Boletín de exercicios e prácticas de 4º, Tecno

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

TEORÍA E PRÁCTICAS DE TECNOLOXÍA DE 4º ESO ÍNDICE 0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Materiais das prácticas Bloque 1: Electrónica Analóxica a.

Corrente continua e corrente alterna 3 b.

Medidas en circuítos mixtos 7 c.

Condensadores 11 d.

Relés 12 e.

Díodos 13 f.

Transistores 14 Bloque 2: Electrónica Dixital 18 a.

Prácticas 24 Bloque 3: Comunicación 25 Bloque 4: Instalacións eléctricas 30 Bloque 5: Programación e robótica 32 Bloque 6: Pneumática e Hidráulica Bloque 7: Historia da Tecnoloxía

1

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

1. Materiais e orzamento Nome do produto

Nº de unidades

Coste por unidades

Coste final

Resistencia 1K

2

0.10

0.20

Resistencia 10 K

2

0.09

0.18

Resistencia 2.2 K

2

0.09

0.18

Motor

1

2.07

2.07

Lámparita 6V, 1A

4

0.36

1.44

Zumbador

2

1.93

3.86

Pulsador NA

2

1.14

2.28

Interruptores

2

0.66

1.32

Potenciómetros 1K

2

2.04

4.08

Potenciómetros 10K

2

2.04

4.08

Potenciómetros 100K

2

2.04

4.08

LED 20mA, 2V

2

0.19

0.38

Díodo N4007

4

0.08

0.32

Réle 6V

2

2.61

5.22

Réle 9V

2

2.61

5.22

Trans. NPN BD135

2

0.49

0.98

Trans. SBC 548C

4

0.25

1.00

Condens.

330microF

2

0.27

0.54

2

1.55

3.10

ORZAMENTO TOTAL

40.53€

electrol.

Condens. 4700microF

2

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 1: ELECTRÓNICA ANALÓXICA 1. Repaso dos conceptos de enerxía e potencia: a enerxía é a capacidade que tén un sistema físico de realizar un traballo; maniféstase producindo varios efectos sobre os corpos: calor, ruído, luminosidade, movemento... A enerxía mídese en Joules (J). A maioría dos aparatos que utilizamos hoxendía funcionan con enerxía eléctrica, que é un tipo de enerxía secundaria, isto é: obténse a partir de fontes de enerxía primarias. Este proceso realízase nas centrais eléctricas (termoeléctricas, nucleares, solares, hidroeléctricas, eólicas, xeotérmicas...)

En España, preto do 30% da electricidade procede de centrais térmicas, nas que maiormente se queiman combustibles fósiles e derivados.

Para calquera sistema, a potencia é unha medida da velocidade coa cal se transforma a enerxía, isto é: P = E/t; esa potencia mídese sempre en Watts (1W = 1J / 1s) Nun sistema eléctrico, a potencia proporcionada ou consumida por un aparato é o produto da tensión á que está concectado pola intensidade que absorbe ou proporciona. Así pois:

Supoñamos un secador que tén unha potencia de 2300W. Que intensidade absorbe (está conectado á rede, V=230V)? Canta enerxía consume se o temos funcionando 10 min?

2. Corrente continua e corrente alterna 2.1. Tipos de corrente (podes consultar este enlace e complementar cun vídeo) ● ●

Corrente continua: Percorre o circuíto sempre en idéntico sentido.

Corrente alterna: Cambia de sentido no percorrido do circuíto varias veces por segundo, e presenta unha intensidade determinada independentemente do sentido do circuíto.

A primeira forma de corrente eléctrica que se descubriu foi a de corrente continua: nesta, os electróns flúen nun mesmo sentido ó longo dos condutores do circuíto. O inconveniente desta forma de corrente é que se perde moita enerxía calorífica por quencemento dos cables (efecto Joule). En xeral, perdemos unha cantidade de enerxía proporcional á intensidade que circula, á resistencia dos condutores e ó tempo de funcionamento:

3

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Co tempo, descubriuse que o transporte de corrente alterna conlevaba moitas menores perdas: neste tipo de circuítos, os electróns avanzan alternativamente atrás e adiante, e é a onda electromagnética, á velocidade da luz, quen se despraza polos condutores.

Nos tendidos eléctricos, hoxendía, transpórtase enerxía eléctrica de tensión alterna e moi alto valor de tensión: ó subir moito a V, mantendo constante a potencia (ten en conta que unha cidade consume unha potencia fixa e non podemos baixala, ou habería apagóns xeralizados), podemos diminuír a Intensidade, e así minimizar as perdas por efecto Joule.

Actividade 1: Averigua a potencia de cinco electrodomésticos da túa casa e determina se funcionan con corrente continua ou alterna.

Práctica 1: comproba cun osciloscopio as diferencias que existen entre un sinal de corrente continua e un de alterna, e determina os parámetros principais de cada sinal (amplitude na continua, amplitude, período e frecuencia na alterna).

Nos sinais de tensión alternos a forma de onda é unha sinusoidal, isto é, unha onda periódica que cumple os parámetros estándar de lonxitude de onda, frecuencia e período (ver exercicio 2 do Bloque 3). A amplitude dunha onda é, nun sinal eléctrico, o valor de tensión máximo, que en Europa é de 230V. A efectos de consumo de enerxía, para os cálculos de electrotecnia non se pode utilizar ese valor, senón o denominado valor eficaz: Vef = VMAX/ √2; En Europa, por tanto, Vef= 220V. Outro parámetro estándar do noso tendido eléctrico é a frecuencia: 50Hz. Poderías dicir canto valen estes valores noutros países?

Act. 2: Para o seguinte sinal de corrente, determina: a) tensión máxima; b) tensión eficaz; c) período e frecuencia; d) Vi (valor da tensión V nun punto dado de tempo “i”, ti)

Act. 3: As lámpadas están conectadas directamente á tensión alterna de 220V. Como é que non as vemos acenderse a apagarse sucesivamente?

4

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

A enerxía eléctrica obtida nos xeneradores das centrais tén unha voltaxe baixa, entre 6 e 36 kV; como dixemos antes, para evitar perdas de enerxía por efecto Joule ha de elevarse esa tensión a valores moi superiores. Primeiramente, súbese o valor da voltaxe ata alta tensión nas estacións transformadoras primarias, que se atopan nos parques de distribución das centrais. Dende aí, transpórtase a través de cables de alta tensión a enerxía ata as estacións transformadoras secundarias, onde a voltaxe se reduce ata media tensión. Finalmente, a través das liñas de distribución primaria a enerxía lévase ou ben a centros de consumo de gran potencia (industrias) ou ben ata estacións transformadoras terciarias, onde se diminúe a voltaxe ata baixa tensión. Dende aquí, mediante as liñas de distribución secundaria, a electricidade trasnpórtase ós puntos de consumo.

Act. 4: Fai un debuxo que ilustre este proceso e indica os valores de tensión en cada tramo.

Que aparato nos permite subir e baixar as tensións?

2.2. O transformador Cando a tensión da corriente é alterna (C.A.), o valor da súa voltaxe pode aumentarse ou diminuirse utilizando transformadores eléctricos. Isto pode facerse grazas ó fenómeno de inducción electromagnética: o campo eléctrico variable que atravesa o devanado primario crea un campo magnético variable no entreferro; ó ser este variable, induce no devanado secundario, á súa vez, un campo eléctrico variable de igual frecuencia ó primario.

5

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Cando se emprega para rebaixar a tensión aplicada á súa entrada denomínase “redutor de tensión”. No caso inverso, denomínanse “elevadores de tensión”, o cal depende do número de voltas ou espiras (N) que posúan os seus devanados.

=

Práctica 2: determina se o transformador que che proporcionará a profesora é redutor ou elevador, e comproba que a tensión de saída se axusta ás ecuacións de funcionamento do mesmo. Que pasa cando introduces corrente continua na entrada?

Act. 5: Determina cal sería o valor de tensión de saída, se o devanado primario tén 1000 voltas, o secundario 3000 e a tensión de entrada vale 200V.

