. Pueden ser de lazo abierto o de lazo cerrado. La realimentación consiste en comprobar si la salida del sistema es la que habíamos previsto. A continuación se muestran los distintos elementos de un sistema de control: comparador controlador actuador proceso E S humedad reloj programador humedad de la tierra humedad informa al sistema del estado de salida sensor realimentación Actividades Completa la siguiente tabla con los elementos que forman un sistema de control (fíjate en el diagrama anterior). En la sopa de letras encontrarás dichos elementos. E C O N T R L L A D O R A A P A R O C E N S C A M I E C R E A L I M E N T A C I O N O C O A C T U A U D R P C S E N C O M P A R A D O R E D C O N T R O L A D O R N O N S S E N N S A C O T S A D R A E P R E A L P R O C E S O D O R P R O C E R S A D R A Elemento Definición Conjunto de acciones y cambios que modifican el sistema a controlar (temperatura de una habitación, humedad del suelo, velocidad de un motor, etc.). Encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático (radiador, válvula, bomba de agua, motor, etc.). Envío de información sobre el estado de salida al de entrada. Controla todo el sistema activando o desactivando el actuador a partir de los datos que recibe del sensor. Elemento que capta información del entorno. Compara la entrada con la información que proporciona el sensor. 50 Tecnología 4.º ESO

3 1. Sistemas de control (II) A partir de los siguientes elementos, dibuja el esquema de un sistema de control de la temperatura de una habitación. actuador proceso controlador radiador temperatura de la habitación E 20 0 C sensor Tecnología 4.º ESO 51

4 2. Sensores (I) Un sensor es un dispositivo que capta información de magnitudes físicas como velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de luz, posición, etc. Sensor Sirve para medir Una posible aplicación sería Tiene el siguiente aspecto LDR Nivel de iluminación Iluminación automática de calles Termistor Temperatura Mantener la temperatura de una habitación constante Sensor de ultrasonidos Distancias Usarlo en un robot para medir las distancias a las que se encuentran los obstáculos y poder evitarlos Final de carrera o recorrido La posición de un objeto Comprobar si un ascensor ha llegado al piso de destino Sensor de humedad Nivel de humedad Riego automático de un jardín Lámina bimetálica Temperatura Control de la temperatura de pequeños electrodomésticos (plancha, secador, tostadora) calor se dilata Interruptor de proximidad magnético La posición de un objeto En un sistema de alarma comprobar si se han abierto las puertas y ventanas 52 Tecnología 4.º ESO

5 2. Sensores (II) Actividades Completa la siguiente tabla sobre distintos sensores: Nombre del sensor y su imagen Mide Se aplica Nivel de iluminación Termistor Distancias Sensor de humedad Lámina bimetálica Interruptor de proximidad magnético Tecnología 4.º ESO 53

6 2. Sensores (III) Indica si los siguientes aparatos de uso cotidiano usan sensores y, en caso afirmativo, nombra uno de ellos. a) Secador de pelo: b) Lavadora: c) Ascensor: d) Reloj: e) Teléfono móvil: f) Teléfono fijo: g) Frigorífico: h) Horno microondas: i) Ventilador: Qué tipo de sensor utilizarías en unos servicios públicos para reducir el consumo de agua? 54 Tecnología 4.º ESO

7 3. Control electromecánico y electrónico (I) Los sistemas electromecánicos se basan en la activación de dispositivos mediante el desplazamiento de piezas móviles. Los elementos más empleados en los mismos son levas, finales de carrera y relés. El control electrónico permite utilizar sensores más complejos. Se basa en el uso de transistores y circuitos integrados. Actividades Indica si las siguientes afirmaciones se refieren a levas, finales de carrera o relés: a) Componente electromagnético formado por una bobina y unas láminas metálicas móviles. b) En los sistemas de control, pueden formar parte de un bote programado. c) Sirven para detectar cuando un objeto ha alcanzado una determinada posición. d) No poseen partes móviles. e) Solo pueden activarse mediante electricidad. f) Se activan ejerciendo presión sobre los mismos. g) En los sistemas de control están en continuo movimiento, activando y desactivando otras partes del mismo. h) Pueden utilizarse para detectar cuando un depósito está lleno en un sistema de control del nivel de líquido. El siguiente circuito permite controlar el sentido de giro de un motor mediante un relé. Dibuja el circuito con los cambios que ocurren en el mismo cuando accionamos el pulsador, indicando el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas y el sentido de giro del motor. (Dato: cuando accionamos el pulsador las láminas del relé son atraídas hacia la bobina.) 3 V 6 V bobina de relé M Tecnología 4.º ESO 55

