Modelos 6 y 7: Control de semáforos

¿Fluye el tráfico?

Nivel escolar

11-13

Tiempo necesario

2 clases dobles por unidad de aprendizaje (ampliable hasta 10 CD)

Nivel de dificultad

Modelo: fácil, programación: fácil a difícil

Tipo de modelo

Modelo de mesa para semáforos

DESCRIPCIÓN DEL MODELO / TAREA

Los alumnos planifican y realizan un sistema de semáforos para controlar el tráfico de personas y vehículos. Partiendo de un sencillo semáforo para peatones controlado por tiempo, pasando por un semáforo de cruce para una vía de tráfico motorizado, hasta llegar a un cruce con flujos de vehículos y peatones, así como el control de fases de IA de un semáforo de cruce, el modelo se va desarrollando y, con él, también las exigencias en cuanto a estructura y programación.

Los alumnos aprenden a conocer y leer los planos de señalización y los planes de tiempos de señalización. A partir de la información de los planes de tiempos de señalización, determinan los posibles grupos de conmutación que pueden conmutarse simultáneamente, así como los tiempos de conmutación correspondientes.

A partir de los grupos y tiempos así determinados, los alumnos desarrollan un programa de control que puede probarse en cuanto a su idoneidad utilizando el modelo de semáforo.

RELACIÓN CON LA VIDA COTIDIANA

Los alumnos conocen la activación temporizada de actuadores por las clases de tecnología o informática, o por su vida cotidiana. En particular, la integración en un contexto de aplicación realista, que los alumnos conocen muy bien por su vida cotidiana, resulta muy motivadora.

La integración del tema en la orientación profesional podría realizarse en relación con los campos profesionales de la ingeniería de transporte o la ingeniería eléctrica, donde el control automatizado de actuadores se utiliza en muchos ámbitos. El control temporizado automatizado se utiliza de manera especial no solo en la industria, sino también en el ámbito doméstico, por ejemplo, en aplicaciones de hogares inteligentes.

Preguntas clave

¿Qué tipos de control de los flujos de tráfico existen? (Comunicación)
¿Cómo se pueden dirigir de forma segura los flujos de tráfico motorizado y peatonal? (Colaboración)
¿Qué tiempos de espera son razonables para los distintos usuarios de la vía pública? (Pensamiento crítico)
¿Cómo se pueden controlar de forma segura las señales luminosas en función del tiempo y las necesidades? (Creatividad)

Referencia del compartimento

Informática

Programación avanzada, bucles condicionales, funciones, pantallas gráficas, redes neuronales, IA.

Matemáticas

Cálculo de términos

Técnica

Construcción estable, horarios de señales, ingeniería de construcción

Física

Circuito eléctrico, movimiento, mediciones de tiempo

Desarrollo de la clase

Debate en clase

Anuncie el tema

Pregunte cuáles son las características esenciales para controlar los flujos de tráfico.
Preguntar por situaciones en las que pueden surgir problemas al cruzar.
Debatir las posibles aplicaciones de las situaciones recopiladas (por ejemplo, semáforos para peatones, semáforos para vehículos, otras señales luminosas).
Determinar los requisitos para la construcción de los modelos.

Si es necesario, ayudar

Mostrar los sensores, actuadores y componentes del kit de construcción; si es necesario, utilizar medios de presentación.

Charla en clase (con la aplicación)

Se elaboran conjuntamente el procedimiento para construir el modelo y las funciones que se deben conseguir.
Se indican y comentan los pasos de trabajo de la aplicación.

Trabajo en pareja o individual (con la aplicación)

Los alumnos se familiarizan con la aplicación y descargan la tarea correspondiente.
Los alumnos definen funciones útiles para controlar un semáforo (LSA) con ayuda del controlador TXT 4.0.
Los alumnos crean la lista de requisitos/tabla de tiempos de conmutación para el caso de aplicación actual con ayuda de la aplicación.

Trabajo opcional en pareja o en grupo (sin aplicación)

Los alumnos miden los tiempos de señalización de un semáforo para peatones situado cerca de la escuela y crean un plan de tiempos de señalización adaptado.
Los alumnos debaten los resultados en grupo y elaboran las diferencias con respecto al LSA especificado.

