Antes de...
Justificación pedagógica.
Esta actividad busca que el alumnado integre el conocimiento de la climatología y la prevención de riesgos naturales con el pensamiento computacional y la lógica booleana. Aprenderán cómo la tecnología de telemetría moderna permite monitorizar fenómenos atmosféricos complejos y multifactoriales para garantizar la protección civil en entornos hostiles.
- Qué explicar. El equipo docente explicará la naturaleza multifactorial de los fenómenos atmosféricos extremos y los riesgos naturales asociados. Se abordará la evolución de la telemetría y cómo la instrumentación geográfica actual es vital para la seguridad. Asimismo, se enseñará la aplicación de la lógica booleana compleja (operadores AND y OR) para categorizar niveles de riesgo basados en la combinación de variables térmicas y de humedad.
- Qué hacer. El alumnado programará un Sistema de Alerta Temprana Acústica utilizando la placa controladora y el sensor BME280. El código deberá ejecutar una alarma de intensidad máxima (volumen 255) cuando se cumplan simultáneamente dos condiciones críticas (AND), y una alarma moderada (volumen 127) si solo se detecta un factor de riesgo (OR). Los datos se integrarán en el Informe Oficial de Habitabilidad.
- Vinculación curricular. Se asocia con los saberes sobre la emergencia climática y riesgos naturales (A.2.2.2) y la interpretación del paisaje y la protección del medio (B.3.4.2). Atiende a las competencias de elaborar productos propios sobre problemas geográficos (CE.2) y analizar la influencia de los elementos físicos en la acción humana (CE.4).
- Vínculo narrativo. El clima de Terra Nova es extremo, con tormentas violentas que pueden poner en peligro el asentamiento. Para que la Junta de Expertos considere que la colonia es viable, el equipo de geografía debe demostrar que puede diseñar sistemas de protección civil capaces de predecir y alertar sobre riesgos climáticos de forma autónoma.
Objetivo
El objetivo principal es que el alumnado construya un sistema de alerta climática inteligente para mitigar los riesgos atmosféricos en Terra Nova, facilitando la protección de los colonos ante fenómenos meteorológicos adversos.
Para lograrlo, cada estudiante integrará el sensor BME280 en la placa controladora y diseñará un algoritmo basado en lógica booleana, estableciendo umbrales de temperatura y humedad para graduar la respuesta acústica del dispositivo según el nivel de peligro geográfico.
Finalmente, cuando la sirena inteligente sea capaz de discriminar entre niveles de riesgo geográfico de forma autónoma, el alumnado habrá validado su sistema de alerta temprana ante el clima de Terra-Nova.
Conocimientos previos Micro:bit y Make Code
En esta sección encontramos todos los conocimientos necesarios para poder trabajar con Micro:bit y MakeCode:
Presentación sobre el entorno Makecode y la placa Micro:bit.
Vídeo sobre el funcionamiento y primeros pasos con la placa Micro:bit.
Prácticas para familiarizarnos con entorno Makecode y la placa Micro:bit.
Comencemos con los conocimientos necesarios para poder trabajar con Micro:bit y MakeCode.
Para ver a pantalla completa clicamos en presentación
Video que nos muestras el funcionamiento y primeros pasos con microbitMicro:bit:
Ya estamos listos para conocer el Kit IoT
Para ver a pantalla completa clicamos en presentación
Conocimiento previos de Kit IoT Smart Science
Ahora veremos lo que necesitamos saber de Smart Science IoT:
- Presentación IoT Smart Science
- Video sobre el funcionamiento de los componetes del kit
- Presentación con diferentes prácticas que nos ayudarán a entender las aplicaciones de este Kit.
¿Qué necesitas preparar?
Antes de la sesión de acompañamiento es conveniente:
- Mostrar al alumnado el kit Smart Science IoT y Micro:bit. Su funcionalidad y uso de este modo comprederan con menor dificultad lo que deben de hacer en la actividad.
- Mostrar al alumnado la interfaz de MakeCode. De esta forma, en el acompañamiento podremos centrarnos en cómo programar por bloques y la sesión será más ágil.
Además, necesitarás este material: - Un portátil por cada dos alumnos/as (máximo 3) con conexión a internet o con la aplicación Makecode instalada.
- Documentos:
- Diario de aprendizaje
- Informe técnico para el alumnado
- Documento para el alumnado
Paso 1: configuración del entorno e instalación de extensiones
Para programar esta alarma ambiental inteligente, necesitamos preparar el entorno de MakeCode para que pueda procesar la información climática avanzada y emitir señales acústicas.
- Accede a la plataforma MakeCode de Micro:bit y abre el menú de "Extensiones" situado en la parte inferior de la lista de categorías.