2.3. Fonte de alimentación Tal cual chega a corrente eléctrica aos nosos enchufes non vale para usarse en multitude de de aparatos electrodomésticos, fundamentalmente naqueles que funcionan con semidcondutores (transistores e díodos). Por isto debemos adaptar o sinal alterno de 230V ata convertilo nun continuo (da tensión que se precise, habitualmente en torno aos 10V), e para iso son precisas, fundamentalmente, tres compoñentes: transformador, díodos, condensador. ● Etapa transformación: reduce de 230V a10V o sinal alterno ● Etapa rectificación: elimina os ciclos negativos do sinal alterno (rectificación de media onda) ou invírteos (rectificación de onda completa) ● Etapa filtro e estabilización: mediante un condensador acumúlase carga na primeira metade de cada semiciclo positivo, e vaise liberando na segunda metade. Un díodo zéner axuda a estabilizar por completo o sinal, eliminando as pequenas oscilacións.

6

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Práctica 3: estuda un dos cargadores que hai no taller, identificando nel as compoñentes que forman unha fonte de alimentación.

Asemade, debedes traer dous cargadores vellos da vosa casa, pois estas van ser as vosas fontes de alimentación nas sucesivas prácticas.

Práctica opcional: podes representar no Crocodile Tecnology este circuíto rectificador e comprobar na pantalla de osciloscopio como é o sinal de saída.

3. Medidas en circuítos mixtos. Aquí podes recordar os conceptos básicos da unidade.

3.1. Valor dunha resistencia A resistencia (R) mide a oposición que presentan os condutores ó paso da corrente. No SI (Sistema Internacional) mídese en ohmios (Ω). Para medir a resistencia debes asegurarte de que os compoñentes que se vaian medir non estean conectados a unha fonte de tensión.

Traballaremos con tres tipos fundamentais de resistencias: Resistores fixos ou variables ● Fixos, cuxo valor se determina a través do código de cores ● Variables: poden ter tres terminais (un común e dous para diferentes valores máximos de resistencia), ou dous (xirando a súa panca varíase o valor da R) Termistores: son resistencias cuxo valor depende da temperatura ambiente: ● PTC: o valor de R aumenta coa T ● NTC: o valor de R diminúe coa T Poden ter distintas formas: perla, disco, axial, chip...

7

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

LDR: trátase de resistencias cuxo valor depende da luz que incida sobre elas: canto máis luminosidade, menor valor de R.

As resistencias fixas teñen uns aneis de cores que seguen un código para identificar o valor das mesmas. Así:

Práctica 4: determinade o valor de tres resistencias que atopedes no maletín, comparando o valor indicado polo polímetro co do código de cores.

Act. 6: Determina o valor da resistencia

3.2. Resistencias variables: potenciómetro en serie Como xa sabemos, o valor dunha resistencia depende do material de que está feita, do seu grosor e da súa lonxitude. Alterar calquera destes parámetros é variar o valor da resistencia final (podes facer esta comprobación virtual):

8

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

, onde ϱ é a resistividade do material, L a lonxitude (en m) e S a sección (en ) Os potenciómetros son resistencias cuxo valor se pode modificar manualmente xirando unha peciña. A maioría están compostos por un terminal metálico en espiral e un contacto móbil: ó xirar unha lapela desprazamos o contacto metálico interno de forma que toca nun ou outro punto da espiral metálica, co que modificamos a lonxitude total da resistencia, e así, o seu valor.

Práctica 5: Imos comprobar como cambia o comportamento dos elementos conectados a un circuito ao variar a resistencia. Explica que acontece (e por que) coa lámpada, o motor ou o zumbador nos seguintes circuítos ó variar o valor do potenciómetro (non é preciso que engadas o interruptor)

3.3. Medida V e I en circuítos mixtos O cálculo do valor de resistencia total dun circuíto faise a través da Lei de Ohm, que expresa que a Intensidade nun circuíto medra proporcionalmente á Tensión aplicada. O factor de proporcionalidade é a Resistencia do circuíto. Ou o que é o mesmo: V = IxR Act. 7: Calcula o valor da RTOT e a I que atravesa cada resistencia

Se fosen lámpadas, cal e por que alumearía máis?

9

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

A determinación dos valores de tensión e intensidade dos elementos dun circuíto fanse a través da Lei de Ohm, e o polímetro é o aparato que utilizamos para medir eses valores. Lembra que: a) Para medir tensións (V) cun polímetro, debes conectar o polímetro en PARALELO: seleccionamos DC, introducimos a sonda vermella no burato V (voltios), e a negra, en COM (común). Dentro do selector DCV seleccionamos o valor que máis se adecúe á nosa medida (estimando sempre o valor superior) b) Para medir intensidades (I): debes conectar o polímetro en SERIE: seleccionamos DC, introducimos a sonda vermella no burato mA (miliamperios), e a negra, en COM (común). Como agora non sabermos o valor da I que circulará, dentro do selector DCV seleccionamos o valor máximo (10A). TEN MOITO COIDADO, pois o polímetro en serie pode estropearse moi facilmente.

Práctica 6: determina e comproba os valores de potencia (P=V.I) en cada unha das resistencias dos seguintes circuítos e atopa o valor da resistencia equivalente. Debuxa os circuítos co Crocodile Clips. NON ESQUENZADES AS UNIDADES!!.

a) Serie Comproba que

Que valor de Intensidade atravesa cada resistencia?

10

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

b) Paralelo Comproba que a igual á V en cada resistencia.

é

Verifica que:

c) Mixto Substitúe as resistencias por lámpadas e indica cal alumea máis. Por que cres que acontece iso?

4. Condensadores Os condensadores son dispositivos pasivos que almacenan enerxía eléctrica; están formados por un par de superficies conductoras (en forma de tablas, esferas ou láminas), separadas por un material dieléctrico (aillante ou baleiro); cando sometemos ás superficies condutoras (armadura) a unha diferencia de potencial (d.d.p.) adquiren unha determinada carga eléctrica Q, positiva nunha das placas e negativa na outra (sendo nula a carga total almacenada).

A carga almacenada nunha das placas é proporcional á diferencia de potencial entre esta placa e a outra, siendo a constante de proporcionalidade a denominada capacidad o capacitancia.

No Sistema internacional de unidades mídese en Faradios (F), sendo 1 faradio a capacidade dun condensador no que, sometidas as súas armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, estas adquiren unha carga eléctrica de 1 culombio. Na práctica 1F é unha capacidade desemesurada, de xeito que se adoitan usar submúltiplos (micro, nano ou pico faradios) O valor da capacidade dun condensador vén definido pola seguinte fórmula:

11

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Práctica 7: realiza as seguintes montaxes con condensadores electrolíticos e comproba o que se che indica en cada unha. Finalmente monta de novo a segunda experiencia substituíndo a lámpada por un LED: dado que tén moita menor resistencia, verás que o condensador se descarga máis a modo, e por tanto o destello dura máis.

Comprobamos que ó pulsar P1 o condensador cárgase e unha vez cargado, ó pulsar P2 o condensador descárgase a través da lámpada producindo esta un destello que dura un tempo determinado.

Neste novo circuíto: aumenta ou disminúe o tempo de destello da lámpada? Por que?

Calcula a cantidade total de carga almacenada.

5. Relés O relé un dispositivo electromecánico que funciona como un interrutor automático baseado no fenómeno do electromagnetismo (unha corrente pasa pola bobina do relé converténdoa en electroimán, o cal cambia a posición relativa duns contactos próximos).

Nas figuras seguintes represéntanse os esquemas de varios circuítos onde o relé se utiliza como elemento básico para producir o automatismo. Animación do funcionamento dun relé

12

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Práctica 8: Relé controlando dous puntos de luz conmutados cun motor Fai a seguinte montaxe e comproba como ó accionar o pulsador da entrada se conmunta entre un alumeado e un motor.

