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Cuaderno de prcticas

education

Gua para el profesor

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NDICE

1. Introduccin .......................................................................................................3

2. Comunicacin Smart City Scratch ..........................................................4Comandos .............................................................................................................. 5Sensores ................................................................................................................. 6

3. Iluminacin y Barrera .................................................................................... 8Introduccin .......................................................................................................... 8Farolas LED ............................................................................................................ 8Barrera .................................................................................................................. 11Ejercicio 3.1. Telecontrol ................................................................................... 11Ejercicio 3.2. Farola decorativa ......................................................................... 13Qu hemos aprendido ........................................................................................ 15

4. Sensor de luz ....................................................................................................16Ejercicio 4.1. Farola activada por sensor de luz ............................................. 17Ejercicio 4.2. Farola controlada por sensor de luz ......................................... 19Ejercicio 4.3. Ahorro de energa en el alumbrado .......................................... 22Ejercicio 4.4. Representacin del sensor en pantalla .................................... 25Qu hemos aprendido ........................................................................................ 27

5. Sensores de Presencia .................................................................................28Ejercicio 5.1. Sensores de Presencia ................................................................ 30Ejercicio 5.2. Iluminacin automtica ............................................................. 32Ejercicio 5.3. Barrera automtica ..................................................................... 34Ejercicio 5.4. Radar de velocidad ...................................................................... 36Qu hemos aprendido ........................................................................................ 40

6. Sensor de temperatura ................................................................................41Ejercicio 6.1. Sensor de temperatura ............................................................... 42Ejercicio 6.2. Panel informativo ........................................................................ 44Qu hemos aprendido ........................................................................................ 50

7. Proyecto final ...................................................................................................51

8. Anexo I: mOway Smart City Scratch. Paso a paso ...........................57Montaje de mOway Smart City ......................................................................... 57Smart City Scratch .............................................................................................. 65

9. Anexo II: listado de comandos .................................................................69

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1. IntroduccinScratch es un entorno de programacin desarrollado por el MIT (Massachusetts Ins-

titute of Tecnology) basado en smbolos iconogrficos denominados bloques que per-miten crear historias interactivas, animaciones y juegos, as como compartir nuestras creaciones con otros usuarios en la web.

Scratch facilita el aprendizaje autnomo y permite a los principiantes obtener resulta-dos inmediatos sin necesidad de saber escribir cdigo. Para empezar a crear programas (scripts) hay que encajar bloques grficos unos con otros formando pilas.

Se utiliza en todo el mundo y est destinado especialmente para introducir en la progra-macin a jvenes aunque lo utilizan personas de todas las edades en entornos diferentes como escuelas, museos o en los propios hogares. Adems se puede instalar y redistribuir gratuitamente en cualquier ordenador con Windows, Mac OSX o Linux.

Puedes descargarte el Manual de Inicio de Scratch directamente aqu y encontrar ms informacin sobre Scratch en la propia pgina Web del MIT.

El programa es gratuito y su cdigo fuente est disponible para la comunidad propician-do la creacin de desarrollos que permitan interactuar con nuestro entorno y programar diferentes elementos externos, como mOway Smart City

La ciudad inteligente mOway Smart City es un recurso educativo que, junto con el robot mOway, favorece la comprensin del concepto de ciudad inteligente. Es una forma estimulante de aprender nociones de electrnica y programacin, ya que los resultados pueden verse de inmediato. Adems, trabajar con ejemplos de la vida real (activacin automtica de luces y de barreras, sistemas de seguridad en los vehculos, etc.) facilita la comprensin y retencin de estos conceptos.

Trabajar con Smart City, el robot mOway y Scratch multiplica las posibilidades de estos objetos generando un entorno que combina ejercicios que mezclan la programacin en un ordenador, con el mundo real y la programacin de objetos.

Una ciudad inteligente es aquella que, gracias a las tecnologas de la informacin y la comunicacin, funciona de manera ms eficiente, consume menos energa e incluso es capaz de gestionarse de forma autnoma.

Los sensores y actuadores de mOway Smart City son programables desde Scratch y pueden ser ledos y controlados en todo momento.

mOway Smart City permite al alumno simular y comprender de manera prctica ejemplos de la vida real, y comprobar cmo funcionan elementos de nuestra vida cotidiana como el alumbrado, la gestin energtica, la monitorizacin de una ciudad inteligente,

mOway Smart City da vida a todo aquello que el alumno programa en su PC, y le ayuda a comprender y asimilar los conceptos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Windowshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mac_OS_Xhttp://es.wikipedia.org/wiki/Linuxhttp://info.scratch.mit.edu/sites/infoscratch.media.mit.edu/files/file/translated-docs/GuiaDeInicioScratch.pdfhttp://scratch.mit.edu

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2. Comunicacin Smart City ScratchIntroduccin

mOway Smart City se controla desde el entorno Scratch por medio de comandos. Un comando es una orden que escribimos en Scratch y que enviamos a la ciudad. Cuando el robot recibe esta orden, realiza la accin ordenada. Por ejemplo, si queremos encender una farola, tenemos que escribir el comando farolaon en Scratch.

Dentro de los comandos existen parmetros que en Scratch identificamos como varia-bles. Cuando queremos encender una farola, tenemos 7 niveles distintos de intensidad de luz. Para que la farola sepa con qu intensidad de luz debe encenderse, tenemos que indicrselo a travs de una variable. Por eso, antes de enviar un comando, debemos ac-tualizar la variable. Cuando ejecutemos este comando, la farola se encender con el nivel de luz que hayamos fijado en la variable.

Por otra parte, mOway Smart City cuenta con diferentes sensores. Un sensor es un dispositivo electrnico que sirve para medir las condiciones del lugar donde se encuentra. Por ejemplo, sensores de presencia para detectar objetos que pasan, sensor de luz para detectar si es de da o de noche, sensor de temperatura, etc. mOway Smart City est con-tinuamente enviando el valor de sus sensores al entorno Scratch.