8 3. Control electromecánico y electrónico (II) Responde verdadero (V) o falso (F) a las siguientes frases sobre el circuito anterior: a) Un relé permite controlar un dispositivo que funciona a una tensión (motor de 3 V) mediante una tensión diferente (pila de 6 V). b) Por la razón anterior, usando el mismo circuito podríamos controlar cualquier dispositivo (lámpara, radiador, motor) que funcione a 230 V. c) La velocidad de giro del motor depende de si el relé está o no activado. d) La bobina del relé actúa como un electroimán. e) Todos los relés tienen dos láminas metálicas móviles. f) En el circuito anterior el motor está siempre en movimiento. g) No se puede añadir ningún componente al circuito para solucionar el problema anterior. Indica alguna aplicación del circuito de la actividad Tecnología 4.º ESO

9 3. Control electromecánico y electrónico (III) a) En el siguiente sistema de control mediante transistores dibuja un recuadro sobre el sensor, otro recuadro sobre el circuito de control y uno más sobre el actuador: presión bombilla luz CIRCUITO DE CONTROL LED 4,5 V NTC t 12,7 k 2,2 k M calor timbre 10 k BC548B BC548B humedad motor b) Completa la explicación sobre el funcionamiento del sistema de control anterior usando los siguientes términos: motor temperatura disminuye base transistor NTC Cuando aumenta la la resistencia de la disminuye y comienza a entrar corriente eléctrica por la base del primer. La corriente que sale por el emisor del primer transistor entra en la del segundo transistor que también se activa. La activación de los transistores pone en marcha el. Cuando la temperatura deja de circular corriente por los transistores y el motor se detiene. c) Vuelve a dibujar el sistema de control anterior sustituyendo el sensor por uno de los mostrados en la ilustración (presión, luz, humedad). Sustituye también el actuador por una bombilla, un timbre o un LED. (No olvides que un LED siempre debe ir en serie con una resistencia limitadora de corriente.) d) Explica cómo funciona el nuevo sistema de control utilizando el mismo párrafo de la actividad b) con las modificaciones que creas conveniente realizar. Tecnología 4.º ESO 57

10 4. Control programado. Robots (I) Para realizar un sistema de control programado se necesita un ordenador, un programa de control y una tarjeta controladora. La tarjeta controladora dispone de entradas para captar información del exterior y salidas para activar dispositivos. Los robots son automatismos que captan información del entorno y se pueden programar para realizar distintas tareas. Actividades La controladora Arduino posee 13 pines o patillas que pueden configurarse como entradas o salidas digitales, 6 entradas analógicas y una conexión USB al PC. La alimentación puede ser externa o a través del propio puerto del ordenador. Mediante recuadros, indica sobre la foto dónde se encuentran las entradas/salidas digitales, entradas analógicas, alimentación y conexión al PC. Indica a qué parte de la controladora (entrada digital: ED, salida digital: SD o entrada analógica: EA) conectarías los siguientes dispositivos: a) Sensor de temperatura. b) Motor. c) Final de carrera. d) Pulsador. e) Timbre. f) Sensor de sonido. g) Interruptor. 58 Tecnología 4.º ESO

