INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE ENGRANAJE CORRESPONDIENTE A LA AFINACIÓN DE UNA GUITARRA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE LA VIBRACION DE LAS CUERDAS T E S I S PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PRESENTA: MORENO GONZÁLEZ LUIS ENRIQUE ASESORES: ING. JUAN DANIEL RIVAS MARTINEZ ING. ANA MARIA VERA JAIME MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE DEL 2016

2 través de la Vibración de las Cuerdas Índice General Objetivo General... V Objetivos Específicos... V Introducción... VIII Capítulo 1. MARCO TEORICO Historia y Antecedentes de la Guitarra Eléctrica Partes de una Guitarra Eléctrica El Cuerpo El Clavijero El Mástil El Diapasón El Cuello Controles de Volumen y Tono Afinación de una Guitarra Eléctrica o Acústica Métodos para Afinar una Guitarra Eléctrica Afinador Electrónico Afinación por Comparación Método del 5to Traste Afinación con Armónicos Tipos de Afinaciones Especiales Arduino UNO Motor a Pasos Capítulo 2. DESARROLLO DE AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE ENGRANAJE Selección y Justificación de Componentes Arduino UNO R Motor a Pasos (Stepper Motor PFT35T-24) Pantalla LCD JHD 162A Diseño y Montaje de Circuitos I

3 través de la Vibración de las Cuerdas Obtención de la Señal Circuito Pasa Bajas y su Montaje Programación de Lectura de Vibración en la Interfaz Arduino Pantalla LCD y su Montaje Programación de la Pantalla LCD 16x2 en la Interfaz Arduino Motor Paso a Paso y su Montaje Estrategia de Control de Posición del Motor Paso a Paso Programación del Motor Paso a Paso en la Interfaz Arduino Capítulo 3 COSTOS Y ANALISIS DEL MERCADO Análisis de Mercado Costos Conclusiones Referencias... Error! Marcador no definido. Bibliografía... Error! Marcador no definido. II

4 través de la Vibración de las Cuerdas Índice de Figuras Figura 1.- "Interior de una Guitarra Acústica" Figura 2.- "Partes de la Guitarra Electrica (Fender Stratocaster)" Figura 3.-"Cuerpo de una Guitarra Eléctrica" Figura 4.-"Clavijero de una Guitarra Eléctrica" Figura 5.-"Mástil de una Guitarra Eléctrica" Figura 6.-"Diapasón de una Guitarra Eléctrica" Figura 7.-"Fijación de Mástil con Tornillos" Figura 8.-"Fijación de Mástil Tipo Pegado" Figura 9.- "Circuito de Control de Tono y Volumen de una Guitarra Eléctrica" Figura 10.-"Perillas de Volumen y Tono" Figura 11.-"Notas Musicales Correspondientes a la Afinación Estándar" Figura 12.-"Notación Musical Latina y Americana" Figura 13.-"Tipos de Afinadores" Figura 14.-"Afinación por el Método del 5to Traste" Figura 15.-"Afinación por el Método con Armónicos" Figura 16.-"Tipos de Afinaciones Especiales" Figura 17.-"Esquema de Pines Arduino UNO" Figura 18.-"Diagrama Interno de Arduino UNO" Figura 19.-"Motor Paso a Paso" Figura 20.-"Motor Paso a Paso (Stepper Motor PFT35T-24)" Figura 21.- "LCD JHD 162A" Figura 22.-"Cable Monofónico con Jack 6.3mm" Figura 23.-"Diagrama de Conexión de un Jack Hembra 6.3mm" Figura 24.-"Circuito Pasa Bajas Propuesto por la Librería FreqMeasure" Figura 25.-"Circuito Pasa Bajas Propuesto Para la Lectura de Vibraciones de la Guitarra Eléctrica" Figura 26.-"Diagrama de Montaje del Circuito Pasa Bajas Conectado a Arduino UNO" Figura 27.-"Fotografía del Montaje Guitarra Eléctrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO" Figura 28.-"Interfaz de Programación Arduino 1.0.6" Figura 29.-"Selección de Tarjeta Arduino UNO en la Interfaz Gráfica de Programación" Figura 30.-"Selección de Puerto Serial en la Interfaz Grafica de Programación" Figura 31.-"Compilación Terminada con Éxito" Figura 32.-"Carga Terminada con Éxito" Figura 33.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency" Figura 34.-"Diagrama de Conexión de Pines de un LCD 16x2 JHD 162A" Figura 35.-"Diagrama de Conexión LCD con Arduino UNO y Circuito Pasa Bajas" Figura 36.-"Fotografía del Montaje Guitarra Electrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO y LCD" Figura 37.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency Rasgueando la Sexta Cuerda" III

