Sabers del currículum

3.3 Disseny i implementació de sistemes de control programat. Muntatge físic i/o ús de simuladors i programació senzilla de dispositius. Internet de les coses. [E]

Sabers concretats

• Distinció entre control programat i control automàtic. Identificació de variables d’entrada, variables de sortida i valors de control. Valoració de les implicacions en el disseny algorísmic. [ESS]
• Disseny, simulació o construcció de dispositius físics que incorporen sistemes de control. Robòtica.
• Implementació de sistemes bàsics de comunicació i transmissió de dades entre dispositius.

Justificació de la proposta

Aquesta activitat utilitza un projecte de robòtica tangible (el vehicle amb Micro:bit) per traslladar conceptes abstractes (variables, control) a una aplicació real (moviment i interacció). L’ús de dos Micro:bits permet treballar la transmissió de dades sense fils (via ràdio) per implementar un sistema de control remot programat. Es vol forçar l’alumnat a diferenciar entre un control passiu (programat) i un d'actiu (automàtic, utilitzant un sensor), i a valorar com les variables d’entrada dels sensors modifiquen la lògica de l’algorisme (CE4).

Descripció de l’activitat

L’activitat consisteix a construir (o simular la lògica de) un vehicle amb Micro:bit i, posteriorment, millorar-lo amb un sistema de control de seguretat automàtica.

L’alumnat comença utilitzant un Micro:bit com a comandament a distància. Es defineixen les variables d’entrada (botó A, botó B) i les variables de sortida (Missatge de Ràdio amb els valors: Endavant, Endarrere, Esquerra, Dreta). Es crea el codi per enviar aquests missatges de control a un altre Micro:bit (el vehicle), mitjançant la funció de Ràdio de Micro:bit. Això representa un Control Programat (l’humà pren totes les decisions).

El segon Micro:bit es munta al vehicle i rep les dades de ràdio. Es programa el vehicle perquè executi els moviments segons els missatges rebuts pel Micro:bit 1. S’estableix la lògica: Si rep ‘Endavant’, motor A i B endavant. El desafiament és incorporar un Control Automàtic de seguretat utilitzant un sensor (p. ex.: un sensor ultrasònic de distància, si està disponible, o fins i tot el sensor de llum integrat).

L’alumnat ha de modificar l’algorisme de conducció: variable d’entrada: Distància (valor del sensor) i lògica de control automàtic: Si Missatge de Ràdio = Endavant I Distància < 10 cm ENTRADA, el vehicle s’atura i sona una alarma (Sortida de control). Aquesta modificació posa en valor les implicacions en el disseny algorísmic, ja que el control manual es veu supeditat al control automàtic de seguretat.

El grup ha de provar el sistema de control híbrid i validar-ne la funcionalitat. S’analitza com la implementació de sistemes bàsics de comunicació (Ràdio) és vital per al sistema de control remot. Es reflexiona sobre els problemes de latència o interferències (si n’hi ha). L’alumnat ha de concloure el projecte definint clarament quina part del sistema és Control Programat (la conducció manual) i quina és Control Automàtic (la parada de seguretat amb sensor), i justificar l’ús de les variables de control en cada cas.

Recomanacions

La transmissió de dades via ràdio entre dos Micro:bits pot ser frustrant si les freqüències o els grups de ràdio no estan ben configurats, o si hi ha moltes parelles de Micro:bits operant a prop (interferències). Cal protocol·litzar l’ús de la funció i assignar un número de grup de ràdio únic a cada grup de treball (p. ex.: Grup 1 utilitza el canal 1; Grup 2, el canal 2). També és útil iniciar la sessió amb un codi de prova de comunicació senzill (p. ex.: Si rebo qualsevol dada, encenc un led) abans de programar el moviment complex del vehicle.

L’alumnat pot tenir problemes per diferenciar el Control Programat (l’humà decideix l’acció amb els botons) del Control Automàtic (la màquina decideix l'acció —parar— segons la lectura del sensor). Cal utilitzar una metàfora clara i visual. Definir el Control Programat com l’accelerador i el volant (requereix intervenció humana) i el Control Automàtic com el fre ABS o el sensor de proximitat (actua sense intervenció humana si es compleix una condició). A l’algorisme, cal remarcar la clàusula IF del sensor com el punt en què el control passa de programat a automàtic.

La part física (muntatge de motors, escut, sensors) pot ser lenta i absorbir massa temps, cosa que desvia el focus dels objectius de programació i control. Si l’objectiu principal és el control i l’algorisme, cal simplificar o premuntar el maquinari. Es poden proporcionar els vehicles precablejats amb l’escut i motors, deixant per a l’alumnat només la connexió d’un únic sensor (ultrasons o llum) com a objectiu de muntatge. Alternativament, es pot utilitzar un simulador de Micro:bit per a la lògica de moviment i control automàtic, si els materials són limitats, per assegurar el focus en el disseny algorísmic. 