Comandos

Variables

Sensores

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Tanto el envo de comandos y variables como el envo de los valores de los sen-sores se realizan por medio de la conexin. La gestin de estos mensajes se realiza por medio de la aplicacin mOway Smart City Scratch, que hace de conexin en-tre Scratch y la Smart City.

Comandos

Dentro del entorno Scratch, los comandos se envan con el bloque enviar a todos. Este bloque enva el comando correspondiente a la aplicacin mOway Smart City Scratch, la cual se encarga de enviar este comando a la Smart City por la conexin USB.

Antes del envo de comandos es necesario establecer el valor de las variables asociadas al comando, como son el valor de intensidad de luz y el estado de la barrera.

Comandos

Variables

Sensores

Movimiento

Apariencia Sensores

Control

Operadores

Variables

Sonido

Lpiz

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La imagen siguiente muestra el funcionamiento de los comandos:

1. Scratch enva un comando, como por ejemplo, encender las farolas.

2. La aplicacin mOway Smart City Scratch recibe este comando y lo enva a la Smart City por la conexin USB.

Sensores

mOway Smart City est continuamente enviando por la conexin USB el valor de sus sen-sores. Estos valores enviados son recibidos por la aplicacin mOway Smart City Scratch, que a su vez, los reenva al entorno Scratch. Una vez que esta informacin ha llegado a Scratch, podemos ver los valores de los sensores gracias al bloque valor del sensor.

Comandos

Sensores

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Para activar la comunicacin entre la aplicacin mOway Smart City Scratch y el entorno Scratch es necesario habilitar las conexiones de sensores remotos en Scratch. Para ello, hay que seguir los siguientes pasos:

1. Seleccionar el grupo de bloques Sensores.

2. Hacer clic (con el botn derecho del ratn) sobre el bloque valor del sensor y elegir permita las conexiones del sensor alejado.

Una vez hecho esto, el entorno Scratch est preparado tanto para enviar comandos como para recibir los valores de los sensores.

Para que la comunicacin entre Scratch y mOway Smart City comience, es necesario programar el robot y activar la aplicacin mOway Smart City Scratch. Para ello, consultar el captulo:

Anexo I: Conectar aplicacin mOway Smart City Scratch. Paso a paso.

Movimiento

Apariencia Sensores

Control

Operadores

Variables

Sonido

Lpiz

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3. Iluminacin y BarreraIntroduccin

mOway Smart City dispone de dos grupos de elementos controlables a travs de Scratch: iluminacin y barrera. En la ciudad existen hasta cuatro farolas diferentes controlables individualmente. Cada farola dispone de un LED Blanco en la parte superior y tres LEDs azules decorativos en el poste.

Farolas LED

Un LED es un dispositivo electrnico parecido a una bombilla: cuando pasa una corriente elctrica a travs de un LED, ste se enciende. La gran diferen-cia entre un LED y una bombilla normal es que los LEDs consumen mucha me-nos energa que una bombilla. Adems los LEDs tienen una mayor duracin y aguantan mejor las vibraciones.

Existen LEDs de diferentes colores: blanco, azul, rojo, verde, etc.

Actualmente los podemos ver en todas partes: bobillas, lmparas, linternas, televisio-nes, faros de coche, etc.

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Una bombilla normal es poco eficiente debido a que gran parte de la ener-ga elctrica que le llega (un 90%) se transforma en calor. Tan slo el 10% de la energa se transforma en luz.

En cambio, un LED no se calienta, aprovechando mejor la energa que le llega para transformarla en luz.

Como hemos visto anteriormente para actuar sobre los elementos de la ciudad, te-nemos que indicar el valor de una variable y a continuacin enviar un comando para que la orden se ejecute. En la tabla siguien-te se detallan las variables asociadas a los comandos de las farolas. Cada farola (de la 1 a la 4) tiene una variable para el nivel de luz del LED blanco y otra variable para los LEDs azules del poste.

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Los LEDs del poste utilizan una codificacin binaria para encender los LEDs en funcin del valor que toma la variable poste. A continuacin se muestra la codificacin de esta variable.

Variable Descripcin Valores

farola1 Nivel de luz de la farola 1 0-7

farola2 Nivel de luz de la farola 2 0-7

farola3 Nivel de luz de la farola 3 0-7

farola4 Nivel de luz de la farola 4 0-7

poste1 Activacin (en cdigo binario) de los LEDs del poste de la farola 1 0-7

poste2 Activacin (en cdigo binario) de los LEDs del poste de la farola 2 0-7

poste3 Activacin (en cdigo binario) de los LEDs del poste de la farola 3 0-7

poste4 Activacin (en cdigo binario) de los LEDs del poste de la farola 4 0-7

Valor 0 1 2 3 4 5 6 7

LEDs del poste

Comando Descripcin

Las farolas actualizan su estado en funcin de las variables farola y poste

Las farolas se apagan independien-temente del estado de las variables

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Barrera

Para el control de la barrera la variable de estado que utilizaremos es:

La barrera tiene un comando:

Ejercicio 3.1. TelecontrolEn esta primera prctica vamos a actuar sobre los controles de la ciudad. Con las flechas

de direccin arriba y abajo subiremos y bajaremos la barrera y con las flechas izquierda y derecha subiremos y bajaremos el nivel de luz de la farola 1. Con la tecla espacio apaga-remos la farola.

Variable Descripcin Valores

barrera Posicin de la barrera arriba-abajo

Comando Descripcin

La barrera se mueva a la posicin indicada por la variable barrera

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Para ello utilizaremos la herramienta de Scratch al presionar tecla. En la imagen inferior se muestra el objeto Barrera con su programa asociado. Cuando pulsamos flecha arriba.

El control de la farola lo haremos con las teclas de direccin. Con la tecla derecha in-crementaremos el nivel de luz hasta llegar a 7 y con la flecha izquierda lo reduciremos hasta llegar a cero. En el caso de que el nivel de luz se site en cero el disfraz de la farola cambiar a farola OFF para indicar que la farola est apagada.