Práctica 9: Relé como elemento de control para gobernar grandes potencias Na montaxe da esquerda falta un elemento importante relativo á grande potencia. Unha vez que determines cal é, realiza a instalación e explica qué ventaxes tén respecto a un control directo de instalacións de potencia elevada.

Nos circuítos nos que o relé é activado por un pulsador NA, a veces é interesante que o relé quede activado tras soltar o elemento de control (pulsador). Esto pode lograrse empregando un circuíto con relé de enganche.

Práctica 10: realiza a seguinte montaxe e explica qué acontece. Aplica o esquema a un zumbador: para que cres que se pode utilizar este circuíto?

6. Díodos Un díodo é un compoñente electrónico semicondutor que conduce a corrente eléctrica nunha única dirección. Este comportamento unidireccional coñécese coma rectificación, e úsase para convertir corrente alterna en corrente continua, e para extraer a modulación dos sinais de radio nos receptores de radio.

13

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Podes profundizar pola túa conta non que é un semicondutor; en liñas xerais é un elemento que se comporta como un condutor ou como aillante dependendo de diversos factores, como a intensidade do campo eléctrico ou magnético, a presión, a radiación que lle incide, ou a temperatura do ambiente no que se atope. Os semicondutores máis utilizados son o Silicio (Si) e o Xermanio (Ge).

Para que un díodo conduza ten que estar polarizado en directa: o ánodo (borne positivo) conectado ao polo positivo da pila e o cátodo (borne negativo) ao terminal negativo da pila.

Nese caso (circuíto A) acenderase a lámpada; no B (polarización inversa), non se acenderá.

Este circuíto sérvenos para detectar a polaridade dos bornes dunha batería ou calquera xenerador de corriente continua: se se conecta correctamente acéndese unha lámpada e se o conectamos ó contrario a outra. Que ocorre neste caso ó pechar o Práctica 11: Comproba que con este circuíto cunha interrutor? Indica a polaridade determinada polaridade do díodo se acende unha dos elementos do circuíto. lámpada e cambiando a polaridade acéndese a outra.

7. Transistor Trátase dun dispositivo eléctronico semicondutor que cómpre as funcións de amplificador, conmutador, interrutor, oscilador ou rectificador. Actualmente pódelos atopar en tódolos aparatos domésticos de uso diario.

7.1. Funcionamiento do transistor Trátase dun elemento con tres capas de material semicondutor, o que nos permite clasificalos como PNP ou NPN. Teñen tres terminais, coñecidos como base, colector e emisor (B, C e E); a base actúa como un sinal de entrada, en función da cal o transistor deixa pasar máis ou menos intensidade entre C e E: •

Se a corrente de base, IB é moi pequena ou nula, o transistor non deixará pasar corrente entre C e E: Ic = IE = 0. Dicimos que estamos en corte.

14

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

•

•

Se a corrente de base, IB, é demasiado elevada, o transistor compórtase coma un bo condutor entre C e E, equivalente a un circuíto pechado. Dise que estamos en saturación.

Cando a IB está nun réxime intermedio, consíguese que IE sexa proporcional á IC, polo cal dicimos que se está amplificando a corrente de colector. O factor de amplificación é β, e a ecuación que rixe este estado do trasistor, coñecido como modo lineal, é: IE = β. IC

Un transistor pode funcionar como interrutor ou como amplificador: a) Interrutor: actúa como interrutor pechado cando lle aplicamos unha corrente á base (a máxima que soporta) e como interrutor aberto cuando non lle aplicamos corrente a esta. b) Amplificador: actúa como tal cando operamos no rango de correntes de base de amplificación.

7.2. Polarización do transistor O transistor de uso máis habitual é o de unión bipolar que se fabrica sobre un monocristal de Xermanio, Silicio ou Arseniuro de galio (todos eles semicondutores). Sobre o substrato de cristal distínguense tres zonas (colector-base-emisor), dúas das cales son do mesmo tipo: podemos pois ter dous tipos de transistores, NPN ou PNP, quedando formadas entre as zonas mencionadas dúas unións NP ou PN. A letra do medio corresponde á base, e as outras dúas a colector e emisor.

A zona N contén elementos donantes de electróns e a zona P aceptadores ou "ocos" (cargas positivas). Normalmente utilízanse como elementos aceptadores (P) o Indio, Aluminio e Galio, e como donantes (N), Arsénico e Fósforo.

Dado que o transitor conta con dúas unions PN, podémolo considerar a conxunción de dous díodos; así pois, debe ser polarizado correctamente.

Práctica 12: o transistor como interrutor.

Realiza a montaxe contigua e explica como funciona. Despois cambia o transistor PNP por un transistor NPN. Simula e explica qué diferencia hai na conexión e funcionamento do circuíto cun transistor ou outro.

Que misión tén a resistencia posta en serie coa base do transistor?

Entre que terminais circula a corriente de control cun transistor NPN e cun PNP?

15

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

7.3. O transistor como amplificador. Montaxes Práctica 14: Sensor de temperatura Que diferencias observas na luminosidade da lámpada a diferentes temperaturas? Canto é o valor da resistencia da NTC nos seus extremos?

Práctica 15: Agora montamos o mesmo sensor pero utilizando como amplificador un transistor: Que diferencias e vantaxes atopas respecto á montaxe anterior? Para que serve o potenciómetro que se engadiu?

Práctica 16: Detector de oscuridade Monta o circuíto e explica como funciona. Se agora tiveras que montar un detector de luminosidade, como o farías?

Práctica 17: Detector de humidade Monta o circuíto, tendo en conta: ● Potenciometro 10K para fixar o nivel de luminosidade ● Resistencia de 1K que protexe a base do transistor de sobreintensidades ● Diodo 1N4007 que protexe o transistor da descarga da bobina cando o relé se desactiva.

Como funciona este circuíto?

16

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Act. 8: O seguinte circuito serve para detectar luz. Que vantaxes lle atopas a montalo así, con transistores, no canto de directamente con LDR e motor? A montaxe dos dous transistores denomínase “Par Darlington”. Averigua que mellora supón esta configuración

17

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 2: ELECTRÓNICA DIXITAL A maior parte dos dispositivos electrónicos baséanse na electrónica dixital; esta caracterízase por poder adoptar só dous valores: 0 e 1 (os denominados bits); para transformar un sinal analóxico (que pode ter infinitos valores) nun dixital, hai que acoutar aquel e decidir a partir de qué valor se considera “1” e baixo cal “0”:

Este feito supón unha gran vantaxe á hora de transmitir información, pois é menos vulnerable ó “ruído” ou distorsións do sinal. Para transmitir un sinal analóxico hai que facer un mostreo, codificalo, transmitir en dixital e logo decodificar para volver obter o analóxico. Iso é o que acontece nas vosas casas coa nova TDT: precisades dun decodificador para transformar o sinal dixital de TV que vén polos cables e poder ver a imaxe en analóxico.

Para facer a codificación é preciso transformar o valor do sinal analóxico do código decimal ó binario, polo que debemos saber transformar valores dun noutro.

A representación dun número N nunha base calquera (b) obtense mediante un desenrolo polinómico onde os coeficientes an representan as cifras dos números: N=anbn + a n-1 b n-1 + ... + a1b1 + a0b0 + a-1b-1 + ...

Por exemplo: O número 342,64 en base 10 (sistema decimal) sería: 342,64 = 3x102 + 4x101 + 2x100 + 6x10-1 + 4x10-2 O número 1101 en base 2 (sistema binario) sería: 1101 = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 (Que en decimal equivalería a: 8+4+0+1 = 13) Para realizar o cambio de base decimal a base binaria procédese dividindo o número decimal por dous continuamente ata que todos os restos e cocientes sexan 0 ou 1. O número binario será o formado polo último cociente (bit de maior peso) e todos os restos, do último ó primeiro.