- Busca e instala la extensión iot-enviroment-kit para habilitar los bloques de color naranja que nos permitirán medir la temperatura y la humedad con precisión.
Paso 2: alarma crítica con condición doble (y)
En este paso prepararemos el "cerebro" del robot para que evalúe el entorno constantemente. Configuraremos una alarma a máximo volumen que solo se activará si ocurren dos situaciones de peligro al mismo tiempo: mucho calor y mucha sequedad.
- Arrastra el bloque para siempre de la categoría "Básico", para crear un bucle infinito que permita al robot procesar las lecturas climáticas en tiempo real sin detenerse.
- Introduce un bloque condicional si... entonces de la categoría "Lógica", para que el sistema tome una decisión basada en los datos medidos.
- En el hexágono de la condición, encaja el operador lógico [ ] y [ ] de la categoría "Lógica", para obligar a que se cumplan dos requisitos a la vez.
- Rellena los huecos del operador con las comparaciones value of BME280 temperature(°C) > 25 y value of BME280 humidity(0~100) < 40 utilizando los bloques de "Lógica" y BME280, detectando así el riesgo crítico.
- Si esto ocurre, añade establecer volumen a 255 de la categoría "Música", para fijar la potencia del altavoz al máximo nivel.
- Coloca debajo el bloque reproduce secuencia [melodía] en modo hasta que termine de la categoría "Música", para transformar la señal eléctrica en una alerta sonora ininterrumpida.
Paso 3: alarma preventiva con condición simple (o)
Ahora añadiremos una segunda capa de seguridad. Si el ambiente no es crítico pero al menos uno de los dos factores (temperatura o humedad) está fuera de lo normal, emitiremos una alarma más suave e intermitente.
- Haz clic en el botón "+" del condicional para crear una nueva rama si no, si... entonces.
- Encaja en ella el operador lógico [ ] o [ ] de la categoría Lógica, para que la alarma salte si se cumple cualquiera de las dos anomalías por separado. Vuelve a introducir las comparaciones value of BME280 temperature(°C) > 25 o value of BME280 humidity(0~100) < 40.
- Dentro de este bloque, añade establecer volumen a 127 de la categoría Música, para reducir el aviso a la mitad de su potencia.
- Inserta el bloque reproduce secuencia [melodía] en modo hasta que termine de la categoría Música.
- Cierra esta sección con el bloque pausa (ms) 1000 de la categoría "Básico", para crear un silencio de un segundo que haga que la alarma suene de forma intermitente (un "bip" espaciado).
Paso 4: estado seguro y silencio
Finalmente, debemos decirle a la placa qué hacer si el ambiente es perfecto. Si no hace demasiado calor ni está demasiado seco, el sistema debe mantenerse en completo silencio.
- En el último apartado si no del condicional (que se ejecuta cuando el entorno es totalmente seguro), inserta el bloque para todos los sonidos de la categoría Música.
- Esta instrucción sirve para apagar cualquier melodía que estuviera sonando previamente y garantizar que el dispositivo no emita falsas alarmas.
Paso final. Conexiones
Es el momento de darle vida a nuestro proyecto físico. Sigue estos pasos para realizar la transferencia y el montaje:
- Descarga y transferencia a la placa Micro: Una vez completados estos pasos, el código está listo para ser descargado a tu tarjeta Micro:bit. En esta presentación se explica las diferentes posibilidades.
- Montaje de hardware: Inserta con cuidado la Micro:bit en la ranura de la placa de expansión IoT.
- Conexión de sensores: Conecta el sensor BME280 como se muestra en la imagen.
Podemos visualizar el siguiente tutorial que nos muestra cómo realizar las conexiones entre el sensor MBE280 y placa IoT.
Código terminado! Al descargar este programa, tu Micro:bit se convertirá en un termómetro e higrómetro digital interactivo que muestra los datos en la pantalla OLED cada vez que interactúas con ella.
¡Excelente trabajo! Has construido un sistema de monitoreo ambiental con toma de decisiones complejas. El código ahora es capaz de diferenciar entre un estado de emergencia total (volumen máximo constante), una alerta preventiva (volumen medio intermitente) y un estado de seguridad (silencio absoluto).
Aquí tiene el enlace al resultado de la actividad para facilitar su comprensión
Comenzamos - Equipo de Geografía e Historia
¡Atención, equipo de geógrafos y geógrafas de la misión Terra Nova!
Nuestros satélites han detectado que el clima de este planeta no solo es caluroso, sino extremadamente violento. Las tormentas térmicas combinadas con cambios bruscos de humedad pueden atrapar a nuestros exploradores en el exterior sin previo aviso.
