nueva version de arpa laser

segunda etapa del proyecto  del arpa laser

Arpa laser (elaborada por Miguel Añanguren)

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 de  cuerdas 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 sistema  en 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 una  tecla se cortocircuitaba la salida.

·         El divisor de tensión ubicado en la salida del receptor coloco los niveles de voltajes al límite, el cual causaba  cierta confusión al microcontrolador  y no podía obtener el valor adecuado a cada nivel de frecuencia.

·         Las  fotos 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 circuital  exigía construir el circuito en pistas y no usar vaquelitas de prototipos.