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Ejercicio 3.2. Farola decorativaEn la siguiente prctica utilizaremos el poste de la farola como elemento decorativo.

Iremos incrementando el valor de la variable farola para ver cmo se van modificando los LEDs segn la tabla presentada en apartados anteriores.

Valor 0 1 2 3 4 5 6 7

LEDs del poste

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Si queremos generar una secuencia que solo encienda un LED a la vez debemos repetir la secuencia 1,2,4 en los valores de la variable poste. Para ello configuramos el programa de la siguiente manera.

Vamos multiplicando la variable poste por 2 para generar la secuencia 1, 2, 4 ya que 1 es el valor inicial, 2*1 = 2 y 2*2 = 4. Cuando el valor supera 4 volvemos a colocar el valor inicial. El programa de los LEDs azules es el siguiente:

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Qu hemos aprendido

Cmo enviar comandos desde Scratch para controlar mOway Smart City.

Cmo configurar las farolas y las barreras en mOway Smart City.

Cmo representar en Scratch el cambio de estado de farolas y barrera.

Nuevos retos

Puedes aadir el control de ms farolas en ambas prcticas.

Puedes cambiar la secuencia de la variable poste de diferentes formas.

Puedes configurar las farolas decorativas para que vayan con un ritmo sincronizado o que cada farola lleve su ritmo propio.

Comprueba lo que sabes

1. Qu ventajas tienen los LEDs frente a las bombillas convencionales?

a) Dan ms luz

b) Consumen menos energa

c) Son ms baratos

2. Cul es el bloque para enviar comandos a mOway Smart City?

a) Enviar a todos

b) Esperar 1 segundo

c) Al presionar tecla

3. Qu variable controla la intensidad de luz de la farola 1?

a) farola1

b) poste1

c) farolaon

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4. Sensor de luzA continuacin vamos a introducir el concepto de sensor y vamos a centrarnos en la

aplicacin y uso de uno de ellos: el sensor de luz.

Un sensor es un elemento que permite a mOway Smart City conocer el mundo que le rodea. Es algo parecido a nuestros sentidos. Gracias a los sensores, la ciudad puede cono-cer su entorno. Esto le permite encender las farolas cuando hay poca luz, bajar la barrera cuando un vehculo ha atravesado una zona y hay riesgo de colisin, etc

Un sensor de luz es un dispositivo que mide la cantidad de luz que hay en un lugar. Por ejemplo, en los coches puede usarse para encender las luces automticamente en tneles o al anochecer. En una ciudad se puede utilizar para distinguir el da y la noche y saber cundo encender o apagar el alumbrado de una ciudad.

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qu-micas y transformarlas en seales elctricas. Estas seales elctricas son ledas por el microprocesador de mOway Smart City y son transformadas y enviadas a Scratch como magnitudes numricas para su uso en nuestros programas.

Los sensores de luz tienen un montn de aplica-ciones en nuestro alrededor. Por ejemplo, os ha-bis fijado que la pantalla de un telfono mvil baja el brillo cuando apagamos las luces? De esta forma ahorra batera y lo hace gracias a un sensor de luz igual al que lleva mOway Smart City.

Para leer el valor de los sensores en el entorno Scratch, utilizaremos el bloque de sen-sores de Scratch. En este caso para emplear el sensor de luz debemos seleccionar la caja valor de sensor Luz.

Estos son algunos de los nuevos comandos que usaremos en estos ejercicios:

Comando Descripcin

Equivale a un valor numrico entre el 0% y el 100% del nivel de luz detectado

Movimiento

Apariencia Sensores

Control

Operadores

Variables

Sonido

Lpiz

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Ejercicio 4.1. Farola activada por sensor de luzEn esta prctica vamos a implementar un control de la farola simple basado en el sensor de

luz. Cuando el valor de la farola descienda de un 30%, la farola y el poste se encendern. La farola a mxima potencia (nivel 7) y los postes con sus tres LEDs encendidos (nivel 7).

Si por el contrario el sensor de luz se sita por encima del 30% las farolas se apa-garn. En ambas condiciones se modificarn los disfraces de las farolas para indicar en Scratch que ambas farolas estn encendidas o apagadas. Cuando detectemos un nivel de luz inferior al 30% tambin cambiaremos el escenario por uno de noche.

Como hemos comentado estos eventos ocurrirn cuando el sensor de luz detecte un ni-vel de luz inferior al 30%. Cuando esto ocurra enviar a todos la seal de noche para que las farolas se enciendan y el escenario cambie. Si en cambio la seal es superior al 30% se enviar la seal da para las farolas permanezcan apagadas y el escenario sea da.

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NOTA: En ambas condiciones se ha aadido una espera de 1 segundo para evitar parpa-deos en el encendido y apagado de la farola cuando el nivel de luz est muy prximo al 30%.

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Ejercicio 4.2. Farola controlada por sensor de luzEn este ejercicio vamos a programar mOway Smart City para que controle el nivel de

intensidad de luz de la farola en funcin del valor medido en el sensor de Luz de mOway Smart City. Con qu objetivo? Principalmente el ahorro energtico.

Con este programa conseguiremos que las farolas se enciendan con poca luz cuando empieza a anochecer y vayan aumentando su nivel de luz hasta que se pongan al mximo nivel una vez ha anochecido completamente.

Cuando la luz baje del umbral del 35% encenderemos las farolas 1 y 2 con una intensi-dad proporcional al nivel de luz ambiente. Si el nivel de luz est entre un 30-35% la farola se encender con un nivel 1, si est entre un 30 y un 25% se encender en nivel dos y as progresivamente hasta nivel 7 en un porcentaje de luz entre 0-5%.

Para ello debemos crear una regla matemtica que asigne esos valores de intensidad de luz en funcin del nivel de luz ambiente.

