D3 · Montaje físico — Semáforo Inteligente

🎯 Objetivos

Transferir el diseño de TinkerCad al circuito físico usando componentes reales: semáforo vehicular y peatonal, cada uno con 3 LED (rojo, amarillo y verde).
Elegir entre sensor infrarrojo (IR) o ultrasónico (HC-SR04) para detectar vehículos, y justificar la elección.
Elegir entre botón pull-up o pull-down, implementarlo correctamente y documentarlo.
Cargar el código del TKC2 en el Arduino físico y verificar los seis escenarios (reposo, espera+seguridad, sensor, bloqueo, cierre y verde mínimo).
Identificar y explicar al menos dos diferencias entre la simulación y el circuito real.

Tus dos elecciones técnicas (obligatorio documentar)

1. Sensor de vehículo — elige uno

OPCIÓN A

🔊 Sensor ultrasónico HC-SR04

Trigger → pin 9 · Echo → pin 10
Mide distancia: si d < 40 cm → vehículo
Fórmula: d(cm) = t(μs) / 58
Funciona bien en superficies planas y duras

Documentar: pin de trigger, pin de echo y umbral de distancia elegido

OPCIÓN B

🔴 Sensor infrarrojo (IR)

OUT digital → pin 11
Lee BAJO cuando detecta un objeto
No requiere cálculo: detección directa
Rango ajustable con potenciómetro en el módulo

Documentar: pin usado y qué nivel lógico indica detección (ALTO o BAJO)

2. Tipo de botón peatonal — elige uno

OPCIÓN A

⬆ Pull-UP (resistencia a 5V)

Resistencia 10 kΩ entre pin y 5V
Botón conecta el pin a GND
Reposo: pin lee ALTO (1)
Presionado: pin lee BAJO (0) → lógica invertida
También disponible interno: INPUT_PULLUP sin resistencia externa

Documentar: si usas resistencia externa o interna, y cuál condición activa el ciclo

OPCIÓN B

⬇ Pull-DOWN (resistencia a GND)

Resistencia 10 kΩ entre pin y GND
Botón conecta el pin a 5V
Reposo: pin lee BAJO (0)
Presionado: pin lee ALTO (1) → lógica directa
No tiene equivalente interno en Arduino

Documentar: confirmar que la condición de activación es if(boton==HIGH)

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Hoja de elecciones (obligatoria)

Antes de comenzar el montaje, completa y entrega al profesor: (1) sensor elegido y por qué, (2) tipo de botón elegido y por qué, (3) si agregarás buzzer o no. Esta hoja se adjunta a la entrega final.

📦 Componentes necesarios

Arduino Uno

Protoboard + cables dupont

LED rojo vehicular

LED amarillo vehicular

LED verde vehicular

Resistencia 220 Ω × 3 (LEDs vehiculares)

LED peatonal rojo

LED peatonal amarillo

LED peatonal verde

Resistencia 220 Ω × 3 (peatonales)

Push button (pulsador)

Resistencia 10 kΩ (pull-up o pull-down)

HC-SR04 (opción A) — pines 9 y 10

Sensor IR (opción B) — pin 11

Buzzer activo (opcional)

📌 Referencia de pines sugerida

Pin 2 — Vehicular Verde

Pin 3 — Vehicular Amarillo

Pin 4 — Vehicular Rojo

Pin 5 — Peatonal Verde

Pin 6 — Peatonal Amarillo

Pin 7 — Peatonal Rojo

Pin 8 — Botón (pull-up o pull-down)

Pin 9 — HC-SR04 Trigger [opción A]

Pin 10 — HC-SR04 Echo [opción A]

Pin 11 — Sensor IR OUT [opción B]

Pin 12 — Buzzer [opcional]

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Preparación — Semana 12, clase 1

Antes de tocar los componentes

Revisar el diseño de TinkerCad y planificar el montaje físico

Abrir el proyecto TKC2 en TinkerCad y revisar el diagrama de pines y las conexiones.
Completar la hoja de elecciones (sensor + botón + buzzer) y entregarla al profesor.
Repasar el código del TKC2: identificar en qué líneas se lee el sensor y el botón.
Si cambias de opción de sensor o botón respecto al TKC2, marcar qué líneas del código hay que ajustar.