5 través de la Vibración de las Cuerdas Figura 38.-"Texto Escrito en la Pantalla LCD por la Señal de Vibración del Rasgueo de la Sexta Cuerda" Figura 39.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency Rasgueando la Tercera Cuerda" Figura 40.-"Texto Escrito en la Pantalla LCD por la Señal de Vibración del Rasgueo de la Tercera Cuerda" Figura 41.-"Encapsulado L293D" Figura 42.-"Diagrama de Conexiones del Encapsulado L293D" Figura 43.-"Diagrama de Conexión Motor Paso a Paso, LCD con Arduino UNO y Circuito Pasa Bajas" Figura 44.-"Fotografía del Montaje Guitarra Eléctrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO-LCD y Motor Paso a Paso" Figura 45.- "Control por Retroalimentación" Figura 46.-"Control por Retroalimentación Aplicado al Sistema de Afinación de una Guitarra Eléctrica" Índice de Tablas Tabla 1.-"Función de Cada Pin del LCD 16x2 JHD 162A Tabla 2.-"Comparación de Competencia Directa de Afinadores Automáticos" Tabla 3.-"Componentes Utilizados, Cantidad y Precio" Tabla 4.-"Trabajo Realizado y Costo Producido" IV

6 través de la Vibración de las Cuerdas Objetivo General Diseñar y desarrollar un sistema automatizado para el engranaje de una guitarra eléctrica, cuyo fin principal es obtener la afinación estándar a través del análisis de vibración de cada cuerda. Objetivos Específicos Mejorar la afinación de una guitarra eléctrica mediante el conocimiento de la relación Vibración-Nota musical para la automatización del sistema de engranaje mediante una tarjeta Arduino UNO y el uso de motores a pasos. Disminuir la contaminación auditiva al público de un evento de carácter musical donde se use una guitarra eléctrica. Aportar al usuario inexperto una experiencia didáctica como principiante al tocar la guitarra eléctrica. Mejorar el tiempo de afinación de los músicos que tocan en vivo la guitarra eléctrica dentro de un espectáculo. V

7 través de la Vibración de las Cuerdas Justificación Durante mucho tiempo la guitarra (en sus diferentes versiones) ha sido parte principal y pilar de la música como la conocemos ahora. Es de carácter casi obligatorio que esta se encuentre en grupos de Rock, Pop, Metal, Regional u otros géneros de todas partes del mundo, pues es un instrumento muy versátil y muy armónico para el oído. En un principio la guitarra era acústica, pero a través del tiempo derivo en la guitarra eléctrica. En la vida de la guitarra eléctrica como la conocemos ahora, han sido muy pocas las modificaciones que se han hecho desde su invención, y todas ellas al enfoque de un mejor sonido para el oído, pero dentro de la misma guitarra, tanto materiales como resonancia de los mismos, tomando en cuenta esto se piensa en la automatización del sistema de engranaje correspondiente a la afinación de la guitarra eléctrica como mejora a la respuesta. Las personas que comienzan a tocar este instrumento no tiene el oído de músico o la experiencia necesaria para afinar con solo escuchar la cuerda sonar, por lo cual acuden a un afinador electrónico o acústico para la afinación de su guitarra (ya sea eléctrica o acústica), con lo que la automatización de la afinación de la guitarra será de gran ayuda. Otro dato a destacar es que al tocar este instrumento a la intemperie sufre (en poca proporción, pero latente) una desafinación que por ser gradual a veces es imperceptible para la audiencia. Para afinar el instrumento de nuevo es necesario en algunos casos hasta minutos (dependiendo de la gravedad de la afinación) y esto en un concierto es crucial para el éxito, con lo que la automatización de la afinación de la guitarra ayudaría a hacer casi nula la desafinación. VI

8 través de la Vibración de las Cuerdas Se busca mejorar el tiempo de respuesta del instrumento en cuanto a la afinación se refiere, mejorando así la experiencia del músico y por consecuencia la audiencia que lo escucha mediante la automatización del sistema de engranaje de la guitarra eléctrica. Mediante el uso de un Arduino UNO y motores paso a paso se tendrá la posibilidad de poder hacer un sistema automático para el engranaje de la guitarra eléctrica con el fin fundamental de conseguir una afinación perfecta al oído en todo momento. VII

