SISTEMA DE ILUMINACION AUDIO-RITMICA

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1 SISTEMA DE ILUMINACION AUDIO-RITMICA AUTOR: Otega Villaseño Manuel Eduado ESCUELA: Univesidad de Guadalajaa, Cento Univesitaio de Ciencias Exactas e Ingenieías C.U.C.E.I. MATERIA: Diseño con Electónica Integada CICLO ESCOLAR: 005-B INDICE: RESUMEN..Pág. ANTECEDENTES...Pág.-4 DESARROLLO...Pág.5-0 RESULTADO Y CONCLUSIONES...Pág. BIBLIOGRAFIA.Pág. RESUMEN: En este aticulo se pesenta un cicuito de contol automático paa iluminación el cual esta diseñado paa implementa una secuencia de encendido - apagado y selección de coloes de una seie de luces acopladas a una señal de audio dando un efecto de sinconización ítmica. El cicuito pate de la ecepción de una señal de audio la cual es amplificada y posteiomente filtada en dos bandas de fecuencias, una paa los tonos bajos y ota paa los tonos medios, enseguida la señal analógica que se obtiene se canaliza a un buffe paa genea una seie de pulsos que activa un MOC, el cual acopla las dos etapas de manea segua y gaantiza que ambas funcionen de manea independiente y sin iesgo a afecta una a la ota. Y así activa los TRIAC que haán encende los focos de 0 V. La selección de coloes es llevada a cabo po motoes a pasos a tavés de un micocontolado que ecibe señal del buffe y hacen gia 0 gados paa posicionase en uno de los tes coloes. En la figua. se muesta el diagama a bloques del cicuito. Figua.

2 ANTECEDENTES: En la actualidad solo existen equipos que contolan luces en foma de caminata, y/o de selectividad pogamable, peo no ítmica. Y en cuanto a los equipos de iluminación obótica, estos cuentan con una tajeta intena que capta el sonido paa su movimiento peo no se pueden se sinconizados con mas equipos. Además de que la potencia de salida que se maneja solo puede contola unos cuantos focos y un colo paa cada foco, lo cual hace que paa contola una iluminación con distintos coloes se tengan que adquii vaios de estos y con lo cual aumenta mucho su pecio y espacio. Lo anteio me lleva a implementa este sistema el cual además pesenta un ahoo en cantidad de lámpaas y/o focos gacias al selecto de coloes. INFORMACION RECABADA PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO El sonido musical es una vibación poducida po un agente sonoo que el aie tansmite a nuestos oídos. La difeente fecuencia en las vibaciones poduce difeencias de altua de sonido (entonación); A mayoes fecuencias coesponden sonidos mas agudos y a menoes fecuencias sonidos mas gaves.[] Paa la selección del ango de fecuencias a utiliza en los dos canales se analizo la tabla. que contiene Rangos de las distintas componentes de fecuencia de una señal de audio: 6 Hz Destaca los sonidos gaves masivos como los de tamboes, óganos, etc. Da sensación de gandiosidad 5 Hz Subiendo da sensación de plenitud. Si bajas aumenta la tanspaencia. 50Hz Bajando el mando disminuye posible eco. 500 Hz Aumenta la fueza del sonido. si se baja da la sensación de que el sonido no es completo. KHz Actúa sobe la voz del cantante. se puede deja casi inaudible khz Estimula el oído. Puede da sensación metálica, entonces hay que disminuilo. 4 khz Si está muy alto puede da también sensación metálica y dua. 8 khz Aumenta la billantez de instumentos de cueda y viento. Aumenta la pesencia de sonidos sutiles, como platillos, 6 khz tiángulos, etc. Tabla. Las fecuencias a utiliza seleccionadas fueon las siguientes, ya que se consideaon se dento de las más caacteísticas del audio: - Canal de Bajos : 50Hz - Canal de Medios: 4kHz Diseño de los filtos Las dos bandas seleccionadas paa los filtos pasabandas fueon de 50 Hz y de 4 khz. La pimea banda epesenta la zona de bajos la cual se caacteiza po destaca los sonidos tanquilos y disminuye los posibles ecos. La segunda banda, que epesenta los medios, esalta los sonidos cuya sensación es metálica y dua. En base a estas especificaciones se decidió implementa filtos de pasa-bandas de banda angosta, ya que con estos el ancho de la banda es meno y se destaca con más claidad las zonas deseadas. Esto se puede ve con más claidad en la figua.