Para obtener el valor de luz adecuado necesitaremos asignar a la variable farola el valor:

Cuando el sensor de luz est en un nivel de iluminacin superior al 35% la farola va cambiando sus LEDs azules como en la prctica de Farola decorativa. Cuando el nivel de luz est entre un 0 y un 34% las farolas se encienden con el nivel de luz apropiado y la seal de poste se fija con todos los LEDs encendidos.

Luz ambiente Intensidad de LED

>=35% 0 - apagado

34-30% 1

29-25% 2

24-20% 3

19-15% 4

14-10% 5

9-5% 6

4-0% 7

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En el programa de escenario cuando se pulsa la bandera verde, las variables del progra-ma se inician a los valores adecuados y al igual que en la prctica anterior, el escenario se modifica al recibir la seal da o noche desde el sensor de luz.

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Ejercicio 4.3. Ahorro de energa en el alumbradoUna de las posibilidades con la que se puede ahorrar energa en el mbito de una ciudad

es por supuesto en el alumbrado. Una aplicacin que nos permite lograr un importante ahorro de energa es la iluminacin LED.

Adems de ser una fuente de luz ms eficiente, la iluminacin LED tiene una ventaja adicional y es que podemos controlar el nivel de intensidad de luz, como hemos hecho en la prctica anterior, y por lo tanto, ajustar a nuestras necesidades el consumo de energa.

Por ejemplo en una ciudad, el trfico, tanto de peatones y personas, se reduce mucho a partir de una determinada hora. Sobre las 12:00 de la noche es normal que el trnsito de personas y vehculos se reduzca. En estos casos utilizando farolas LED podemos reducir el nivel de luz de la farola a la mitad. De esta forma mantenemos la iluminacin pero a un nivel ms bajo logrando un importante ahorro de energa.

En esta prctica haremos uso del cronmetro de Scratch para reducir la iluminacin de las farolas un tiempo despus de que se haya hecho de noche. En la realidad este tiempo sera de unas horas pero para que podamos ver su funcionamiento en el entorno de la clase reducimos ese tiempo a 60 segundos.

El programa al arrancar espera a que el valor del sensor de luz sea inferior a 30. Cuan-do se hace de noche (el valor inferior a 30) se reinicia el cronmetro para contar los 60 segundos de espera y se encienden las farolas a mxima intensidad. Cuando han pasado los 60 segundos se reduce la intensidad de la farola y se espera a que vuelva a ser de da con un valor del sensor mayor a 30.

Comando Descripcin

Equivale al valor del cronmetro en se-gundos que empieza a funcionar una vez arrancado Scratch. Para medir el tiempo podemos ponerlo a cero

Pone a cero el cronmetro de Scratch

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Ejercicio 4.4. Representacin del sensor en pantalla

En esta prctica vamos a utilizar el sensor de luz de mOway Smart City como un registrador de la luz detectada y pintaremos en nuestro escenario la mag-nitud de luz recibida. Tambin implementaremos una aguja que indica el nivel de luz recibido.

En primer lugar programaremos el funcionamiento de la aguja. Para ellos hemos creado un objeto con forma de flecha que apunta hacia la izquierda cuando su orientacin es 0. Como el valor de volumen del sensor de luz va de 0 a 100, si queremos que la flecha cubra todo el semicrculo debemos multiplicar su valor por 1,8 para que con una intensidad de luz mxima (100%) la flecha apunte a 180.

El programa de este objeto con forma de flecha simplemente variar la direccin de la flecha segn el valor del sensor Luz (con el factor de correccin de 1,8 comentado ante-riormente).

Para mostrar en pantalla el nivel de luz utilizaremos la funcin de Scratch de lpiz. El objeto Luz se ir desplazando por la pantalla con el lpiz bajado y registrando el nivel de luz recibido.

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Al presionar la bandera verde fijamos el color y el tamao del lpiz. A con-tinuacin entramos en un bucle en el que en primer lugar borramos los res-tos de lpiz anteriores y movemos el objeto Luz a la posicin inicial (x=-235, y=0) con el lpiz subido. Una vez en la posicin inicial bajamos el lpiz y vamos desplazando el objeto Luz con el lpiz bajado sobre el eje X con los valores de sensor de Luz en el eje Y hasta alcanzar el borde derecho. En ese momento borramos la pantalla y comenzamos de nuevo en el punto ini-cial. El resultado sera el de la imagen derecha. Cada vez que actualizamos el valor del sensor de luz tambin modificaremos el color del lpiz con el mismo valor quedando tonos rojos con poca luz y tonos verdes segn la luz va subiendo.

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Qu hemos aprendido

Qu es un sensor de luz y cmo funciona.

Cmo leer el valor de sensores de mOway Smart City.

Cmo usar el sensor de luz para ahorrar energa en una ciudad.

Nuevos retos

Puedes aadir el control de ms farolas en las prcticas.

Podemos combinar las prcticas 4.2 y 4.3 para lograr un ahorro de energa mximo en la ciudad. Controlando las farolas proporcionalmente al nivel de luz y cambiando el mxi-mo de luz (7 para las primeras horas de la noche y nivel 4 para las de menos trfico).

Se puede plantear que el programa de Scratch calcule cunta energa se est ahorran-do y por tanto cunto CO2 se evita arrojar a la atmsfera.

Comprueba lo que sabes

1. Qu ventaja adems del menor consumo de energa tienen los LED?

a) Se puede controlar la intensidad de luz

b) Son ms grandes

c) Son ms baratos

2. Qu bloque colocaras para que Scratch espere un minuto?

a)

b)

c)

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5. Sensores de PresenciaEn este nuevo captulo vamos a centrarnos en los sensores de presencia de mOway

Smart City. Son sensores infrarrojos compuestos por un emisor LED (como los vistos an-teriormente) y un receptor. Estos emisores LED a diferencia de los anteriores emiten una luz no visible, luz infrarroja.

Los emisores y receptores de luz infrarroja tienen mltiples aplicaciones en el mundo que nos rodea. Un uso muy comn es el que hacen los mandos a dis-tancia del televisor. Los infrarrojos tambin se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores con sus perifricos.