Sabers del currículum

3.3 Disseny i implementació de sistemes de control programat. Muntatge físic i/o ús de simuladors i programació senzilla de dispositius. Internet de les coses. [E]

Sabers concretats

• Distinció entre control programat i control automàtic. Identificació de variables d’entrada, variables de sortida i valors de control. Valoració de les implicacions en el disseny algorísmic. [ESS]
• Disseny, simulació o construcció de dispositius físics que incorporen sistemes de control. Robòtica.
• Implementació de sistemes bàsics de comunicació i transmissió de dades entre dispositius.

Justificació de la proposta

Aquesta activitat explota el Micro:bit com un processador complet (cervell) amb diverses entrades (inputs) i sortides (outputs) integrades, tal com es descriu a la documentació oficial. L’objectiu és que l’alumnat aprofundeixi en la lògica de variables de control i disseny algorísmic utilitzant les funcions bàsiques: botons, acceleròmetre, brúixola (inputs) i leds, pins (outputs). S’ha de dissenyar un sistema de “dron de rescat” simulat, en el qual la navegació és un control programat (per botons o gestos) i la detecció de perill és un control automàtic (per sensor de llum o temperatura), de manera que es força la creació d’un algorisme híbrid i complex.

Descripció de l’activitat

L’activitat consisteix a programar un Micro:bit per simular la navegació i l’alerta d’un dron de rescat, utilitzant les seves entrades i sortides internes.

L’alumnat comença explorant la placa Micro:bit (física o en simulador) per identificar-ne totes les capacitats:

• Entrades/Inputs: botons A i B, agitació (shake), inclinació (tilt), llum, temperatura, brúixola, pins (p. ex.: un simple contacte).
• Sortides/Outputs: pantalla de leds (5 \times 5), pins (per a un motor, un led extern).
• Variables de control: es defineixen les variables que es llegiran (p. ex.: nivell de llum, direcció de la brúixola).

Els grups dissenyen el codi per a la navegació i comunicació. Es programa el Micro:bit perquè enviï ordres de direcció a un segon Micro:bit (simulat com la base de control) utilitzant la funció Ràdio. L’entrada pot ser mitjançant gestos o combinacions de botons (p. ex.: Agitar envia un codi Alerta). El codi de ràdio es converteix en la variable de sortida principal per a la comunicació.

S’incorpora el component crític del control autònom de seguretat. L’algorisme de conducció ha de ser anul·lat per una condició ambiental. S’utilitza el sensor de llum o el de temperatura integrat. Si Nivell de Llum és inferior a 50 (simulant foscor) o Temperatura és superior a 30 graus (simulant un incendi), ENTRADA el Micro:bit ha de mostrar una icona d'ALERTA a la pantalla de leds (sortida) i enviar un missatge de ràdio PERILL a la base de control. Aquest pas valida el disseny algorísmic, ja que el codi s’ha d’executar independentment de les ordres programades de navegació.

Els grups demostren el funcionament del seu sistema i el justifiquen. Han de presentar el seu diagrama de flux i assenyalar la funció de cada variable d’entrada i sortida. Han de distingir clarament on es produeix el Control Programat (gestos/botons humans) i on s’executa el Control Automàtic (la lògica del sensor que ignora els gestos).

Recomanacions

La funció de Ràdio pot ser una font de problemes si molts grups treballen alhora. Les interferències poden trencar la simulació de comunicació. Cal protocol·litzar l’ús de la funció Ràdio assignant un número de grup de ràdio únic a cada grup de treball per evitar interferències creuades. Cal insistir en la prova de comunicació bàsica abans d’implementar la lògica complexa.

L’alumnat pot confondre la lectura d’una entrada (p. ex.: el valor de llum) amb la variable de control (el límit establert per activar l’alerta, p. ex.: Llum} < 50). Cal utilitzar el simulador de Micro:bit per visualitzar els valors de les entrades en temps real (p. ex.: el gràfic de temperatura o llum). S’ha de demanar a l’alumnat que defineixi la seva lògica amb una taula de veritat simplificada abans de programar.

El disseny del sistema híbrid requereix una lògica “IF/ELSE” que prioritza la seguretat automàtica per sobre del control programat (p. ex.: Si Alerta de Llum és activa, ignora el botó A de navegació). Això pot ser un desafiament algorísmic. S’ha de mostrar l’estructura del codi amb prioritats clares. La clàusula de control automàtic ha de ser la primera condició (IF) que es verifica a l’algorisme. Si aquesta és vertadera, ha de bloquejar el codi de control programat o sortir-ne. Es pot fer un exercici previ de disseny de diagrama de flux a la pissarra per a aquesta lògica de prioritat abans d’implementar el codi.