3 Figua. Tiistoes de tiodo bidieccional (TRIAC) [] El tiac es fundamentalmente un diac con una teminal de compueta paa contola las condiciones de encendido bilateal del dispositivo en cualquie diección. Las caacteísticas del TRIAC en el pime y tece cuadantes son algo difeentes de las del diac, la coiente de sostenimiento en cada diección no está pesente en las caacteísticas del diac. MOTORES A PASOS Los motoes a pasos o steppes están diseñados paa establece posiciones pecisas mediante el contol po pasos de sus movimientos. Paa loga esto, cieta cantidad de embobinados intenos se enegizan paa move el núcleo. Un moto a pasos es un moto digital poque se mueve en etapas discetas cuando ecoe 60. Un moto común tiene enganes paa movese, desde quizá, 5 po paso, en un moto de bajo costo, hasta en un moto de pasos mas costoso de alta pecisión. En todos los casos, estos pasos se genean po medio de vaios polos magnéticos o enganes. Figua. Funcionamiento de un moto a pasos. Los micocontoladoes intel : familia 805 [4] El micocontolado 805 esta basado en los micocontoladoes de 8 bits, contiene intenamente una CPU de 8 bits, tes puetos de entada y salida en paalelo, un pueto de contol, el cual a su vez contiene un pueto de entada y salida en seie; dos entadas paa Tempoizado/Contado de 6 bits paa cada uno, dos entadas paa inteupciones extenas, las señales RD y WR paa la toma de almacenamiento inteno en RAM y la señal de PSEN paa la lectua de instucciones almacenadas en memoia extena.

4 Gacias a estas tes señales (RD,WR y PSEN) el µc puede diecciona 64Kb de memoia de pogama y 64Kb de memoia de datos, además cuenta con 8 bytes de memoia RAM intena. El 80 es una vesión simplificada del 805 que equiee memoia de pogamas extena he aquí sus caacteísticas: - CPU de 8 bits - líneas bidieccionales de E/S (en 4 puetos de 8 bits) - 8/56 bytes de memoia RAM - UART completo full duplex - 5 estuctuas de inteupción con dos niveles de pioidad. - cicuito eloj - 64 Kbytes de dieccionamiento de pogama 64 Kbytes de dieccionamiento de datos 4

5 DESARROLLO Diseño de los filtos [] La pimea pate del cicuito es el diseño de filtos pasa-banda con las fecuencias deseadas (ya conocidas) paa ambos tonos (bajos y medios) utilizándose el diseño de la figua.4 Figua.4 La ecuación. es la función de tansfeencia RR C s( ) R + R H ( s) = R RC RRC s ( ) + s( ) + R + R R + R (.) En base a la ecuación. y a la ecuación geneal de un filto pasabanda se obtiene a ecuación. s ( ) ωo Q H( s) = (.) s s ( ) + ( ) + ω o ωo Q Obtenemos las siguientes ecuaciones que basan el funcionamiento de este filto: R R = (.) Q f = 0.5 R RC + R (.4) 0.59 R = BC Con base a esto último, las consideaciones paa diseña el filto de 50 Hz fueon las siguientes: f = 50Hz cuyo ancho de banda queda establecido po la ecuación.5 f B = (.5) Q f 50Hz B = = = 5 Q 5

6 El valo del facto de calidad lo es de dos, debido a que este facto detemina la selectividad de nuesto filto y, ente más alto sea este valo, la banda de fecuencia es más pequeña; es deci, más selectivo y de esta manea los filtos detectan con mayo fineza y exactitud las bandas deseadas. El valo de los capacitoes y esistencias se obtiene de la ecuación RC = (.6) B RC = = B 5 si C = 0.µ F.857kΩ R = = 55Ω R =.857 kω, R = 7.7kΩ () Con estos valoes se puede ama el diseño del filto pasabanda. La selectividad que deseábamos de nuestos filtos se visualiza con su espectivo diagama de bode en la figua.5(a) Ahoa el siguiente paso es diseña el filto de 4kHz, en donde se tomaon las siguientes consideaciones: f = 4kHz Paa obtene el ancho de banda solo se sustituye la ecuación.5 con los valoes coespondientes quedando así: f 4kHz B = = = 000 Q El valo de los capacitoes y esistencias se obtiene de la siguiente manea: RC = = B 000 si C = 0.0µ F R =.4kΩ, R = 4.8kΩ.4kΩ R = = 44Ω () La selectividad los filtos se obseva el la figua.5 (a) y.5(b) con el diagama de bode espectivamente: figua.5 (a) selectividad de filtado paa el canal de los bajos Figua.5 (b) selectividad de filtado paa el canal de los medios 6