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Montaje — Semana 12 clases 2–3 · Semana 13

Construir el circuito físico paso a paso

Montar el circuito verificando cada grupo de componentes antes de continuar

LEDs vehiculares 15 min

Conectar verde (pin 2), amarillo (pin 3), rojo (pin 4), cada uno con resistencia 220 Ω a GND.
Cargar un sketch mínimo que encienda y apague los tres LEDs. Verificar que todos funcionan antes de continuar.

LEDs peatonales (3 LED) 15 min

Agregar el semáforo peatonal de 3 LED: verde (pin 5), amarillo (pin 6) y rojo (pin 7), cada uno con resistencia 220 Ω a GND. No uses solo rojo y verde.
Verificar encendido manual de los tres LED desde el código antes de continuar.

Sensor de vehículo 20 min

Opción A (HC-SR04): VCC → 5V, GND → GND, Trig → pin 9, Echo → pin 10. Probar con Serial.println(distancia) y verificar que la lectura cambia al acercar la mano.
Opción B (IR): VCC → 5V, GND → GND, OUT → pin 11. Probar con Serial.println(digitalRead(11)) y verificar que cambia al acercar un objeto.

Botón peatonal 15 min

Pull-UP externo: resistencia 10 kΩ entre pin 8 y 5V; botón entre pin 8 y GND.
Pull-UP interno: sin resistencia externa; usar pinMode(8, INPUT_PULLUP).
Pull-DOWN: resistencia 10 kΩ entre pin 8 y GND; botón entre pin 8 y 5V.
Probar con Serial.println(digitalRead(8)) y verificar que el valor cambia al presionar.

Integración del código TKC2 20 min

Copiar el código del TKC2 al IDE de Arduino.
Si cambiaste el tipo de botón, ajustar la condición de detección (==LOW o ==HIGH).
Si cambiaste el sensor, ajustar la línea de lectura correspondiente.
Compilar y cargar. Abrir el Serial Monitor (9600 baud) y verificar la cuenta regresiva.

Prueba de los 6 escenarios 15 min

Escenario 1 — Reposo: sin tocar nada → vehicular verde, peatonal rojo (verde y amarillo peatonales apagados).
Escenario 2 — Botón: presionar el botón → el peatonal sigue en rojo; la principal espera en verde (≥5 s), pasa a amarillo 5 s y a rojo; luego 2 s ambas en rojo; recién entonces el peatonal pasa a verde.
Escenario 3 — Sensor: acercar objeto al sensor → inicia el mismo ciclo.
Escenario 4 — Bloqueo: presionar el botón durante el ciclo activo → el sistema lo ignora.
Escenario 5 — Seguridad y cierre: el peatonal hace verde 10 s y amarillo 5 s; al volver hay 2 s con ambas en rojo antes del verde de la principal.
Escenario 6 — Verde mínimo: al volver, la principal queda 10 s en verde sin leer botón ni sensor; recién después una nueva solicitud inicia otro ciclo.

⚠ Antes de encender el Arduino: verificar que ningún LED esté sin resistencia entre un pin y GND. Un LED directo entre pin y GND puede dañar permanentemente ese pin. En caso de duda, medir con multímetro antes de conectar el USB.

⏱ Tiempos que debe cumplir el circuito real (igual que TKC2)

Espera tras el botón/sensor: al menos 5 s con la principal en verde (guía: 10 s). El peatonal permanece en rojo; no inicia de inmediato.
Amarillo de la principal: 5 s, todavía con el peatonal en rojo.
Tiempo de seguridad: 2 s con ambos en rojo antes del verde peatonal, y otras 2 s con ambos en rojo al devolver el paso a la principal.
Verde de paso / amarillo: peatonal verde 10 s y amarillo 5 s. La principal, al volver, verde mínimo 10 s sin leer botón ni sensor.

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Observar y documentar diferencias

Parte obligatoria del aprendizaje

Identificar al menos 2 diferencias concretas entre TinkerCad y el circuito real

En TinkerCad todo funciona perfectamente. En el mundo real aparecen fenómenos físicos que la simulación ignora. Registrar estas diferencias es parte del desafío.