Nuestra misión es fabricar el Sistema de Alerta Temprana Acústica. Nuestra tarea es programar un centinela atmosférico usando el sensor BME280 que sea capaz de analizar el peligro mediante la lógica matemática. Deberemos configurar un código inteligente: si la temperatura es alta y la humedad es baja al mismo tiempo, nuestro sistema lanzará un aviso de peligro extremo a máximo volumen. Si solo detectamos una de las dos amenazas, la alerta será moderada. Solo si conseguimos que nuestra sirena sea capaz de distinguir estos niveles de riesgo, garantizaremos que los colonos puedan refugiarse a tiempo y podremos lograr nuestra misión.
Aprenderemos cómo se forman los fenómenos atmosféricos extremos y por qué la telemetría es la base de la seguridad. Utilizaremos el pensamiento computacional para salvar vidas y descubriremos que la geografía física es la ciencia que nos permite entender y sobrevivir a los desafíos.
¡Investiguemos el entorno!
- Visualizamos el vídeo
El siguiente vídeo nos explica de una forma clara y dinámica los pasos que hay que seguir para resolver el reto
Lectura facilitada
¡Atención, equipo de Geógrafos!
El equipo de Biólogos cuida de las plantas, pero nosotros tenemos otra misión: proteger a las personas de la colonia.
El clima del planeta Terra-Nova es peligroso. A veces hay cambios de temperatura muy fuertes y otras veces no hay nada de agua en el aire. Esto puede destruir nuestra base.
Lo que muestra la ilustración: Se ve un paisaje de nieve y montaña con cristales brillantes de colores. El equipo de Geógrafos está trabajando. Una científica apunta datos en un ordenador y otros dos revisan una cueva. En el aire flotan pantallas de luz con un mapa que muestra las zonas seguras (verde) y las zonas peligrosas (rojo).
Nuestra misión
Vamos a programar un Sistema de Alarma con Sonido.
Nuestro objetivo es que la estación del clima "vigile" el aire todo el tiempo sin que nosotros tengamos que mirar. El robot debe decidir solo cuándo encender la alarma si detecta alguno de estos peligros:
Hace demasiado calor o mucho frío.
Hay una sequía (el aire está muy seco).
Se acerca una tormenta.
¡Vamos a investigar el entorno!
Nos preparamos
Estas presentaciones contienen todos los conocimientos necesarios para poder trabajar con Micro:bit y Smart Science IoT, así mismo esta dispone de un índice indicando los contenidos que veremos.
Ahora veremos lo que necesitamos saber de Smart Science IoT. Especialmente importante revisar la programación de los proyectos 2 y 3 para la medición de parámetros ambientales y visualización por pantalla OLED.
Reto de la misión
Fase 1: el cerebro del centinela (bucle infinito)
Para que nuestra estación meteorológica no se duerma, necesitamos que trabaje sin descanso.
- Nuestro reto: todo el código vive dentro del bloque "para siempre".
- La lógica: ¿por qué no usamos el bloque "al iniciar"? Porque queremos que el centinela mida el aire cada segundo, no solo una vez al encenderse.
Fase 2: alerta roja - ¡peligro doble!
A veces, los problemas vienen juntos. En esta fase vigilamos si la temperatura es alta Y la humedad es baja al mismo tiempo.
- Nuestro desafío: usamos un bloque de decisión con la condición lógica "y".
- La lógica: si la temperatura es mayor a 25°C y la humedad es menor a 40, el peligro es máximo.
- La respuesta: subimos el volumen al máximo (255) y activamos una secuencia de sonido urgente.
- Pista: Si solo hace calor pero hay mucha humedad, ¿se activará esta alarma? (Pista: ¡Mira bien el conector "y"!).
Fase 3: alerta amarilla - riesgo moderado
¿Qué pasa si solo falla una de las dos cosas? Para eso usamos el bloque "si no, si..." con la condición "o".
- Nuestro desafío: vigilamos si hace calor (>25°C) O si el ambiente está seco (<40). Basta con que ocurra una de las dos.
- La acción: como el riesgo es menor, ponemos el volumen a la mitad (127) para que la alarma sea más suave.
- Pausa de seguridad: añadimos una pausa de 1000 ms (1 segundo) para que el centinela respire antes de volver a medir.
Fase 4: silencio y calma (homeostasis)
Cuando los sensores detectan que el aire está fresco y húmedo, nuestra misión ha tenido éxito.
- Nuestra investigación: buscamos el hueco final del "si no". Este es el estado por defecto cuando todo está bien.
- La acción: usamos el bloque "para todos los sonidos".
- Reflexión: ¿por qué es importante apagar el sonido cuando las condiciones son buenas?
Nuestras herramientas de apoyo
El semáforo atmosférico nos ayuda a interpretar el estado de la sonda:
- Volumen 255: ¡Fuego y sequía! (Mucho ruido).
- Volumen 127: Algo va mal, revisa los sensores.