7 Con ambos diagamas se puede ve la alta selectividad de los filtos, cosa que ea indispensable paa nuesto poyecto. La siguiente pate del poyecto es desaolla un cicuito capaz de conveti las señales de voltaje, povenientes de los filtos confome al itmo de la música, en una señal luminosa modulada y después volve a convetila en una señal eléctica; esta última señal pemitiá encende los focos al itmo de la música. El integado que puede desaolla este popósito es un optoacoplado, ya que además de cumpli ese objetivo también se caacteiza po aisla elécticamente los cicuitos de entada con los de salida. Antes de pone el opto-acoplado ea necesaio acomoda la señal de tal manea que le llegaan pulsos de amplitud estable, ya que las señales de audio genean ondas muy distosionadas y con gan apidez; po lo que, el optoacoplado no puede detecta con gan apidez los pulsos. Es po eso, que se pone un buffe el cual genea pulsos odenados y con la amplitud necesaia paa activa el optoacoplado. La unión de estos dos cicuitos se muesta en la figua.6 figua.6 Unión del buffe con el opto-acoplado y empleo del TRIAC que genea la potencia necesaia paa encende los focos al itmo de la música. Y po ultimo en la figua.7(a) se obseva el cicuito en el cual se obseva todo lo antes mencionado, Como tambien en la Figua.7 (b) la implementación del moto a pasos Figua.7 (a) 7

8 M MOTOR 4 POLOS Señal R 0K Q Señal4 Señal5 Q4 Señal6 VCC R4 0K Q5 Q6 R5 0K Q7 Q8 R6 0K Q9 Q0 D D D D4 Figua.7 (b) Configuación paa el moto a pasos Etapa de amplificación: - Amplificadoes opeacionales TL08 [5] Especificaciones del dispositivo: Las aplicaciones de estos amplificadoes opeacionales son amplias en el caso de cuestiones analógicas. La alta ganancia y amplio ango de voltaje de opeación povee un desempeño mucho más alta en lo efeente a integado, amplificado sumado y aplicaciones geneales de etoalimentación. Etapa de filtado: - Diseño de filtos activos utilizando el CI TL08 Etapa de cicuito paa el encendido de los focos: - Dispositivo que toma la señal filtada y la adapta a un cicuito optoacoplado paa el encendido de los focos: >> Buffe 74LS44 [5] Especificaciones del dispositivo: 8

9 Estos buffes octales y dispositivos lineales son designados específicamente paa mejoa tanto el desempeño como la densidad de dispositivos de dieccionamiento de memoia de tes estados, dispositivos clocks, y eceptoes oientados a bus y tansmisoes. El designado tiene la opción de combinaciones seleccionadas de salidas invetidas y no invetidas, siméticas, entadas activas en bajo y contoladas po la salida. Estos dispositivos se caacteizan po una salida alta en fan-out, un fan-in mejoado, y un magen de uido de 400-mV. >> Optoacoplato MOC0 [5] Especificaciones del dispositivo: 9

10 Las seies de MOCXM y MOC0XM son dispositivos de TRIAC aislados de foma óptica. Estos dispositivos contienen un diodo infaojo emiso de GaAs y una luz activada de silicón con un switch bilateal, que funciona como un TRIAC. Son designados po se intefaces ente contoles electónicos y TRIAC de potencia paa contola cagas esistivas e inductivas paa opeaciones de 5VAC. [5] 0

11 CONCLUSIONES Y RESULTADOS El cicuito que acaba de analizase puede se utilizado en cualquie luga donde halla música. Ya que se obtiene una iluminación sinconizada al itmo de la música contando una vaiada gama de coloes y pemitiendo se montado en un espacio educido. Además con este diseño se elimina el tedioso hecho de manipula contoles de luces manualmente (como se hace actualmente y se tiene la desventaja de la mala sinconización al sonido). Consideando que el selecto de coloes nos ahoaa en el númeo de luminaias lo que a su vez educe costos. Recomendaciones y Aspectos técnicos a considea Paa tene un buen funcionamiento del cicuito la salida de audio debe se tomada de un epoducto de CD (de pefeencia) el cual apota un mínimo uido. Así como también considea la coiente máxima en cada salida que es de 0 Ampe po lo que se pueden conecta vaias luminaias de una sola salida siempe y cuando no se exceda de este limite de coiente. Si se deseaa excede dicho límite se ecomendaía emplaza los TRIACS de la etapa de potencia po unos de mayo ampeaje. Las lámpaas deben de esta montadas en una pailla fija paa gaantiza la estabilidad de los motoes peo no impotando su distancia de sepaación sino las condicione con que se cuenta(espacio y comodidad). BIBLIOGRAFIA: [] Coughlin, Robet F. Amplificadoes opeacionales y cicuitos integados lineales. 4ª edición. México, Pentice-Hall Hispanoameicana. 99. [] Calos Chávez, Ensayo sobe música y Electicidad, 99 Colegio Nacional Pag.8-4 [] Muhammad H. Rashid, Electónica de Potencia, a Edición, Peason Educación, México 004 [4] [5] Hojas de especificaciones de los fabicantes bajadas de Intenet.