En este proyecto se tiene la finalidad de exponer el diseño, simulación y construcción, de un sistema que maneja instrumentos musicales electrónicos. Se conectaran 4 instrumentos aun microcontrolador el cual enlazara la adquisición con una PC. Se construirán los siguientes instrumentos: un arpa electrónica,una lira, un teremin y un contrabajo. Elaborado por: Miguel Añanguren y Juan Peréz
Esta será la última entrada del blog, el instrumento
lamentablemente no sonó. Como vieron a lo largo de mi blog, me enfoque mucho en
el hardware porque representaba el mayor reto para mí. Les dejo la misma
recomendación que me hizo mi profesor. Es importante integrar las distintas
etapas del proyecto, una a una. Esto aplica también para proyectos más
sencillos.
Si necesitas hacer un montaje en protoboard ve probando cada
etapa que vayas montando, no esperes a montar todo para probarlo y ver si funciona. Por 3 razones:
1) vas a tener un
montón de cables que “testear”.
2)Probablemente
quemes algunos componentes.
3) Porque yo lo digo!!
Entonces recuerden. Es preferible: Montar en protoboard,
armar una cuerda, realizar la adquisición bien y hacer sonar esa sola cuerda.
Porque lo que resta seria copiar lo que ya hiciste.
Ya todo el hardware funciona perfecto!! Solo falta armarlo
bien y enfocarnos en la adquisición. Para hacer funcionar el instrumento
necesitábamos un sintetizador.
Aquí les dejos el link de unos compañeros que montaron un
sintetizador excelente y aprovechan de visitar su blog:
Antes de soldar el circuito que les comente en la entrada pasada,
procedí a montarlo en el proto-board para realizar las pruebas necesarias. Como
ya tenía el montaje de las cuerdas empecé a probar con ellas.
El resultado fue que si variaba, pero cuando no estaba
pisando la cuerda aparecía un valor de voltaje altísimo. Se me ocurrió que si le ponía una resistencia
en paralelo baja (1ohm) podría “tumbar” ese valor de voltaje, haciendo la
resistencia equivalente menor.
Termine de armar el cuerpo del instrumento, intente tensar las cuerdas de nichrom con clavos y halando a pulso. TERRIBLE IDEA! Se rompía cada vez q la halaba. Así que la solución fue usar tornillos, estos me permitían tensarla poco a poco hasta llegar a un punto optimo, el punto negativo es que estos lastimaban mucho mas la madera, pero el “cedro” aguanto. Aquí algunas imágenes:
En vista que ya la construcción del instrumentro estaba
llegando a su final, decidí enfocarme un poco más a la programación en
Codewarrior. El microprocesador seleccionado (DEMOQ128) permite programar con
un kit de herramientas además del clásico “echar código”. Afortunadamente la
programación de este instrumento es bastante sencilla. Solo se necesita:
-ADC (conversor Analógico Digital) para
digitalizar las variaciones de voltaje que se registren en las cuerdas.
Anteriormente confesé que no pude hacer funcionar el
circuito planteado anteriormente. Así que opte por soldar uno nuevo, y lo
modifique un poco.
En el nuevo circuito en vez de usar el 741 que necesita +/-
Vcc ahora usare el LM324, el cual solo necesita Vcc y tierra. Pero esto también
implico que debiera cambiar mi etapa de amplificación de un INVERSOR a un
NO-INVERSOR. Porque de lo contrario el LM324 iba a saturar mi salida.
Inicie la construcción del cuerpo del instrumento. Elegí una
madera suave (cedro me dijeron que era, no lo sé en verdad jaja), ya que así me
resultaría más sencillo taladrarla y clavarle cosas. El diseño era bastante
sencillo.
Una tabla de 1,20m de largo y 20 cm de ancho (1,20x20), este
sería el cuerpo del instrumento por un lado irían las cuerdas y el circuito del
encoder y por el otro lado el circuito de las cuerdas.
Aquí les dejo algunas fotos del día de construcción.
Aquí les dejo algunas fotos del día de construcción.