Por exemplo, o 45 sería, en binario: 45 = 101101 Cociente Resto 45:2

22

1

22:2

11

0

11:2

5

1

5:2

2

1

2:2

1

0 Bit máis significativo

18

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Táboas de verdade e funcións lóxicas A táboa de verdade dun circuíto dixital é unha representación de tódolos entrados que poden atoparse nas entradas e nas saídas do circuíto. Para realizala hai que identificar esas entradas e saídas e logo utilizar a lóxica: sexa por exemplo un circuíto cunha lámpada, unha pila e un interrutor; será entrada o pulsador (chamarémola a) e saída a lámpada (chamarémola S); os estados lóxicos que se poden presentar son: Pulsador accionado: 1 Pulsador sen accionar: 0 Lámpada acesa: 1 Lámpada apagada: a 0 1

0

S 0 1

Unha táboa de verdade tén tantos estados posibles como 2número de entradas; así, se temos 2 entradas, hai 4 estados posibles; se temos 3 entradas, 8, e así sucesivamente.

Para resolver un problema lóxico hai que plantexar a táboa de verdade e estudar as saídas posibles; a isto chámaselle obter a “función lóxica” ou “forma canónica” do circuíto, que non é máis que relacionar as variables de entrada mediante operacións lóxicas: • Suma: a+b, que será “1” sempre que “a” ou “b” sexan 1 • Multiplicación: a.b, que será “1” se tanto “a” como “b” son 1, e cero en calquera outro caso • Negación: a , (lese “a negada”), que devolve o valor inverso ó de entrada.

A función lóxica pode obterse de dous xeitos: como suma de produtos (Minterms) ou como produto de sumas (Maxterms; nós non a usaremos).

• Minterms: a saída obténse sumando tódalas combinacións que na saída dan “1”; as entradas multiplícanse, asignándoselles un “1” se están en estado normal, e “0” se están negadas.

• Maxterms: a saída obténse multiplicando tódalas combinacións que na saída dan “0”; as entradas súmanse, asignándoselles un “0” se están en estado normal, e “1” se están negadas.

Exemplo: supón unha función lóxica de 3 variables de entrada coas saídas dadas: abcS 0000 0011 0100 0111 1001 1010 1100 1111 Cando a=0, b=0, c=0 a función S= 0, Cando a=0, b=0, c=1 a función S = 1,

e así co resto de combinacións.

Solución por Minterms: S=a⋅b⋅c+a⋅b⋅c+a⋅b⋅c+a⋅b⋅c Solución por Maxterms: S = (a + b + c) ⋅ (a + b + c) ⋅ (a + b + c) ⋅ (a + b + c)

19

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Portas lóxicas e Circuítos integrados Os circuítos integrados son pequenas pastillas (microchips) feitas de material semicondutor sobre as que se montan circuítos electrónicos que poden contar con miles ou millóns de dispositivos electrónicos interconectados, principalmente transistores pero tamén compoñentes pasivas como resistencias ou condensadores. Algúns dos circuítos integrados máis avanzados son os microprocesadores, que son os “cerebros” de múltiples artefactos, como por ejemplo os robots. Outra familia importante de circuítos integrados constitúena as memorias dixitais.

As súas características principais son: • • • •

Realizan operacións lóxicas mediante o procesamento de impulsos eléctricos que reciben e envían Teñen patillas ou “pins” que son os terminais dos distintos dispositivos que teñen integrados Necesitan ser alimentados con tensión para funcionar Identifícanse cun número gravado e cunha muesca que permite diferenciar cada terminal. A muesca colócase á esquerda e os pins comezan a numerarse dende abaixo á esquerda.

Dentro, os circuítos integrados conteñen dentro diversas portas lóxicas; deben estar conectados á tensión (pin Vcc) e a terra (pin 7). Traballaremos con:

As portas lóxicas Trátase de dispositivos electrónicos que realizan operación lóxicas grazas ós seus circuítos con transistores. Mediante as táboas de verdade representamos as posibles funcións de saída de cada porta para unha combinación dada de variables de entrada. Cada porta lóxica tén a súa táboa de verdade:

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

AND: a súa función consiste en multiplicar as variables de entrada:

OR: a función de saída é a suma das variables de entrada:

Entrada A

Entrada B

Saída

Entrada A

Entrada B

Saída

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

NAND: realiza a función de produto lóxico negado

NOR: realiza a función de suma lóxica negada.

.

Entrada A

Entrada B

Saída

Entrada A

Entrada B

Saída

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

NOT: a función de saída é a inversa da de entrada. A variable lóxica A sae dunha NOT como “A negada”.

Entrada A

Saída

0

1

1

0

21

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Actividades de Electrónica Dixital: 1. Pasa a decimal os seguintes números binarios: 00101, 1101101, 100001 e 111,01.

2. Pasa a binario estes números decimais: 13, 26, 8 e 32.

3. Determina a táboa de verdade para os circuítos:

4. Demostra o teorema de Demorgan, a + b = a ⋅ b ; para isto debes facer dúas táboas de verdade, unha para cada lado da igualdade, e comprobar que dan o mesmo.

5. Obtén as funcións lóxicas por Minterm e Maxterm a partir da táboa de verdade:

a b c S 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0

6. Obtén a función lóxica por Minterm e debuxa o esquema con portas lóxicas que corresponde ós circuítos do exercicio 3.

7. Implementa con portas lóxicas as seguintes función: a) F = A+B •(A+C)

c) S = A•B+ (A+C)•B

b) N= A •B + (AC)

d) G= (A+B+C)•(AC)+B

8. Implementa mediante interrutores as segientes funcións lóxicas: S = a ⋅ b + c , S = (a + b + c) ⋅ d 9. Escribe as funcións que corresponden ós esquemas seguintes (ambas son formas válidas de representar as portas)

22

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

10. Unha caixa forte tén tres portas con cadanseu sensor. Nela hai unha alarma que se encende cando se abren dúas portas simultaneamente. Obtén a táboa de verdade do funcionamento da alarma (“A”) e implementa a súa función con portas lóxicas.

11. Implementa con portas lóxicas o circuíto que acende a luz interior dun coche cando se abre calquera das dúas portas dianteiras. Dispoñemos de dous pulsadores A e B, un en cada porta, que dan 1 ó abrir as portas e 0 con elas pechadas.

12. Deseña con portas lóxicas o seguinte circuíto: un motor eléctrico pode xirar en ambos sentidos: D xiro á dereita e E xiro á esquerda. O sentido de xiro do motor está xestionado pola acción de dous pulsadores: “d” (para xiro á dereita) e “e” (para xiro á esquerda). Ademais, o circuíto posúe un interrutor de selección “l” que fai que o funcionamento do circuíto siga as seguintes condicións: a. Se só se pulsa un dos dous botóns de xiro, o motor xira no sentido correspondente. b. Se se pulsan os dous botóns de xiro simultaneamente, o sentido de xiro depende do estado do interrutor “l” de xeito que: b.1) se “l” está activado, o motor xira á dereita. b.2) se “l” está en repouso, o motor xira á esquerda.

23

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Prácticas Dixital Práctica 18: Deseño dun mecanismo de seguridade para accionar unha prensa Contará con 3 interrutores: un deles é o acendido xeral, e os outros dous serán pulsadores que o operario deberá premer simultáneamente para evitar que a prensa lle apañe unha man Obtén a táboa de verdade do proceso e implementa a función sobre placas protoboard

Práctica 19: Circuíto de control dunha cinta transportadora Neste caso temos tres interrutores tales que: ó pulsar o A ou B a cinta funcionará sempre que non se sobrepase un determinado peso, factor que controlará C. Se hai sobrepeso, C accionarase e a cinta non pode funcionar.

Deseña a táboa de verdade e implementa o circuíto sobre placa protoboard.

24

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 3: COMUNICACIÓN 1. Chamamos telecomunicación á transmisión de sinais a distancia, sendo sinal calquera magitude que varía no tempo e que permite transmitir información. En toda telecomunicación han de darse os elementos fundamentais da comunicación: emisor, receptor, mensaxe e canle. Se as comunicacións son unidereccionais, como no caso da radio, a información viaxa nun só sentido; se son bidireccionais, como co teléfono, os dispositivos funcionan a un tempo como emisores e receptores, denominándose transceptores. Nas telecomunicacións, a información debe ser codificada segundo un sistema determinado (dixital ou analóxico), obténdose sinais que toman forma de corrente eléctrica ou onda electromagnética. O medio a través do cal viaxan os sinais denomínase canle, e pode ser con fíos (cableado) ou sen eles (non cableado). Explica as diferencias entre estes dous tipos de sistemas de transmisión, indica cantos tipos existen de cada un, e pon exemplos de sistemas de comunicación de cada tipo.