Trabajo en pareja o en grupo (con aplicación)

Los alumnos escriben el programa para controlar el semáforo. La aplicación les guía a través de la tarea de programación en pasos sucesivos .
La aplicación ofrece ayuda.
Obtención de información importante para controlar el semáforo a partir de una situación de señalización y un horario de señalización, así como determinación de los tiempos de conmutación y los estados de conmutación sucesivos
Agrupación de grupos de señales en fases de conmutación
Programación de un semáforo sencillo controlado por tiempo para el tráfico de vehículos y peatones
El programa se transfiere al controlador TXT 4.0 después de cada paso de diferenciación.

Trabajo en pareja o en grupo (con la aplicación)

Se pone en funcionamiento el modelo de semáforo.
Se deben detectar y eliminar posibles fallos en el funcionamiento.
La búsqueda de errores se puede realizar con ayuda de las sugerencias de la aplicación.
Instalación de un control de solicitud para el semáforo peatonal
Desarrollo del programa para un cambio diurno y nocturno con control de solicitud del semáforo peatonal
Se pueden realizar posibles optimizaciones en el hardware y la programación

Trabajo en pareja o en grupo (con la aplicación)

Se pone en funcionamiento el cruce parcial.
Se deben detectar y eliminar los posibles fallos en el acoplamiento y en el funcionamiento.
Es posible realizar una búsqueda de errores con la ayuda de las sugerencias de la aplicación.
Es posible seguir desarrollando el programa para convertirlo en un control de semáforos más complejo.
Se pueden realizar posibles optimizaciones en el hardware y la programación.

Trabajo en pareja o en grupo (con aplicación)

Configuración de la cámara USB
Recopilación de datos de entrenamiento para el modelo de IA
Programación del reconocimiento de colores asistido por IA
Ajuste de los tiempos de cambio del semáforo para peatones en función del usuario del paso de cebra detectado (usuario de silla de ruedas o peatón) y los tiempos de cruce correspondientes

Información y avisos

Indicaciones metodológicas y didácticas

Posibilidades de diferenciación

Dependiendo de la duración de la serie de clases y del nivel de los alumnos,

la complejidad de los requisitos para el control de los semáforos puede aumentarse no solo mediante el número de señales luminosas, sino también mediante el número de flujos de tráfico que deben cruzarse con seguridad.
Se puede realizar una medición real de los tiempos de señalización de un semáforo en las inmediaciones de la escuela, lo que podría servir de base para modificar el control del semáforo.
El modelo de semáforo se puede ampliar con un trabajo en grupo.
Con ayuda de la cámara USB se puede realizar un reconocimiento de los usuarios de la vía pública y, en consecuencia, un ajuste de la duración de las fases debido a los cambios en los tiempos de paso.

Aspectos motivacionales

Todos los alumnos conocen el tema del control automático de actuadores por su vida cotidiana.

En muchos hogares, numerosas aplicaciones inteligentes forman parte desde hace tiempo de la vida cotidiana. Cada vez se utilizan más lavadoras o lavavajillas que se encienden de forma autónoma a una hora programada, persianas controladas de forma centralizada o robots de cocina semiautónomos.

Materiales adicionales

Si se dispone de ellos, se podría utilizar un vídeo para la fase introductoria del tema.
Medios para dibujar (papel, pizarra blanca o pantalla de proyección)

Instrucciones de montaje Control de semáforos Introducción

Esquema eléctrico del control de semáforos Introducción

Instrucciones de montaje del control de semáforos KI

Esquema eléctrico del control de semáforos KI

Funciones del modelo y sus soluciones técnicas

Funciones de los sensores / actuadores	Solución técnica
Instalación de señalización luminosa (LSA)	Control temporal de los actuadores
Solicitud de demanda	Ajuste de la programación
Simulación de cruce	Separación de flujos de tráfico
Detección de color mediante cámara USB	Control de la duración de las fases verdes
Control del semáforo 2: Conexión de dos controladores TXT 4.0	Intercambio de datos entre dos controladores según el concepto maestro–esclavo
Control del semáforo 3: Detección de color mediante cámara USB	Creación de una red neuronal Registro de datos de entrenamiento Resolución de un problema de clasificación mediante IA
Mayor diferenciación: Adaptación de la instalación de señalización luminosa a una LSA real existente	Adquisición de datos, modelización, definición de fases, programación, prueba

Listas de materiales

Sensores	Función
1 pulsador On/Off en el controlador TXT 4.0	Encendido del control del semáforo
1 mini pulsador	Solicitud de demanda
1 cámara USB	Clasificación de los participantes en el tráfico

Actuadores

Función

1 pantalla del controlador TXT 4.0

Visualización del programa

5 LED (2 × rojas, 2 × verdes, 1 × amarilla)

Señales luminosas del semáforo