Los infrarrojos tambin se utilizan en los equipos de visin nocturna, video vigilancia o por ejemplo en equipos de rescate en ausencia de luz.

Otro de los usos muy comunes de estos sensores es la deteccin de obstculos. Por ejemplo en las puertas de los ascensores o de garajes se utilizan estos senso-res para detectar que una persona o coche est pasando y no cerrar las puertas.

Los dos sensores de presencia de mOway Smart City estn formados por un emisor LED infrarrojo y un receptor infrarrojo. Utilizan la reflexin de luz infrarroja para la deteccin de presencia de objetos que estn cerca.

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Como hemos comentado antes, los sen-sores convierten magnitudes fsicas en se-ales elctricas. En este caso la cantidad de luz infrarroja recibida, que depende de la distancia y tamao del obstculo, se convierte en una seal elctrica que es leda por el microprocesador de mOway Smart City y enviada a Scratch.

La luz emitida por los LEDs choca contra los objetos delante del sensor y se refle-ja hacia los receptores. Si los recepto-res detectan rayos infrarrojos de retorno significar que el sensor tiene un obstcu-lo delante. En este caso, la cantidad de luz infrarroja recibida se convierte en una seal elctrica que es leda por el microprocesador de mOway Smart City y enviada a Scratch en funcin de la cercana y tamao del objeto, representando con un valor cercano a 0 la ausencia de obstculos y un nmero creciente hasta 100 en presencia de obstculos.

Para leer el valor de los sensores en el entorno Scratch, utilizaremos el bloque de sen-sores de Scratch. En este caso tenemos dos sensores de presencia, uno conectado en el CON2 y otro en el CON4 de mOway Smart Board.

Estos son algunos de los nuevos comandos que usaremos en estos ejercicios:

Movimiento

Apariencia Sensores

Control

Operadores

Variables

Sonido

Lpiz

Comando Descripcin

Equivale a un valor numrico entre 0 y 100 siendo 0 la ausencia de obstculo y 100 el um-bral mximo de obstculo detectado en el sen-sor de presencia del CON2

Equivale a un valor numrico entre 0 y 100 siendo 0 la ausencia de obstculo y 100 el umbral mximo de obstculo detectado en el sensor de presencia del CON4

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Ejercicio 5.1. Sensores de PresenciaEn esta prctica vamos a representar el valor de los sensores de presencia en panta-

lla como hicimos con el sensor de luz en la prctica anterior. En este caso tenemos dos magnitudes a representar en la pantalla (dos sensores de obstculos). El valor de estos sensores se representa en dos grficas, cada una de ellas de un color: amarillo y verde. Para ello, ser necesario crear dos puntos (amarillo y verde) que se desplacen por la pantalla, mientras que pintan su desplazamiento con el lpiz de Scratch (bloque bajar lpiz).

La variable posicin_X es compartida por todos los objetos de manera que las dos grficas se representan a la vez. A continuacin presentamos los 2 programas de los 2 objetos que son muy similares entre s.

Tan slo se modifica la posicin cero de cada sensor en el eje Y, el color del lpiz y que slo incrementamos la variable posicin_X en el primero de los objetos.

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Ejercicio 5.2. Iluminacin automticaEn la siguiente prctica vamos a utilizar el sensor de presencia para detectar el trfico

de coches o personas y de este modo activar la iluminacin de la va solo cuando sea necesario. De este modo lograremos un importante ahorro de energa en nuestra ciudad.

Para el desarrollo de este programa hemos creado cuatro objetos: Coche, Farola, Sensor y Rayo.

El objeto principal que har que el resto se ponga en accin es el sensor. Cuando el sensor de presencia detecte un objeto pasando por delante enviar a todos la seal de detectado y en ese momento el coche aparecer al lado del sensor y comenzar a ale-jarse.

Cuando el coche reciba la seal de detectado aparecer enfrente del sensor y comenza-r a alejarse en el horizonte mientras suena el sonido de un automvil alejndose.

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Los valores de repetir 85, cambiar y por 3 y cambiar tamao por -1 se han obtenido mediante prueba y error hasta que el resultado ha sido parecido al de un coche alejndose a la vez que el sonido reproducido.

Las farolas 1 y 2, cuando reciben la seal de detectado, se encienden durante tres se-gundos reproduciendo un sonido y cambiando su disfraz.

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El destello de luz (Rayo) aparece durante tres segundos mientras la farola est encendida.

Ejercicio 5.3. Barrera automticaEn esta prctica vamos a utilizar la barrera de la ciudad para controlar el trfico y evitar

colisiones entre vehculos. Al llegar a la rotonda de la ciudad daremos preferencia al veh-culo que viene por la derecha. De este modo cuando el sensor de presencia 2 detecte el paso de un vehculo bajar la barrera para evitar que otros vehculos entren en la rotonda por el lado izquierdo.

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En esta prctica contamos con dos objetos, el sensor de pre-sencia 2 y la barrera. Cuando el sensor de presencia detecte un objeto a punto de llegar a la rotonda enviar la seal detectado para que la barrera baje y no permita la entrada de otro vehculo.

En el caso de la barrera, al iniciar el programa verificamos que la barrera se encuentra levantada. Cuando recibe la seal detectado generada por el sensor, baja la barrera du-rante dos segundos y la vuelve a subir.

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Ejercicio 5.4. Radar de velocidadEn esta prctica vamos a implementar uno de los nuevos radares de tramo que se

estn instalando en las carreteras. Estos radares funcionan midiendo el tiempo que tarda un coche en pasar entre dos puntos determinados. Para calcular la velocidad de un coche se utiliza la siguiente frmula:

velocidad = espacio tiempo

Por ejemplo, si los dos puntos del radar estn separados por 15 km y un coche tarda en cubrir esa distancia 15 min:

velocidad = (15 km) (1/4 hora)

La velocidad del vehculo sera 60 km/hora. Si la velocidad media de la va es inferior a la velocidad obtenida en el vehculo, el conductor sera sancionado con una multa y para ello, se hara una fotografa al vehculo.