Como habíamos quedado en la última entrada soldé los
circuitos en baquelita. Lamentablemente solo el circuito del “encoder”
funciono. Así que siguiendo las recomendaciones de mi compañero, me dispuse a
raspar las pistas y limpiar el circuito por el lado de cobre con un cepillo de
dientes y alcohol. Sorprendentemente el funcionamiento mejoro, pero no
funcionaba del todo bien. Seguiré haciendo más pruebas.
El arpa laser es
un instrumento que genera 7 notas básicas de la escala musical (DO, RE, MI ,
FA, SO, LA , SI) tanto de un arpa convencional como de un arpa polifónica
(notas electrónicas con efecto. Se tiene una cuerda adicional que genera cambio
de notas. El arpa electrónica genera una nota cuando se interrumpe el as de luz
laser (ver figura#8) el sensor se desactiva colocando en saturación el
transistor y nuestro circuito comparador generara un pulso de 5V (ver figura#).
Mediante una combinatoria binaria de los 8 emisores laser, las señales pasaran
por un conversor digital- analógico y
luego serán moduladas en modulación FSK en digital para luego ser transmitida por un
transmisor en RF a 434 MHZ cuya finalidad es tener un fácil manejo de el arpa
sin necesidad de conectar al circuito master (micro-controlador). Recibimos la
señal mediante un receptor de RF a 434MHz. La señal es procesada en por el microcontrolador
mediante interrupciones por el modulo IRQ
ya que es una señal que varia en frecuencia y se necesita decodificar la
frecuencia que genera cada cuerda.
Etapa de adquisición de la señal:
En esta etapa del circuito tomamos la señal del
de una fotoresistencia y la pasamos por un circuito comparador el cual indica
cuando fue interrumpida la luz del laser. en total tenemos 7 cuerdas de
notas (do, re, mi , fa, sol, la , si) y una octava tecla que indica cambio de
nota. en general se cuenta con 8 circuitos comparadores correspondiente para
cada cuerda (ver figura#17). Cada cuerda es calibrada al longitud de onda del
laser mediante un potenciómetro para que solo se active con la luz del laser y
no con la luz del sol.
Figura#1 circuito equivalente a cada cuerda laser
Etapa de conversión digital- analógico:
Para procesar las señales
provenientes de cada sensor, se usa un conversor digital-analógico de 8bit el
cual nos dará niveles analógicos para cada cuerda presionada. Esta etapa se requiere debido a que se
debe modular en FSK cada cuerda y se necesitan de niveles de tensión para
activar el VCO del PLL del circuito
modulador FSK.
Figura#2 etapa de conversión digital- analógico
Etapa de conversión de señal analógica a frecuencia en
FSK:
Se requiere de una señal digital
para poder transmitir la data mediante el transmisor RF de 434 MHz. En esta
etapa se toman los niveles provenientes
del conversor digital-analógico y se modula en frecuencia en FSK digital. Se usa
un LM 566 el cual mediante un VCO toma niveles analógicos y mediante un modulador por fase PLL
convierte la señal en digital con frecuencia variable y es posible su transmisión.
Figura#3 etapa de conversión de señal analogica a frecuencia en FSK
Etapa de transmisión y recepción RF:
En esta etapa transmitimos la data de manera inalámbrica
a 434 MHz la señal proveniente de los sensores procesados modulada en FSK en
digital en frecuencia. Esto se hace para no hacer conexión eléctrica entre el
circuito de adquisición y el microcontrolador. (Figura 20 y 21)
Figura#4 transmisor digital en RF
Figura#5 receptor digital de RF
modulador FSK, comparador, transmisor 434Mhz
Figura#6 etapa de acople entre el micro-procesador y la PC
figura#7 etapa de adquisición del arpa laser
figura#8 etapa de recepcion del arpa laser (adquisición y acople con la PC)
En
la figura #8 podemos denotar que se contectarà un optoacoplador el cual
aislara el circuito del micro- controlador el cual trabaja a 3 Voltio
de alimentación del circuito del receptor de RF que trabaja a 5 voltios.
la data sera tratada una vez ingresada al micro-controlador y
decodificada asignandole a cada valor de frecuencia, un nivel logico el
cual sera transmitido a la PC y procesada por el sintetizador basado en
labview
3.3.4
Fuentes de voltajes para el sistema.