11 4. Control programado. Robots (II) A continuación se presenta el esquema de sistema de control de un semáforo mediante tarjeta controladora. Deseamos que la luz roja esté encendida 5 segundos, la luz verde 4 segundos y la amarilla 1 segundo. Completa el programa de control utilizando las siguientes órdenes: Activar pin_x Activa (pone a 5 voltios) el pin x de la controladora (x debe ser un número) Desactivar pin_x Desctiva (pone a 0 voltios) el pin x de la controladora (x debe ser un número) Esperar n Detiene la controladora n milisegundos LED rojo LED amarillo LED verde Programa de control: Configurar los pines 10, 11 y 12 como salidas Encender luz roja Apagar luz amarilla Esperar 5000 Encender luz verde Apagar luz roja Activar pin_11 Desactivar pin_10 Encender luz amarilla Apagar luz verde Tecnología 4.º ESO 59

12 4. Control programado. Robots (III) María quiere diseñar un robot que sea capaz de recorrer toda su casa sin detenerse ante ningún obstáculo. Para ello ha decidido colocar al robot dos antenas en su parte delantera que detecten cualquier obstáculo y provoquen un cambio de dirección en el robot. a) Observando el siguiente circuito elabora una lista de todos los materiales necesarios: 1,5 V motor derecho M antena izquierda 1,5 V M motor izquierdo antena derecha b) Dibuja nuevamente el circuito anterior pero en el caso en que la antena izquierda haya sido accionada. No olvides dibujar el sentido de la corriente (mediante flechas) y el sentido de giro de los dos motores. c) Responde verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 1. Al accionar la antena izquierda el motor izquierdo cambia su sentido de giro. 2. Si se accionan las dos antenas simultáneamente ninguno de los motores cambia su sentido de giro. 3. Al accionar la antena derecha el motor izquierdo cambia su sentido de giro y el motor derecho continúa girando en el mismo sentido. 4. Los cambios en el sentido de giro de los motores son momentáneos, pues los finales de carrera vuelven a su posición original al dejar de presionarlos. 5. Si el robot choca por su parte delantera derecha, retrocede, gira a la izquierda y continúa avanzando. 60 Tecnología 4.º ESO

13 4. Control programado. Robots (IV) d) Los dos motores siempre están en funcionamiento, dónde colocarías un interruptor para poder detener el motor? e) Explica dónde conectarías los motores y los finales de carrera para controlar el robot mediante la controladora Arduino. Tecnología 4.º ESO 61

14 5. Evaluación (I) El siguiente esquema representa un sistema de control con realimentación. a) Complétalo con los siguientes términos: proceso, actuador, sensor, controlador, E (entrada), S (salida) y comparador. b) Indica qué sensor y qué actuador utilizarías si se tratara de controlar la temperatura de una habitación. Completa la siguiente tabla: Sensor Sirven para medir Aplicación Termopar Horno Luz Sensor magnético de proximidad Alarma contra intrusos Galga extensiométrica Deformación, presión 62 Tecnología 4.º ESO

15 5. Evaluación (II) Un grupo de Tecnología está diseñando un robot capaz de esquivar obstáculos mediante unas antenas colocadas en la parte delantera del mismo. Disponen de los siguientes componentes: 1,5 V 1,5 V M M C R C R A A a) Sabiendo que ya han realizado la mitad del circuito, completa lo que falta del mismo con los componentes de la lista anterior. Indica sobre el dibujo dónde colocarías cada motor (izquierda/derecha) y las antenas del robot. 1,5 V M 1,5 V b) Explica cómo funciona el robot. Tecnología 4.º ESO 63

16 5. Evaluación (III) A continuación se presenta el esquema de un sistema de control programado cuyo objetivo es emitir un destello luminoso dos veces por segundo. a) Observa el dibujo del circuito e indica todos los componentes necesarios para llevarlo a cabo. b) Completa el programa de control con las siguientes órdenes, repitiendo alguna si fuera necesario: Configurar el pin 13 como salida Esperar 250 ms Desactivar el pin 13 Activar el pin Tecnología 4.º ESO