Fenómeno	En TinkerCad (simulación)	En el circuito real
Voltaje de LED	Todos los LEDs usan el mismo voltaje ideal	Rojo ≈1.8V, Verde ≈2.2V, Azul ≈3.2V — afecta el cálculo de R
Rebote del botón	Sin rebote: cada pulsación es exacta	Los contactos vibran generando múltiples lecturas en microsegundos
Sensor HC-SR04	Detecta cualquier superficie con precisión	Las superficies blandas o inclinadas dan lecturas imprecisas
Sensor IR	Sin interferencias de luz	La luz solar directa puede saturar el receptor y dar lecturas erráticas
Alimentación	Tensión de 5V perfectamente estable	El USB puede variar; con batería hay caída de tensión al cargar los motores
Delay	Exacto al milisegundo	Otros procesos del microcontrolador pueden introducir variaciones pequeñas

Lo que debes registrar

Describe 2 diferencias que observaste entre tu simulación y el circuito real.
¿Tuviste que ajustar el código o el circuito para que funcionara? ¿Qué cambiaste y por qué?
Si el rebote del botón causó problemas, ¿cómo lo detectaste? ¿Cómo podrías solucionarlo?

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Presentación — Semana 14

Demostración en vivo del circuito

Demostrar los 6 escenarios, explicar las elecciones técnicas y las diferencias observadas

Demostración de los 6 escenarios 4 min

El profesor (o un compañero) ejecuta cada escenario. El circuito debe responder sin intervención del programador.
Si un escenario falla, se puede reintentar una vez.

Explicación técnica 2 min

¿Qué sensor elegiste y por qué?
¿Pull-up o pull-down? ¿Cómo cambia la condición del if?
¿El peatonal espera a que la principal pase a amarillo y rojo, con 2 s de seguridad (ambas en rojo) antes de su verde?
¿Qué diferencias encontraste entre TinkerCad y el circuito real?

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Entrega en Google Classroom

Fotografía del circuito físico armado (vista cenital + lateral).
Código fuente cargado en el Arduino (captura del IDE o archivo .ino).
Hoja de elecciones: sensor, botón y si agregaste buzzer.
Registro escrito de al menos 2 diferencias sim/real observadas.

📚 Conceptos que se integran

Ley de Ohm: R = (Vcc − Vled) / Iled, con Vled distinto por color
Pull-up/down: divisor de tensión que fija el nivel lógico en reposo
HC-SR04: v·t/2 para medir distancia con sonido
Sensor IR: detección por reflexión de luz infrarroja
Rebote: vibración mecánica en los contactos del botón
Bloqueo por software: variable booleana que protege el ciclo

⭐ Desafíos opcionales (mejoran la nota)

Implementar antirebote (debounce) en el botón: ignorar lecturas separadas por menos de 50 ms.
Agregar un buzzer que suene con una frecuencia diferente en cada estado del ciclo.
Mostrar en el Serial Monitor qué mecanismo activó el ciclo: "Activado por BOTÓN" o "Activado por SENSOR".
Montar el circuito en una maqueta o representación de una esquina real.

⚛ Conexión con física

Velocidad del sonido: v(m/s) = 331 + 0.6 × T(°C). A 20 °C → v = 343 m/s → d(cm) = t(μs)/58.
Luz infrarroja: λ ≈ 850 nm, invisible al ojo humano pero detectable por fotodiodos de silicio.
Resistencia pull-up: corriente en reposo I = 5V / 10 kΩ = 0.5 mA — protege el pin sin consumo apreciable.
Rebote mecánico: la indeterminación de contacto dura 5–50 ms; se resuelve con delay(50) o millis().

Entrega vía Google Classroom — semana 14

Fotografía del circuito + código fuente + hoja de elecciones + registro de diferencias. La demostración en vivo de los 6 escenarios es obligatoria: sin demostración la Rúbrica de calidad no se aplica.

📋 Rúbrica — Semáforo Inteligente Físico

Presentación en vivo del circuito físico · 40 pts presentación + 6 criterios × 4 pts calidad = 64 puntos. Sin demostración no se aplica la calidad.