En esta prctica haremos uso del robot mOway y Smart City a la vez (el robot mOway no es imprescindible). Para ello deberemos tener arrancados los dos programas de control: mOway Scratch y mOway Smart City Scratch.

La prctica cuenta con 5 objetos. Los dos sensores de presencia que contarn el tiempo de paso de mOway entre un punto y otro. La cmara que emitir el sonido de la foto cuando se supere la velocidad mxima permitida, el flash que aparecer cuando se realice la foto y el robot mOway sobre el que podremos controlar su velocidad utilizando la variable velocidad y aparecer en panta-lla cuando se detecte su paso por el primero de los sensores.

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El objeto Sensor ser el que d comienzo a la prctica. Cuando detecte un objeto pasando delante de l enviar la seal detectado y esperar a que el resto de objetos la procesen.

El Sensor2, cuando recibe la seal detectado, reinicia el cronmetro y espera hasta que el vehculo pase por delante del sensor. Cuando esto ocurre, el valor del cronmetro se almacena en la variable tiempo y se compara contra el tiempo que fijemos como mni-mo para no ser multado. Si el tiempo es menor se enva la seal foto a la cmara y al flash y se cambia de disfraz a sensorvelocidad.

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Cuando recibe la seal foto la cmara emite el sonido de una cmara de fotos y dice click!! durante dos segundos. En el caso del flash, ste se muestra durante los dos se-gundos de la foto.

En el caso de mOway por un lado, al empezar a ejecutar el programa comenzamos a seguir la lnea con una velocidad inicial de 30. Variando el deslizador de la variable velo-cidad en el escenario iremos actualizando la velocidad de mOway entre 0 y 100 una vez por segundo.

Por otro lado, cuando el sensor 1 detecta la presencia de mOway lo muestra en el esce-nario a su altura y lo va desplazando en la carretera mientras reduce su tamao y repro-duce el sonido de un coche alejndose. Finalmente mOway se esconde cuando se sita ms a la derecha de la cmara (en el eje X).

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NOTA: Observar que hacemos que mOway apunte en direccin 75. Esto es necesario para que al desplazarse con el movimiento de mover 2 pasos lo haga en la orientacin de la carretera.

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Qu hemos aprendido

Cmo funcionan los sensores infrarrojos.

En qu aplicaciones reales se utilizan.

Cmo utilizar los sensores infrarrojos para detectar presencia.

Cmo medir la velocidad de un vehculo utilizando los sensores de presencia.

Nuevos retos

En la prctica de iluminacin automtica puedes tambin aadir la condicin de que la farola slo se encienda cuando hay presencia y es de noche.

En el radar de velocidad puedes aadir seales de trfico que indiquen la velocidad. Cambiando la velocidad puedes avisar a mOway de que reduzca la velocidad para no ser sancionado.

Comprueba lo que sabes

1. En qu aplicacin se utilizan sensores infrarrojos?

a) En la puerta de un hotel

b) En la puerta de un ascensor

c) En un concierto de msica

2. Cuntos sensores de presencia son necesarios para medir la velocidad de un vehculo?

a) 1

b) 2

c) 3

3. Qu tiempo debera tardar como mnimo en recorrer 10 km un coche en un tramo con velocidad limitada a 100km/hora?

a) 10 minutos

b) 6 minutos

c) Un cuarto de hora

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6. Sensor de temperaturaEn este nuevo captulo vamos a centrarnos en el sensor de temperatura de mOway

Smart City. El sensor de temperatura est basado en un termistor.

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variacin de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El trmino termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor.

Su aplicacin principal es la de medir la tem-peratura ambiente o de algunos elementos. Adems de medir la temperatura ambiente la medicin de temperatura es un elemento crtico en muchos procesos industriales o en produc-tos de nuestro da a da. Los coches por ejem-plo tienen multitud de sensores de temperatu-ra para controlar la temperatura del motor, del

aceite, del depsito de gasolina,

Tambin nuestros telfonos mviles por ejemplo tienen este tipo de sensores que controlan la temperatura del terminal para que no se sobrecaliente demasiado y se produzcan daos en el telfono.

Para leer el valor de los sensores en el entorno Scratch, utilizaremos el bloque de sen-sores de Scratch. En este caso tenemos un sensor de temperatura conectado en el CON5. En este conector tambin se conecta el sensor de luz por lo que no podremos conectar ambos sensores al mismo tiempo.

5090

130C

Movimiento

Apariencia Sensores

Control

Operadores

Variables

Sonido

Lpiz

Comando Descripcin

Devuelve la temperatura en grados Cel-sius medida por el sensor

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Ejercicio 6.1. Sensor de temperaturaEn esta prctica vamos a programar un panel que nos informar de la temperatura.

Adems iremos variando el escenario en funcin de la temperatura desde un da soleado a uno de nieve.

El escenario cambiar de programa segn los grados:

Escenario Grados

Soleado 25 C

Nublado 20-25 C

Lluvioso 15-20 C

Nieve < 15 C

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Por otro lado colocaremos un punto en el centro del display de temperatura con el co-mando decir de Scratch y la temperatura en grados Celsius.

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Ejercicio 6.2. Panel informativoEn esta prctica vamos a programar un panel informativo presente en las ciudades que

nos muestra alternativamente la hora o la temperatura. Previamente ser necesario po-ner en hora el reloj. Para ello al empezar, el programa nos preguntar la hora actual.

Para preguntarnos la hora Scratch utiliza el comando preguntar y esperar. El valor que contestamos a Scratch se guarda en el sensor respuesta.

En este programa contaremos con 7 objetos: los cuatro caracteres, los dos puntos para la hora, el smbolo para los grados y el botn de cambio de modo.