2. Nun sistema de transmisión por fíos utilízanse ondas eléctricas e nun sen fíos ondas electromagnéticas. En ambos casos a información se transmite en forma de sinais de tipo ondulatorio. Unha onda é unha perturbación que se propaga no tempo e no espacio e que pode transportar enerxía e información. De especial interés nas telecomunicacións son as ondas periódicas: aquelas que se repiten cada certo tempo, o período (T) (duración dun ciclo); este tempo é a inversa do número de ciclos que se repiten en cada segundo, e que se denomina frecuencia (f; mídese en hercios (Hz)); a distancia entre dous máximos ou entre dous mínimos (é a mesma), denomínase lonxitude de onda (λ). A amplitude é o valor máximo da onda; o período, a frecuencia e a lonxitude de onda están relacionados polas seguintes fórmulas, onde v é a velocidade de desprazamento da onda (tipicamente, as ondas electromagnéticas viaxan á velocidade da luz (300 000 km/s)): T = 1/f

f = c/λ

λ = v.T

a) Supoñamos unha onda de frecuencia f = 1000Hz qeu se despraza polo espacio: cal é o seu período? Cal a súa lonxitude de onda? b) Debuxa unha onda que teña de período 4s, amplitude A = 10. Cal é a súa frecuencia?

3. Nos sistemas de transmisión sen fíos utilízanse antenas, que son dispositivos que serven para emitir (transformando o movemento de electróns dun condutor en ondas electromagnéticas) e recibir información (detectando sinais electromagnéticas e convertíndoas en intensidades eléctricas nun condutor). Explica as características dunha onda

25

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

electromagnética e diferénciaa dunha onda mecánica. Por que cres que se utilizan as electromagnéticas para transmitir información?

4. O espectro electromagnético é a clasificación de ondas electromagnéticas que existen en función da súa lonxitude de onda ou frecuencia. As ondas de diferentes frecuencias que se propagan pola atmósfera superpóñense unhas a outras, pero grazas a procesos de filtrado podemos separalas e así dividir o espazo electromagnético para usalo en distintas aplicacións (bandas de frecuencia). A maioría das telecomunicacións realízanse no rango da radiofrecuencia (de 3 Hz a 300 GHz) As ondas de radio van dende as de rádar de barcos ás nucleares ou “gamma” (Υ). Cal é a diferencia fundamental entrambas?

Fonte: wikipedia

5. Como os rangos de frecuencia últiles no espectro son limitados, é precisa a intervención de organismos nacionais e internacionais que controlen a súa asignación. Se nunha mesma canle se emitiran simultaneamente dous sinais de igual frecuencia interferirían e non poderiamos distinguilas. O organismo internacional que fai este reparto chámase ITU (International Telecommunications Union); en Europa é o ETSI (European Telecommunications Standards Institute), e en España son os Ministerios de Industria, Turismo e Comercio e o de Educación e Ciencia. Cando se comezaron a asignar bandas de radiofrecuencia só se consideraban aptas as tres primeiras: LF, MF e HF (baixa, media e alta frecuencia). O avance da Tecnoloxía permitiu utilizar cada vez máis anchos de banda, que foron designados como VHF, UHF, SHF e EHF (frecuencias moi alta, ultraalta, superalta e extremadamente alta). Averigua, no esquema anterior, onde irían situadas e como se chamarían as bandas de frecuencia (UHF, VHF...) de: • • • •

Emisoras de radio (entre 535 kHz e 108 MHz); Emisoras de televisión (50 – 850 MHz); Teléfonos móbiles (824- 894 MHz); Antenas de telefonía móbil (1800 – 2200 MHz).

26

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Alcance das ondas electromagnéticas

Bluetooth 25m

Wi-Fi 200m

Móbil 35 km

TDT 100 km

Radio FM 150 km

Radio AM 500 km

Satélite 40000 km

6. Os sinais non se poden transmitir directamente, senón que os hai que procesar para adaptalos á canle pola cal van viaxar. Son fases do procesamento: a. b.

c.

d.

Amplificación: aumentar a amplitude (consecuentemente a potencia) mantendo a forma; así compénsase a atenuación que se vai producir durante a viaxe do sinal Filtración: seleccionar o rango de frecuencias que transporta a información que nos interesa e atenuar o resto; cando unha onda é unha combinación de sinais de alta e baixa frecuencia podemos separar por filtrado unhas e outras Conversión analóxico-dixital: transformación do sinal analóxico en dixital. Os sinais dixitais, como sabemos, permiten velocidades de transmisión moito máis altas, pero requiren máis procesamento (se temos que transmitir valores entre 0 e 1V, p. ex., e nos chegan 0.7V, aproximámolos a 1V: isto permite reconstruír facilmente un sinal degradado) Modulación: xeración de sinais analóxicos de alta frecuencia a partir doutros de frecuencia máis baixa ou de sinais dixitais. Neste proceso interveñen dous sinais: a onda portadora (onda periódica senoidal dunha única e moi alta frecuencia) e a onda modulada (a que contén a información). O fin do proceso de modulación é transmitir por unha mesma canle varios sinais modulados a diferentes (e altas) frecuencias, cousa que sería imposible se traballasesmos ás frecuencias naturais de emisión da información (a isto chámaselle multiplexación en frecuencia). O receptor pode separar o sinal que lle interesa mediante un proceso de filtración e recuperar a súa forma orixinal mediante un proceso de demodulación.

A que tipo de modulación corresponde este esquema? coñeces outras modulacións?

Explica ambas e fai un debuxo ilustrativo.

7. Antigamente os teléfonos vendíanse por parellas: só permitían o contacto de terminal a terminal; coa aparición das redes conmutadas, cada terminal conéctase a unha central, e esta

27

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

á vez a outras centrais, de xeito que se fan camiños para ir dun terminal ó outro (conmutación de circuítos). O proceso polo cal se transmite un sinal teléfónico é o mesmo que vimos no exercicio 6, pero: cales son os elementos que permiten transducir a voz en sinal eléctrico?

8. Unha rede de telefonía móbil funciona do seguinte xeito: • • • •

O móbil detecta sinais procedentes dunha ou varias estacións base, e identifícase ante a que atopa máis cerca ia súa localización Se nos movemos, o móbil detecta maior intensidade de señal relativa a outra base e fai unha conmutación de canle: as estacións comunícanse entre si e cédense o sinal Cando chamamos ou nos chaman, as estacións base comunícanse coas centrais de conmutación, que realizan o enlace de cada chamada.

Os terminais comunícanse coas estacións base por medio de microondas de frecuencias entre os 900 MHz e os 2000 MHz.

Relacionado con isto é o feito de denominar “celulares” aos dispositivos móbiles. Averigua por que.

9. A primeira xeración de teléfonos móbiles en España data do 1976 e chega ó 2003; eran dispositivos analóxicos e só permitían transmisión de voz. A partir do 1994 imponse o estándar dixital GSM, dando lugar á denominada segunda xeración (2G), que permite mandar mensaxes de texto breves. A terceira xeración (3G) aparece no 2000 grazas a unha tecnoloxía dixital.

Sabes cal é?

10. Os primeiros experimentos de radiodifusión datan do ano 1906, pero a radio non funcionou comercialmente ata o ano 1920. Quen foi o inventor deste aparato? Que papel tivo esta na historia? Que futuro cres que lle agarda a este sistema de telecomunicacións?