Se usará dos
fuentes de voltaje tanto para la adquisición, como para la recepción de la
data. Para la adquisición se usará una
fuente de voltaje de +-5 V y +-12V usando una fuente de computadora. Esta
manejara la alimentación tanto de los diodos laser como la alimentación de la
sección de adquisición. Una segunda fuente de voltaje se usará para la parte de
recepción de los datos de +-12V y +-5V. El micro-controlador se alimentara con
3 voltios proveniente del puerto USB de la computadora.
fuente de poder para el circuito
3.3.5
Materiales propuestos para la sección de adquisición del arpa laser.
·8
diodos laser de luz roja DE 50 mW.
·8
fotoresistencia como sensores de luz laser
·8
comparadores LM311 para los
comparadores.
·Un
conversor digital-analógico R2R
·1
optoacoplador ópticos de infrarrojo.
·Un
modulo de microcontrolador MC9508QE128 64 pines
·condensadores
y resistencias.
·Un
integrado LM566 para el modulador FSK
·Un
transmisor de RF de 434MHz
Se estima una carga de 350mW para los
diodos laser, 100 mW aproximados para los comparadores y conversores DAC y ADC,
1500mW para el transmisor y receptor, 35mW los optoacompladores da una carga
total de 1985mW para una corriente
aproximada de carga de 0.6 Amper
Codificación de la data obtenida por los sensores.
Los datos
provenientes del sistema de adquisición es codificada en modulación FSK y se le
asigna un valor en frecuencia a cada laser accionado. Cuando se presionan todos
los laser se obtiene en la entrada del microcontrolador una frecuencia de 667
Hz y para cuando no se acciona ninguna cuerda laser se obtiene una frecuencia
máxima de 1776 Hz. Se diseño una rutina en codewarrior para detectar los
flancos de bajada de la señal, para asi el micro le asigna un valor en digital
a cada frecuencia obtenida. De alguna manera se esta demodulando de manera
digital la señal que se recibió en FSK.
B0
B1
B2B3
B4
B5
B6
B7
B8
FRECUENCIA EN
HZ
0
0
0
0
0
0
0
0
1776
1
0
0
0
0
0
0
0
1762
0
1
0
0
0
0
0
0
1715
0
0
1
0
0
0
0
0
1700
0
0
0
1
0
0
0
0
1685
0
0
0
0
1
0
0
0
1650
0
0
0
0
0
1
0
0
1608
0
0
0
0
0
0
1
0
1475
0
0
0
0
0
0
0
1
1105
Tabla de valores
de frecuencia asignados a cada combinación decuerdas del arpa laser presionada.
Se diseño un código
usando un timer_interrupt donde se incrementa un contador cada vez que se
detecta un flanco. Una vez terminado el flanco el contador se detiene y ese
valor es el que se transmite al sistemaen labview el cual indicara la nota adecuada para casa tecla presionada.
a continuación se presenta el código elaborado en codewarrior para el
microcontrolador:
Finalización
del proyecto
Al
finalizar el proyecto se obtuvo las siguientes fallas:
·Tarjeta
de detección de laser el sucio del estaño produjo un corto circuito el cual al
activarse unatecla se cortocircuitaba
la salida.
·El
divisor de tensión ubicado en la salida del receptor coloco los niveles de
voltajes al límite, el cual causabacierta confusión al microcontrolador y no podía obtener el valor adecuado a cada
nivel de frecuencia.
·Lasfotos resistencias finales ofrecían una
resistencia mayor la las fotoresistencias de prueba lo cual bajaba la
sensibilidad de los sensores.
·El
construir un equipo con metal es sumamente más complicado que construir con
madera.
·Los
laser son sensibles al calor y tienden a bajar la intensidad de la luz.
·La
alineación de los laser es sumamente complicada debido a la característica del
material en el cual fue construido el arpa.
·Las
magnitud de la complejidad circuitalexigía
construir el circuito en pistas y no usar vaquelitas de prototipos.