9 través de la Vibración de las Cuerdas Introducción La tendencia actual de la humanidad hacia la búsqueda de mayores comodidades en todos los ámbitos de su vida laboral, personal, recreativa y social ha hecho necesaria la implementación de la automatización y control en todos los ámbitos de su entorno. La música es una de las actividades del ser humano en donde la electrónica ha tenido una evolución debido a las crecientes necesidades (amplificación, fidelidad, nuevos sonidos). Una guitarra eléctrica utiliza el principio de inducción electromagnética para convertir las vibraciones de sus cuerdas de metal en señales eléctricas, a partir de este principio se buscará la interpretación de la misma mediante una tarjeta Arduino UNO. Dado que la señal generada es relativamente débil y contiene ruido se limpiará mediante un circuito pasa bajas con el uso de un Schmitt trigger para que el Arduino UNO tenga una correcta medición de la misma. Así mismo se busca usar una pantalla LCD que despliegue el dato de la frecuencia emitida por la cuerda de la guitarra eléctrica, indicando si esta afinada o desafinada y la acción que se debe realizar para corregir el error, si tiene que tensar o aflojar la cuerda. Esto lo hará el motor paso a paso usando el encapsulado L293D que funciona como puente H, que mediante los pulsos enviados por la tarjeta Arduino UNO y una fuente de alimentación de 9V hará girar a la izquierda o a la derecha con la relación del giro del motor-tono que se busca en la guitarra eléctrica. Este tipo de instrumentos no involucra procesos de automatización y control en su fabricación por lo que en este trabajo se va a dar solución a la afinación, mediante la automatización del sistema de engranaje. VIII

10 Capítulo 1. Marco Teórico Capítulo 1. MARCO TEORICO 1.1 Historia y Antecedentes de la Guitarra Eléctrica. La guitarra es un instrumento musical de cuerdas que son pulsadas con los dedos, antiguamente en su versión acústica las cuerdas eran de tripa y hoy en día son de nylon, tiene una caja de resonancia con la parte posterior plana y suaves curvaturas que le dan un sonido especial, en contraste con los miembros de la familia del laúd (instrumento árabe de cuerdas), que se caracterizan por su fondo convexo. Su construcción es de primordial importancia para poder asignar a la guitarra su verdadero origen y posición en la historia de los instrumentos musicales, un sitial intermedio entre la cithara y el violín. Los instrumentos medievales de cuerdas con mástil se dividen en dos clases, caracterizados principalmente por la forma y construcción de la caja de resonancia: I. Aquellos instrumentos que, como su arquetipo, la cithara, tienen una caja compuesta por un fondo plano o ligeramente arqueado y una tapa armónica sujeta por una especie de costillas denominadas varetas, barras de refuerzo de madera. II. Los instrumentos que, como la lira, tienen una caja que consiste de un fondo convexo sobre el cual se apoya la tapa armónica sin ningún tipo de costillas de madera. Este método de construcción difundido entre los instrumentos orientales es musicalmente inferior al primero

11 Capítulo 1. Marco Teórico La prueba más evidente de esta inferioridad se sustenta en el hecho que los instrumentos de cuerdas con fondo bombeado, como el rebab o rebec, a pesar de haber estado difundidos en la Edad Media por todo el continente europeo con diferentes formas y tipos, han mostrado poco o ningún desarrollo en el curso de los 12 siglos siguientes, apagándose y alejándose uno a uno de la práctica musical sin quedar un sólo sobreviviente. La guitarra pertenece a la primera de estas clases antes descritas. El fondo y las varetas de la guitarra de una guitarra acústica (Figura 1), que usualmente son siete dispuestas en forma de abanico, son de arce o palosanto de la India o de Río, frecuentemente embutidos con Palo de Rosa, mientras que la tapa puede ser de pino, abeto, cedro o incluso ciprés. Figura 1.- "Interior de una Guitarra Acústica" La tapa armónica se encuentra perforada en la parte intermedia por un agujero llamado boca o tarraja. El puente situado en la parte inferior de la tapa, es donde va encordada la guitarra en ese extremo, suele ser de ébano o palosanto y soporta una cejuela de marfil, hueso o plástico que sirve de apoyo a las cuerdas para que vibren, mientras la cejuela al final del diapasón determina el otro apoyo. El mástil y el diapasón se fabrican con maderas muy duras, como ébano, palosanto o cedro. El clavijero se dispone con un pequeño ángulo de inclinación con respecto al mástil, contiene clavijeros mecánicos de metal; éstos contienen dos cortes - 2 -