11. As distintas emisoras de radio utilizan ondas portadoras de alta frecuencia que viaxan a través da mesma canle sen interferencias grazas á multiplexación; o aparato receptor posúe un dial que lle permite seleccionar ó oínte a frecuencia que desexa escoitar: esta fíltrase, amplifícase, desmodúlase e tranfórmase en son nuns altoparlantes ou auriculares. Cal é o sistema polo cal, no emisor, o son foi convertido en sinal eléctrico? Que frecuencia teñen as emisoras que habitualmente escoitas?

12. A radio FM soe escoitarse con mellor calidade que a AM e permite asemade emisións en estéreo. A que cres que é debido? Que vantaxes presenta a AM pola contra?

13. A TV é un aparato que funciona de maneira semellante á radio pero que utiliza un ancho de banda moito maior, pois transporta máis información; a televisión transmite fotogramas

28

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

(imaxes fixas) a gran velocidade, onde cada fotograma está composto por un conxunto de pequenos puntos de cores azul, verde e vermella: os píxeles. O que se transmite en última instancia é a información de luminosidade de cada un deses minúsculos píxeles, un mínimo de 25 veces cada segundo. Por que ata fai pouco as televisións ocupaban tanto? Que son os raios catódicos?

14. Que diferencia hai entre unha tele de plasma, unha LED e unha LCD? 15. Actualmente o sinal de televisión soe emitirse por satélite (utiliza satélites xeoestacionarios), por cable (o sinal chega por cables coaxiais e de fibra óptica), por IP (televisión por internet) ou por TDT (que utiliza ondas de radiofrecuencia retransmitidas por antenas terrestres). Que vantaxes e inconvintes tén a TDT respecto da emisión analóxica?

16. Os satélites de telecomunicación son dispositivos que orbitan ó redor da Terra. Permiten emitir en zonas moi amplas e serven de enlace a grandes distancias. A súa velocidade de xiro depende da altura á que orbitan: a 35 786km, a súa velocidade coincide coa de rotación da Terra. Como cres que son vistos estes satélites dende un punto dado da superficie terrestre?

Como se chaman? Como é que ningún satélite cae á Terra?

17. Existe un tipo de satélites que xira a unha distancia menor de 35 786km (órbitas LEO – low earth orbit-); dentro dos deste tipo, foi deseñado un sistema que conta con 24 unidades, e que, combinado con mapas, permite xeolocalizar. Sabes de cal estamos a falar? En realidade, cantos satélites se precisan para determinar con exactitude a localización dun punto?

18. Indica un formato libre e un non libre para audio e para vídeo. Explica en qué consiste a compresión de imaxe e vídeo. Como se consigue a compresión mp3?

29

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 4: INSTALACIÓNS ELÉCTRICAS (As imaxes deste bloque están quitadas das infografías de Eroski.com, que vos recomendo visualizar antes de realizar os exercicios).

1. No seguinte esquema que representa a chegada da enerxía eléctrica ó fogar, sinala onde estaría a acometida aérea e a subterránea. Que diferencias hai entrambas?

2. Indica no esquema do cadro de protección o nome e función que tén cada interrutor. De que material debe ser a carcasa do mesmo? Onde soe estar instalado? Identifica e explica para que serve o interrutor da dereita?

30

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

3. O Regulamento Electrotécnico de Baixa Tensión (RBTE) é un regulamento español adaptado ás Autonomías que prescribe as condicións de montaxe, explotación e mantemento de instalacións de baixa tensión. Segundo este regulamento, en España considérase baixa tensión aquela que é menor ou igual a 1000V en CA ou 1500V para CC. Atopa as normas básicas que estipula o RBTE para as seguintes instalacións: portalámpadas (prevención humidades, potencia...); interrutores e conmutadores; tomas de corrente; caixas de conexión; cables (Norma UNE 21089): cores, grosores...

4. Nunha instalación de calefacción con caldeira: que función tén esta? Que circula polo interior dos radiadores? De que material soen ser estes? Que diferencia existe entre este sistema é o de radiadores termoeléctricos?

5. Que diferencias hai entre as caldeiras de gas propano, de gas natural ou de gasóleo C? Coñeces algún outro tipo de caldeiras?

6. Explica como funciona un sistema de calefacción por chan radiante, indicando que é cada un dos elementos que se ven na figura. Que vantaxes e inconvintes tén respecto doutros sistemas de calefacción? Sabes dende cando se usan estes sistemas?

7. Hoxendía decote podes observar nas vivendas sistemas de calefacción e refrixeración por bomba de calor. Supoñen un aforro técnico, pois serven á vez para quentar e arrefriar unha estancia. Averigua como funcionan

8. Como funciona o sistema de “acumuladores”? Por que soen acenderse durante a noite?

9. Hoxe volven usarse os sistemas de calefacción por ignición: polo xeral, no rual, queimando leña; nas cidades, queimando biomasa. Investiga sobre os custes destes sistemas e compáraos cos dos sistemas anteriores (caldeira de gas, termoemisores...)

10. Instalación de auga: explica que función teñen os elementos sinalados na imaxe:

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 5: ROBÓTICA E PROGRAMACIÓN 1. Un sistema de control é un conxunto de elementos que actúa harmonicamente para cumplir certo obxectivo. Considérase que o primeiro sistema de control foron as trampas de caza dos nosos antergos, quen xa as “programaban” para que atrapasen ó animal en canto este as pisase. Coa aparición da electrónica, os sistemas de control gañaron en riqueza e complexidade, e hoxe constitúen a base das máquinas coas que traballamos: un reloxio, un microondas, o sistema de inxección dun coche...

Todo sistema de control consta de tres partes: sinais de entrada, sinais de saída e núcleo do sistema. Poderías dicir cales son estes nos seguintes sistemas?

Sinal de entrada

Núcleo do sistema

Sinal de saída

Chamada ó ascensor Prendido nocturno das farolas Coche teledirixido Sistema de rego automático

2. Talvez reparaches en que os sistemas do exercicio anterior teñen distinta fisonomía: nuns, a entrada e a saída son independentes, nos outros, a saída inflúe na propia entrada.

Denomínanse sistemas de control en lazo aberto os primeiros e sistemas de control de lazo pechado os segundos. Un típico sistema de lazo aberto é unha tostadora, onde se marca un tempo de funcionamento (entrada: premer o botón), pónse en funcionamento unha resistencia para quentar (núcleo do sistema: produción do calor), e apágase, independentemente de que a tostada estea pouco feita ou moi pasada (saída: disparo da rebanada de pan).

ENTRADA

NÚCLEO DO SISTEMA

SAÍDA

Un sistema de lazo pechado pode ser unha calefacción con termostato: prememos o botón de acendido (entrada), pónse en funcionamento o sistema de calor (núcleo do sistema), e apágase cando os sensores de temperatura indican que chegamos ó nivel prefixado (saída: temperatura final, que volve á entrada); o sistema autorregúlase de xeito que se na entrada se detecta que a temperatura baixou el mesmo se pón en marcha de novo.

ENTRADA

NÚCLEO DO SISTEMA

SAÍDA

REALIMENTACIÓN Poderías indicar o nome de catro sistemas electrónicos de cada tipo?

3. Na maioría dos sistemas de control modernos, os tres elementos anteriores adáptanse do seguinte xeito: • Sensores (entradas): dispositivos que converten magnitudes físicas detectadas en sinais eléctricos. Poden ser de temperatura (PTC, NTC), de luminosidade (LDR), de presencia (pulsadores, levas, fins de carreira...), de proximidade (sensor de raios X)...

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

•

•

Microcontrolador (núcleo do proceso): chip que procesa a información de entrada e a transforma en información de saída en función dunhas instrucións preestablecidas (programa) Actuadores (saídas): transforman os sinais eléctricos que saíron do microcontrolador nos procesos desexados: motores, resistores, lámpadas, LEDs, válvulas (para regular o paso de líquidos ou gases), cilindros pneumáticos ou hidráulicos (realizan movementos lineais), etc.

Para os oito sistemas que indicaches no exercicio anterior, especifica cales son os sensores, o microcontrolador e os actuadores.