- Silencio: Todo está en equilibrio.
- Nivel Experto: ¿Podrías añadir un icono de una "X" en la pantalla LED cuando suene la alarma roja y un "Check" cuando todo esté en silencio?
Nuestra autocomprobación
- Si soplo aire caliente sobre el sensor: ¿Empieza a sonar la alerta amarilla?
- Si las dos condiciones se cumplen: ¿Suena más fuerte el centinela?
- Si abro una ventana y refresco el sensor: ¿Se hace el silencio?
Informe Técnico
¡Registra tu trabajo!
Completa con datos las tablas que se muestran en el siguiente informe.
Tablas de rangos de variables(pdf)
Tablas de rangos de variables(doc)
Un poco de ayuda
Montamos nuestro código
Lee, encuentra la secuencia y construye uniendo las piezas.
¡Buena suerte!
Ahora toca comprobar que los hemos colocado correctamente y la pantalla muestra la información que recoge por los sensores.
Aprendo, pienso y crezco
Aprendo , pienso y crezco
El diario de aprendizaje es nuestra bitácora personal de "explorador". No sirve para copiar teoría, sino para reflexionar sobre cómo hemos aprendido y cómo hemos resuelto los posibles problemas.
- Diario de aprendizaje (será necesario uno por grupo de alumnos o como especifique el docente)
Después de...
¡Atención, Ingenieros de Automatización! Vuestros sistemas de soporte vital están en línea. Ahora, debéis presentar los resultados de vuestro "Protocolo de Supervivencia" al resto de la tripulación.
Organización de los equipos:
- Equipo de Biología: presentaremos la lógica de las alarmas para la supervivencia de plantas (usando los sensores de luz y humedad del suelo).
- Equipo de Geografía: presentaremos la lógica de las alarmas de seguridad humana (usando los sensores de temperatura y humedad del aire).
Guía de presentación: el informe de automatización
1. Roles del equipo
La misión depende del trabajo conjunto. Repartid estos roles para la defensa:
- El/La comandante (portavoz): explica el objetivo de seguridad y las conclusiones finales. Responde a la pregunta: "¿Puede la tripulación dormir tranquila con este sistema?".
- El/La Ingeniero/a de sistemas (técnico/a): enseña el código en MakeCode y hace saltar la alarma en directo (calentando el sensor o secando la tierra).
- El/La analista de operaciones (la lógica): explica qué bloque de código es el cerebro del robot y responde a las dudas sobre los errores cometidos.
2. Objetivo y programación (causa y efecto)
Explicad cómo habéis enseñado al robot a "pensar":
- ¿Qué queríais automatizar y por qué?: explicad el peligro. Por ejemplo: "Si la planta se seca de noche, nadie la regará. Necesitábamos una alarma."
- Los bloques (lógica condicional): explicad el corazón de vuestra inteligencia artificial: el bloque "SI... ENTONCES".
- La programación: ¿cómo habéis fijado el límite del peligro? Explicad la regla lógica que habéis creado (Ejemplo: "SI la temperatura es MAYOR de 30ºC, ENTONCES haz ruido").
3. Diario de errores y calibración
Un sistema de seguridad no es perfecto a la primera. Contad la verdad técnica:
- Falsas alarmas: ¿qué falló durante las pruebas? ¿La alarma sonaba todo el rato? ¿O no sonó cuando el peligro era real?
- Solución (calibración): explicad cómo cambiasteis el número de los "límites de peligro" (los grados o el porcentaje de luz) para arreglar el fallo.
4. Comprobación y conclusiones
Dad el veredicto final para activar la base:
- Comprobación: haced una simulación de peligro en clase. Tapad el sensor de luz o soplad aire caliente al sensor para que la clase vea y escuche cómo la placa reacciona sola.
- Conclusión: ¿El sistema es 100% fiable? ¿Creéis que Terra-Nova es un entorno que podemos controlar con nuestra tecnología o es demasiado inestable?
5. Formato de presentación
Elegid el formato que mejor demuestre vuestra competencia técnica:
- Opción A - Simulacro en vivo (Live Demo): poned la placa en el proyector. Provocad el "peligro" en directo con una linterna o un secador y mostrad cómo el robot toma la decisión de salvaros en tiempo real.
- Opción B - Diagrama de flujo (Póster Visual): cread un gran mapa o esquema visual. Dibujad el camino que sigue el robot: "Entra el dato" -> "El robot piensa (¿Es mayor que 30?)" -> "SI: Alarma / NO: Esperar".
- Opción C - Registro del sistema (Audio/Vídeo): grabad un mensaje de voz o vídeo dramático, como si fuera el "Diario del ordenador de a bordo", relatando una noche en Terra-Nova en la que una tormenta activó los sistemas de defensa automáticamente.