40 pts

Presentación oportuna

24 pts

Calidad del circuito (6 × 4 pts)

40 PUNTOSPRESENTACIÓN DEL CIRCUITO

No se presentó o más de 3 días de atraso

2–3 clases de atraso

1 clase de atraso o sin documentación

Circuito listo y documentación en fecha

24 PUNTOSCALIDAD (6 criterios × 4 pts)

Criterio	4 pts Logrado íntegramente	3 pts Detalles menores	2 pts Parcialmente	1 pt Incipiente	0 pts Ausente	Pts
Montaje físico del circuito	Seis LED: 3 vehiculares + 3 peatonales (rojo, amarillo y verde en cada semáforo), cada uno con 220 Ω; sensor y botón (pull-up o pull-down) bien conectados; circuito ordenado, sin cables sueltos ni LED sin resistencia.	Circuito completo con un detalle menor de orden o de valor de resistencia.	Componentes presentes pero con alguna resistencia incorrecta, conexión imprecisa o cable poco seguro.	El semáforo peatonal tiene solo 2 LED (falta el amarillo) o el sensor/botón no está bien conectado.	Circuito incompleto, sin resistencias o con conexiones que impiden el funcionamiento o arriesgan el Arduino.
Elección y documentación	Hoja de elecciones completa: sensor (IR o HC-SR04), tipo de botón (pull-up o pull-down) y justificación de cada decisión; si cambió respecto al TKC2, indica qué líneas ajustó.	Documenta ambas elecciones con justificación parcial en una de ellas.	Documenta las elecciones pero sin justificar ninguna de las dos.	Solo documenta una de las dos elecciones.	No indica qué sensor ni qué tipo de botón usó.
Estado normal y detección	En reposo: vehicular verde y peatonal rojo (verde y amarillo peatonales apagados). En el circuito físico, el botón y el sensor activan el mismo ciclo.	El estado normal y la detección funcionan con un detalle menor en uno de los dos mecanismos.	Solo uno de los dos mecanismos (sensor o botón) activa el ciclo correctamente.	El estado normal funciona pero ningún mecanismo activa el ciclo de forma confiable.	El sistema no distingue el reposo del ciclo o ningún mecanismo funciona.
Secuencia y temporizador	Tras el botón/sensor el peatonal sigue en rojo; la principal espera ≥5 s en verde, amarillo 5 s y rojo; luego 2 s de seguridad (ambas rojo) antes del verde peatonal. Peatonal: verde 10 s y amarillo 5 s.	Secuencia correcta con una pequeña variación de tiempo en alguna transición.	La cuenta existe pero el peatonal arranca apenas se pulsa, o falta el amarillo de 5 s de la principal.	Hay cambio de estado pero sin cuenta ni tiempos definidos.	La secuencia no funciona o el sistema no responde a ninguna solicitud.
Sincronización, bloqueo y verde mín.	Peatonal verde solo después de principal en rojo y 2 s ambas en rojo; usa los 3 LED; otras 2 s de seguridad al devolver el paso; nunca dos verdes; bloqueo y verde mínimo 10 s.	Sincronización, bloqueo, seguridad y verde mínimo correctos con un detalle menor.	La sincronización funciona pero falta el tiempo de seguridad (ambas en rojo), el amarillo peatonal, el bloqueo o el verde mínimo.	El peatonal enciende en el momento incorrecto o sin coordinación con el vehicular.	El semáforo peatonal no se activa o el bloqueo nunca funciona.
Presentación y diferencias sim/real	Explica las elecciones técnicas, demuestra los 6 escenarios en vivo y describe al menos 2 diferencias concretas entre TinkerCad y el circuito real.	Explica las elecciones y demuestra los escenarios; menciona 1 diferencia.	Explica de forma superficial o solo 4 de los 6 escenarios con claridad.	La explicación es vaga o no puede responder preguntas sobre las elecciones realizadas.	No puede explicar el circuito ni demostrar los escenarios.
Subtotal calidad						0 / 24

Puntaje total (presentación + calidad)— / 64

🚦 Semáforo Inteligente — Circuito Real