Comando Descripcin

Scratch nos pregunta la informacin de-tallada en el campo de texto y guarda el dato en el sensor respuesta

Dato que el usuario escribe cuando se le realiza una pregunta

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Dentro del programa del escenario incluiremos la pregunta de la puesta en hora del reloj y la programacin del reloj. El reloj bsicamente cuenta grupos de 60 segundos y aade un minuto cada vez que esto ocurre. Si el nmero de minutos llega a 60 se incrementa una hora y cuando las horas llegan a 24 vuelven a ponerse a cero.

Cuando se obtiene la respuesta de la hora se enva la seal comienzo para que el reloj- termmetro empiece a funcionar. El termmetro mostrar durante 5 segundos la hora y durante 5 segundos la temperatura alternativamente. Para mostrar la hora enviaremos a todos los caracteres el mensaje mostrarhora y para mostrar la temperatura enviaremos el mensaje mostrartemp.

Con el botn de modo podemos seleccionar si la temperatura queremos verla en grados Celsius o Fahrenheit. La conversin de grados Celsius a Fahrenheit es:

Fahrenheit = Celsius * 1,8+32

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En el segundo dgito mostraremos el segundo dgito de la hora o el primer dgito de la temperatura siempre que la temperatura sea menor de 100. Para mostrar el segundo d-gito de la hora utilizaremos el comando mod.

Por ejemplo devolver un valor de 4 ya que 34 /10 = 3 con resto 4.

Utilizaremos este comando para quedarnos con el segundo dgito de la hora y de este modo mostrar el disfraz correspondiente. Si la hora es 16 la operacin 16 mod 10 nos devolver 6 que es el valor del disfraz que equivale al nmero 6.

Comando Descripcin

Este comando de Operadores devuelve el resto de la divisin entre el primer par-metro y el segundo

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En el caso de la temperatura, por ejemplo, para una tempe-ratura de 25 C, el nmero a representar sera 2 que lo obten-dramos de:

temp - elprimerdigito(temp) = temp-temp mod 10

10 10

En el primer nmero, en caso de mostrar la temperatura mos-traremos un uno si la temperatura es mayor que 100 lo cual solo podra ocurrir para grados Fahrenheit ya que el sensor de temperatura devuelve valores entre 0 y 100C Celsius.

Para mostrar el primer nmero de la hora aplicaremos la mis-ma lgica que en el caso del segundo dgito de la temperatura.

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El nmero 3 mostrar el ltimo dgito de la temperatura o el primer dgito de los minutos.

Finalmente el nmero 4 mostrar alternativamente el ltimo dgito de los minutos o en el caso de la temperatura una C cuando el modo sea celsius o una F si fuese fahrenheit.

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Los dos puntos se mostrarn cuando se muestre la hora y el smbolo de grados cuando se muestre la temperatura.

El resultado es que el panel cambiar alternativamente cada 5 segundos mostrando la temperatura y la hora.

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Qu hemos aprendido

Cmo funciona un sensor de temperatura (termistor).

En qu aplicaciones reales se utiliza.

Cmo representar valores numricos cambiando de disfraz en Scratch.

Cmo programar un reloj digital.

Nuevos retos

Prueba a cambiar el escenario no slo con la temperatura sino tambin con la hora del da cambiando entre da y noche.

Puedes programar mensajes en funcin de la temperatura como Recuerde beber lqui-dos en los das de mucho calor o Atencin al estado de la carretera en los das de fro.

Comprueba lo que sabes

1. Qu caracterstica vara en un termistor con la temperatura?

a) El color

b) La resistencia

c) El peso

2. A cuntos grados Fahrenheit equivale una temperatura de 20C?

a) 72

b) 68

c) 62

3. Qu resultado nos devolvera esta operacin?

a) 3

b) 1

c) 0

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7. Proyecto finalComo proyecto final se puede desarrollar una prctica con todos los elementos funcio-

nando a la vez. Un ejemplo de aplicacin podra ser:

Las farolas 1 y 2 activndose por presencia detectada en el sensor 1 siempre y cuando el sensor de luz detecte que ha oscurecido.

Los sensores de presencia 1 y 2 funcionando como radar.

La barrera activada por el sensor de presencia 2 para evitar colisiones.

La farola 3 funcionando con un nivel de luz proporcional al nivel de oscuridad de-tectada.

En esta prctica final contamos con 9 objetos programables listados en el siguiente grfico:

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Todos los programas son combinacin de las prcticas anteriores, en algunos casos con ligeras modificaciones. La barrera comienza el programa subida y desciende cuando reci-be la seal detectado generada en el sensor de Presencia 2.

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El programa del sensor de Presencia 2 genera la seal detectado2 cuando detecta un objeto y ejecuta el programa visto en el radar cuando recibe la seal detectado genera-da en el sensor de Presencia 1.

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El sensor de Presencia 1 genera la seal detectado cuando observa un obstculo. Esa seal detectado es utilizada por las farolas 1 y 2 para encenderse de manera automtica y proporcional al sensor de luz. Los valores del poste de farola se van modificando conti-nuamente como farola decorativa como se muestra en la prctica 3.2.

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El sensor de luz modifica su apariencia en funcin de la cantidad de luz recibida y la farola 3 se enciende con un valor de luz y de poste proporcional al nivel de luz. Si el nivel de luz es superior al 35% la farola permanece apagada.

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El robot mOway sigue la lnea a la velocidad determinada por la variable velocidad y los elementos cmara y flash son controlados de la misma manera que en la aplicacin del radar.

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8. Anexo I: mOway Smart City Scratch. Paso a paso

Montaje de mOway Smart City

La ciudad inteligente est formada por los siguientes conjuntos de elementos principales (los elementos incluidos varan segn el pack):

Tarjeta controladora

Tablero

o 4 piezas

Dispositivos con cableado

o Sensoreso Barrerao Farolas

Dispositivos sin cableado

o Tnelo Estrechamientoo Seales de trfico

El montaje de la ciudad se realiza en el siguiente orden:

1. Tablero

2. Montaje de los dispositivos con cableado

3. Montaje de los dispositivos sin cableado

4. Conexin de la tarjeta controladora al ordenador

Tablero

El tablero sirve de base para la ciudad inteligente. Se monta sobre los soportes circulares (en cada una de las 4 partes del tablero):

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Cada elemento de la ciudad inteligente ha de ocupar una posicin especfica para que funcione correctamente. A continuacin, se indican las posiciones correspondientes a los elementos sobre el tablero.