4. A palabra robot provén da tradución inglesa da obra de teatro checa R.U.R. (1920); nela, os protagonistas fabricaban robotas (en checo, “servintes”) mecánicos. Estes robots con apariencia humana denomínanse androides, e hai múltiples referencias a eles na historia da literatura: no 1957 atopáronse as instrucións que Leonardo Da Vinci escribira no 1495 para construír un humanoide (códice Huygens) que había de servir de entretemento das veladas do seu mecenas, Ludovico Sforza (duque de Milán). Leonardo era un escrupuloso investigador da fisioloxía humana e adquirira cos anos notables coñecementos de biomecánica e kinesioloxía (estudo científico do movemento humano), como deixou plasmado na súa coñecida obra Canon das proporcións humanas.

Na actualidade, o experto en robótica Mark Rosheim baseouse no prototipo de Leonardo para crear un robot que a NASA prevé utilizar nas súas misións a Marte: o antrobot, quen utilizará as súas destrezas dixitais para asumir funcións de mantemento da estación.

Investiga acerca destes androides de ficción: leñador de follalata, WallE, Doraemon, Optimus Prime, Terminator, replicantes, R2D2 e C3PO. Poderías engadir outros?

5. Os antecesores dos robots son os autómatas programables, conxuntos de mecanismos e máquinas que realizan tarefas repetitivas previamente programadas nos seus microcontroladores. Hai autómatas máis e menos versátiles: dende unha lavadora, cuxos programas veñen definidos de fábrica, ata os brazos poliarticulados utilizados nunha cadea de montaxe de coches, ós cales se lles pode inserir un ou outro programa en función da fase do proceso industrial na cal se inserten. Pescuda na túa casa e indica o nome de cinco autómatas programables que se utilicen a cotío.

6. O desenvolvemento da robótica corresponde a unha evolución histórica da organización do sistema de traballo. Que factores propiciaron o paso da artesanía á mecanización, desta á automatización e finalmente o avance á robotización? Cal cres que é o futuro, a denominada “intelixencia artificial”?

7. Robot é unha máquina capaz de realizar múltiples tarefas cunha certa flexibilidade segundo a súa programación. Adoita considerarse que un robot consta de catro elementos fundamentais: estrutura, actuadores, sensores, unidade de control. En robótica o elemento

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

fundamental son os sensores, e hainos de moitos tipos: dinámicos (mecánicos, de proximidade magnético), estáticos (indutivos, capacitivos, fotoeléctricos), para a determinación de distancias, para a visión artificial, de inclinación... Localiza as seguintes máquinas, debúxaas ou pega unha imaxe, e identifica nelas os sensores: Urbie (NASA), Roomba (iRobot), Mars Pathfinder (NASA), ASIMO (Honda), AIBO (Sony), HOAP-1 (Fujitsu), Frogbot (NASA), PINO (ZMP), FIDO Rover (NASA).

8. O protocolo de comunicación entre o robot e quen o goberna establécese a través dos programas. Pode programarse de forma directa (“aprendendo” ó robot a traxectoria que tén que seguir) ou indirecta (utilizando linguaxes de programación con cuxas instrucións se especifique o itinerario e tarefas a executar por parte do robot). Existen moitas linguaxes e tipos de programación, todos os cales teñen unha sintaxe e comandos propios. En xeral, os programas teñen unha entrada de datos, na que se definen as variables de traballo; un corpo, coas instrucións para operar coas variables; e unha saída de datos que pecha do programa. A miúdo se utilizan bucles ou loops para executar continuamente unhas instrucións ata que se logre o resultado buscado. Que podes averiguar das seguintes linguaxes?: Funcky; Pal; CNC; Pascal; Basic; WinLOGO; Arduino; Lego Mindstorms.

9. Programación WinLogo1: que é un procedemento? Como comeza e como remata un procedemento? Explica en que consisten os comandos básicos: motorX “Y desactiva.todo espera X repite x [...]

Que figura se representa co seguinte procedemento (o denominado “jasafello”)? Canto vai valer o lado de “jasafello”?

PARA JASAFELLO :LADO REPITE 10 [AV :LADO GD 36] FIN 10. Escribe un procedemento para debuxar un cadrado; o tamaño do mesmo especificarase mediante a variable “lado”, que acompañará o nome do procedemento cando o invoques.

11. Cálculo matemático: constrúe un procedemento denominado “raíz cadrada” que nos pida un número; se ese número é positivo, amosará a raíz cadrada. Se é negativo non o fará, pois daría erro.

12. Intenta debuxar unha flor. Para isto, poderías debuxar cada pétalo cun cuarto de círculo feito por varios segmentos. Despois deberás repetir este procedemento varias veces dentro dun novo programa, tal que debuxe todos os cuartos unidos nun só punto.

1

http://platea.pntic.mec.es/~lgonzale/tic/programar/manual.html

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

13. Implementa este procedemento e observa qué resulta: para multistar bp poncp [20 9 60] ;Sobre un fondo azul oscuro repite 100 [ haz "lado azar 40 ;Sortea o tamaño da estrela < 40 haz "x -450 + azar 900 ;Sortea a coordenada x haz "y -300 + azar 600 ;Sortea a coordenada y poncl azar 15 ;Sortea o color do lapis sl ponpos (lista :x :y) gd :y bl ;Colócate na posición de debuxo repite 5 [av :lado gd 144]] ;Dibuxa unha estrela ot ;Oculta a tortuga fin

14. Programación Arduino: plataforma de hardware libre baseada nunha placa cun microcontrolador (Atmel AVR) e un entorno de desenvolvemento, deseñada para facilitar o uso da electrónica en proxectos multidisciplinares. O hardware é unha placa cun microcontrolador e portos de entrada e saída (pins). O software impleméntase nunha linguaxe similar a Processing ou Wiring, pois é unha versión simplificada de C/C++; posúe un cargador de arranque (boat loader) que corre na placa.

Podes consultar a sintaxe de Arduino nos manuais2 que se che indican no Cachatronic; a estrutura básica dos seus programas compónse ó menos de dúas partes que conteñen bloques coas declaracións, estamentos ou instrucións: void setup() { estamentos; } void loop() { estamentos; } Setup() é a parte encargada de recoller a configuración e loop() é a que contén o programa que se executará ciclicamente (daí loop -bucle-). A función de configuración debe conter a declaración das variables. É a primeira función a executar no programa, faisse só unha vez, e utilízase para configurar ou inicializar pinMode (modo de traballo das entradas e saídas -E/S-), configuración da comunicación en serie e outras.

2

http://www.seta43.netau.net/arduma1.pdf http://www.yousk.com/2008/plataforma-arduino-1-primeros-pasos

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

A función bucle (loop) seguinte contén o código que se executará continuamente (lectura de entradas, activación de saídas, etc). Esta función é o núcleo de todos os programas de Arduino e a que realiza a maior parte do traballo.

Observemos o exemplo extraído do “led_blink” que encontraremos no menú File, Sketchbook, Examples, led_blink; corresponde ó básico equivalente do “ola mundo” de calquera linguaxe de programación facendo o acendido e apagado dun LDE. Neste exemplo, o LED está conectado no pin 13, e acéndese e apágase cada segundo (“parpadea”). A resistencia que habería que colocar en serie co LED podemos omitila, pois o pin13 de Arduino xa inclúe na tarxeta esta resistencia. O texto sinalado en cursiva será o que apareza na pantalla: int ledPin = 13; // LED no pin dixital 13 void setup() // configura o pin de saída { pinMode(ledPin, OUTPUT); // configura o pin 13 como saída } void loop() // inicia o bucle do programa { digitalWrite(ledPin, HIGH); // activa o LED delay(1000); // espera 1 segundo digitalWrite(ledPin, LOW); // desactiva o LED delay(1000); // espera 1 segundo }

15. Que se executa co programa seguinte? int ledPin = 9; // pin PWM para o LED void setup(){} // non é necesario configurar nada void loop() { for (int i=0; i<=255; i++) // o valor de i ascende { analogWrite(ledPin, i); // escríbese o valor de I no PIN de saída do LED delay(100); // pausas de 100ms } for (int i=255; i>=0; i--) // o valor de i descende { analogWrite(ledPin, i); // escríbese o valor de i delay(100); // pausa durante 100ms } } Escribe o programa do semáforo do exercicio anterior con Arduino.