Sensores y barrera

Tanto los sensores como la barrera deben estar conectados a los cables USB miniUSB. Una vez montado el tablero sobre los soportes, el proceso es el siguiente:

1. Insercin del dispositivo (sensor o barrera):

2. Conexin del extremo miniUSB del cable al dispositivo (por la parte inferior del tablero):

3. Conexin del extremo USB del cable a la tarjeta controladora:

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El sensor de presencia 1 se conectar en el CON2 de mOway Board, el sensor de pre-sencia 2 se conectar en el CON3 y la barrera se conectar en el CON1.

La barrera se colocar en el orificio marcado en rojo y los sensores de presencia en los orificios marcados en azul y verde. Los sensores son iguales pero Scracth identificar el que conectemos en el CON2 como sensor de presencia 1 y el que vaya conectado en el CON4 como sensor de presencia 2.

El sensor de presencia 1 que controla el encendido de las farolas se ubica en el orificio indicado en verde, de modo que queda situado entre ellas.

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El sensor de luz se coloca en la posicin indicada en rojo, alejado de las farolas, de modo que la luz de estas no interfiera en su funcionamiento. El sensor de luz se puede distinguir por el componente electrnico marrn. Ver imagen inferior:

El sensor de temperatura se coloca en la posicin indicada en verde. El sensor de tem-peratura se puede distinguir por el componente electrnico negro. Ver imagen inferior:

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Farolas

Las farolas pueden ubicarse en cualquiera de los orificios indicados en la imagen.

El proceso de montaje de las farolas es el siguiente:

1. Insertar la primera farola.

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2. Conectar del extremo miniUSB del cable a la farola (por la parte inferior del tablero).

3. Conexin del cable por el extremo USB a la tarjeta controladora.

IMPORTANTE: la farola solo puede ir conectada al conector CON3/I2C de la tarjeta.

4. Conexin del conector USB de la primera farola al conector miniUSB de la segunda farola.

5. La conexin de la tercera farola se realiza de forma anloga a lo explicado anterior-mente. Se enchufa al conector USB de la base de la segunda farola. De forma parecida, la cuarta farola se conectara al conector USB de la base de la tercera farola.

1

2

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Las conexiones de sensores y actuadores quedaran de la siguiente forma:

Tnel

El tnel se coloca sobre los orificios correspondientes indicados en la siguiente imagen.

Elemento Puerto de la tarjeta controladora

Barrera CON1

Sensor de presencia 1 (farolas) CON2

Farolas CON3 / I2C

Sensor de presencia 2 (cruce) CON4

Sensor de luz / Sensor de temperatura CON5

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Estrechamiento

Las barreras del estrechamiento se pueden colocar en cualquier zona a lo largo del circuito. No obstante, la deteccin del estrechamiento es mejor en la zona indicada en la siguiente imagen:

Seales de trfico

Las seales de trfico pueden situarse en cualquier parte del circuito. Sin embargo, conviene colocarlas en zonas concretas (la seal de Encender las luces a la entrada del tnel, la seal de Estrechamiento antes del estrechamiento, etc.).

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mOway Board

Una vez conectados todos los dispositivos a los puertos de entrada de la tarjeta con-troladora (CON1, CON2, CON3, etc.), la tarjeta se conecta al ordenador por medio de un cable USB miniUSB. En algunas ocasiones y dependiendo del PC conectado puede ser necesario conectar adicionalmente el segundo puerto USB /tipo B al PC especialmente si observamos que la barrera no se mueve como debera.

Smart City Scratch

Para comunicar mOway Smart City y Scratch es necesario lanzar la aplicacin SmartCity Scratch que hace de intrprete entre ambos programas.

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Es importante asegurarse de que la aplicacin est en el mismo idioma que se va a pro-gramar el Scratch (en este caso, espaol). Language Spanish(Espaol)

Seleccionar el puerto COM correspondiente a la tarjeta controladora. Normalmente, solo aparece el conectado a la tarjeta.

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Pulsar el botn Programar y esperar unos segundos hasta que aparezca el mensaje Descarga completada.

A continuacin abrir la carpeta de proyectos de Scratch para mOway Smart City.

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Abrir la carpeta Spanish y abrir el programa control_es.sb.

Volver a la ventana de la aplicacin SmartCity Scratch y pulsar el botn Conectar.

Si la conexin entre mOway Smart City y Scratch es correcta las flecha se unirn en color verde.

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9. Anexo II: listado de comandos

Comando Descripcin

Las farolas actualizan su estado en funcin de las va-riables farola y poste

Las farolas se apagan inde-pendientemente del estado de las variables

La barrera se mueva a la posicin indicada por la va-riable barrera

1. Introduccin2. Comunicacin Smart City ScratchComandosSensores

3.Iluminacin y BarreraIntroduccinFarolas LEDBarrera

Ejercicio 3.1. TelecontrolEjercicio 3.2. Farola decorativaQu hemos aprendido

4.Sensor de luzEjercicio 4.1. Farola activada por sensor de luzEjercicio 4.2. Farola controlada por sensor de luzEjercicio 4.3. Ahorro de energa en el alumbradoEjercicio 4.4. Representacin del sensor en pantallaQu hemos aprendido

5.Sensores de PresenciaEjercicio 5.1. Sensores de PresenciaEjercicio 5.2. Iluminacin automticaEjercicio 5.3. Barrera automticaEjercicio 5.4. Radar de velocidadQu hemos aprendido

6.Sensor de temperatura6.1. Sensor de temperatura6.2. Panel informativoQu hemos aprendido

7. Proyecto final8. Anexo I: mOway Smart City Scratch. Paso a pasoMontaje de mOway Smart CitySmart City Scratch

9. Anexo II: listado de comandos