16. Programación Lego Mindstorms: cales son os sensores, actuadores e microcontrolador dos Legos do noso taller? Interpreta o programa que ves na seguinte ilustración.

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 6: PNEUMÁTICA E HIDRÁULICA 1. A enerxía pneumática foi unha das primeiras en ser utilizadas polo ser humano, pois os muíños de vento eran empregados xa na Antigüidade; a posibilidade de comprimir aire fixo desta enerxía un útil recurso no control de sistemas automáticos. A pneumática utiliza como materia prima o aire, que é abundante e gratuíto, pouco sensible ás variacións de temperatura, facilmente almacenable e transportable, non inflamable e non contaminante; as avarías nas instalacións pneumáticas son facilmente detectables e non soen afectar ós mecanismos, e as velocidades de traballo son moi altas. Pero: que desvantaxes presenta esta fonte de enerxía?

2. A enerxía dos líquidos comprimidos presenta certas melloras pero tamén certos inconvenientes respecto da pneumática: enuméraos. En que eidos se utiliza a hidráulica? Con que tipo de liquidos se soe traballar?

3. A forma en que se extrae traballo do aire é aproveitando a súa expansión: para isto debe ser previamente comprimido, o cal se fai cos compresores. Estes poden ser alternativos ou rotativos. Explica as diferencias fundamentais entrambos.

4. Na seguinte instalación que utiliza aire comprimido identifica os elementos principais da rede, que neste caso é pechada ou de anel (podería ser aberta):

5. Os elementos fundamentais dunha instalación pneumática ou hidráulica son os cilindros; trátase de actuadores lineais que poden ser de simple ou doble efecto. Nos de doble efecto, a forza que se desenvolve na carreira de saída é maior que na de entrada. Por que?

Imaxe do banco de recursos do MEC

6. Os elementos de goberno, mando e regulación dos circuítos pneumáticos e hidráulicos son as válvulas, e equivalen ós interrutores, pulsadores e conmutadores dos circuítos eléctricos.

Unha válvula desígnase polo número de vías (V) de entrada e saída e polas posicións (P), e adoita debuxarse na súa posición de reposo: unha 3/2 terá tres vías e dúas posicións (repouso e accionada). É importante identificar o sistema de accionamento con que as gobernamos. No seguinte esquema, indica qué tipo de válvulas están representadas e cal é o sistema de accionamento e de retorno:

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

7. Nomea os elementos do seguinte circuíto pneumático e explica cómo funciona:

8. Deseña un circuíto pneumático que goberne a apertura dunha porta de autobús tal que esta se abra suavemente premendo un pulsador P1 e se peche de novo tanto premendo o P2, dende o asento do condutor, como cando se accione T, un temporizador situado no extremo de máxima apertura da porta.

Prácticas de Pneumática e Hidráulica 1. Implementa no taller os seguintes circuítos:

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

2. Deseña e ensaia un circuíto no que a saída completa do vástago dun cilindro provoque o inicio da saída doutro cilindro.

3. Deseña e constrúe unha máquina hidráulica como as que se fixeron para levar á exposición de proxectos de APETEGA na rúa no curso 2010/11.

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

BLOQUE 7: HISTORIA DA TECNOLOXÍA 1. Pódese dicir que a Tecnoloxía, xunto á Arte, é quen distingue ó ser humano do resto dos animais. Ningún outro ser á parte do humano foi quen de combinar ciencia e técnica para crear tecnoloxía. Que diferencia hai entre estes conceptos?

2. Hai deceas de miles de anos, o ser humano xa utilizaba as mans para fabricar instrumentos e ferramentas. Que rasgo biolóxico lle permitiu facelo?

3. Adoita subdividirse a Prehistoria en etapas de acordo co nivel de complexidade das ferramentas que se usaban. Ubica e explica os seguintes exemplos: isqueiro de lume por impacto e por frega manual; aerógrafo; lanza; trampas de foxo; moldeo de cerámica; tecidos; confección de ladrillos de adobe.

4. Cales son as características técnicas das ferramentas da Idade de Bronce e da de Ferro?

Por que aconteceu antes a primeira?

5. A civilización grega tivo unha grande respecto polo saber científico e filosófico, e adicáronse moitos templos o estudo das mesmas. A súa curiosidade cosmogónica levounos a estudaren o ceo e a superficie terrestre, e así foi como Tales de Mileto desenvolveu un método para medir a superficie de terreos, mentres Pitágoras enunciaba o seu teorema. Estableceron o heliocentrismo e crearon métodos para recoñecer as estrelas e así orientarse nas viaxes: o astrolabio data desta época. De entre todos os “tecnólogos” gregos, merece a pena adicar un capítulo a Arquímedes: fai unha pequena biografía deste creador e enumera os descubrementos que se lle atribúen.

6. Na era romana as achegas técnicas máis importantes déronse no eido da arquitectura e o urbanismo. Como era unha vivenda típica romana? Que elementos conservamos aínda hoxendía? Averigua como eran os seus sitemas de calefacción.

7. A civilización chinesa, tardíamente descuberta polos occidentais, levaba séculos de adianto á nosa: por exemplo, hai máis de 2000 anos que usan a búsola ou a pólvora. Que outros grandes avances técnicos dominaron antes dos europeos?

8. A Idade Media iníciase coa caída do imperio romano, no s. V da nosa era, e dura ata o s.

XV; a pesares de ser un longo período escuro no que a cultura e ciencia se refire, pois o control da Igrexa sobre a poboación mantíñaa atemorizada, no rural producíronse notables avances técnicos. Os campesiños e artesáns adaptaron os seus apeiros para sobrelevar as durísimas condicións de vida: que ferramentas do agro se crearon ou adaptaron nesa época?

Boletín Tecno 4º ESO - Cachatronic

9. O Renacemento é recoñecido como un dos períodos máis florescentes da humanidade; foron moitos os personaxes que destacaron en ciencia, tecnoloxía, artes, pero hai un que o fixo sobre todos; xa falamos de Leonardo da Vinci no Bloque 5, pero pídoche que agora lle prestes especial atención. Elabora unha biografía deste inventor e enumera os seus inventos. Cales deles se chegaron a fabricar?

10. Determinadas condicións históricas (melloras agrícolas, avances en medicina...) provocaron que contra o s. XVIII a poboación aumentara significativamente; os artesáns non eran quen de atender a demanda de produtos, e había un excedente de man de obra provinte do campo atraído pola modernidade das cidades: todo isto posibilitou a aparición das fábricas e o cambio de modelo: da artesanía á fabricación industrial. Que consecuencias sociais tivo este feito? Que avances técnicos concretos permitiron a creación de grandes factorías?

11. Capítulo especial merece a máquina de vapor: busca os seus antecedentes e valora a importancia do papel da mesma na Revolución Industrial. Quen foi Spinning Jenny?

12. Por que e como se pasou da enerxía de vapor e carbón á eléctrica? Como se coñece este momento histórico? Que científicos o fixeron posible?

13. O século XX: Era da revolución das Comunicacións. Que papel tiveron a I e II Guerra Mundial nos avances desta Era? Que cambio de orde mundial tivo lugar como consecuencia da posesión de determinada tecnoloxía de armamento? Investiga sobre o denominado proxecto Manhattan.

14. Que papel cres que xoga hoxendía a posesión de armamento na orde mundial? Que outras tecnoloxías son esenciais na mesma? Que posición ocupan as distintas rexións do mundo nesta orde? E no futuro da mesma?

15. Que teñen en común a Revolución Neolítica, a Industrial e a das Comunicacións?

16. Cara a onde apunta a Tecnoloxía no futuro nos seguintes eidos?: deseño e control de proxectos; materiais de construción; electrónica; arquitectura, construción e urbanismo; tecnoloxías da comunicación; robótica; transportes.