12 Capítulo 1. Marco Teórico verticales que reciben pequeñas piezas de marfil o hueso para enrollar las cuerdas y afinar el instrumento. El diapasón posee pequeñas barras de metal de alpaca o latón, denominadas trastes y que tienen el propósito de posicionar correctamente los intervalos de cada nota. La guitarra moderna posee seis cuerdas, las tres primeras de nylon y otras tres de filamentos de seda entorchadas con hilos de plata o cobre. La afinación de estas cuerdas es E 0, A 0, d 0, g 0, b 0, e 1. La guitarra moderna se toca siempre con los dedos. Las cuerdas superiores o bajos son pulsadas con el pulgar, mientras que las cuerdas de nylon se pulsan con el índice, medio y anular, dejando al meñique retraído en la mano técnica moderna ya que antiguamente se lo apoyaba en la tapa armónica. Se presume que la sexta cuerda o última cuerda fue añadida al instrumento en 1790 por Jacob Otto de Jena, quien fue el primero en construir guitarras en Alemania después de su introducción desde Italia en 1788, por la duquesa Amalia de Weimar. Según Otto, fue el Kapellmeister Naumann de Dresden quien le solicitó le fabricara una guitarra de seis cuerdas, de acuerdo a como se practicaba en Italia. El alemán añadió el último Mí, una cuerda entorchada. La guitarra original traída desde Italia por la duquesa Amalia tenía cinco cuerdas, siendo sólo la quinta cuerda entorchada. Otto también cubrió la cuarta cuerda de metal, obteniendo de tal modo un sonido más brillante. Sin embargo, en España ya existían guitarras y vihuelas de seis cuerdas en el siglo XVI; Juan Bermudo y otros ya describieron estos instrumentos. La última cuerda solía estar afinada en Sol. Otras guitarras españolas de la misma época tenían cuatro, cinco, e incluso siete órdenes o pares de cuerdas al unísono. Estos instrumentos eran siempre tañidos con los dedos. De ahí en adelante la guitarra siguió con pocos cambios y no fue si no hasta mediados del siglo XX cuando la guitarra dio un gran giro de cómo se conocía anteriormente. Fue el surgimiento de la guitarra eléctrica, que se inventó en - 3 -

13 Capítulo 1. Marco Teórico Estados Unidos como consecuencia de la previa aparición del amplificador en 1920, que brinda un mayor poder de sonido comparado con su versión acústica. Aunque fueron varias personas y marcas las que aportaron a la guitarra eléctrica, se le puede atribuir a la marca Rickenbacker la creación de la misma. Fue el género de la música Jazz los primeros en adoptar esta tecnología en las guitarras, pues por el uso de percusiones como lo es la batería, el sonido de la guitarra se veía opacado y era la opción perfecta para competir con el sonido de los demás instrumentos. Leo Fender diseñó la primera guitarra eléctrica sólida desmontable y con pocas piezas, para que los músicos no tuvieran problemas al tener que cambiar piezas del instrumento gastadas o rotas por el uso. Era el nacimiento de la Fender Telecaster. Luego vendrían otros modelos (Stratocaster) y otras marcas como Gibson, ESP Guitars o las japonesas Ibanez, Jackson Guitars y Yamaha. Este instrumento fue muy usado en las operetas; sin embargo, fue rápidamente adoptado por grupos de Jazz y Blues. Su creación también permitió nuevos estilos musicales, como son el Rock, y el Heavy metal, donde se convirtió en el símbolo y protagonista de estas nuevas corrientes musicales. En los años 90 surgió la fábrica Line 6. Esta marca, famosa por sus modeladores de efectos y amplificadores, ha creado la línea de guitarras Variax. Esta guitarra, mediante un micrófono piezoeléctrico ubicado en el puente, establece la comunicación con un sistema modelador que contiene los sonidos de las más famosas guitarras acústicas y eléctricas. Dentro de éstas están: Gibson Les Paul Gibson 335 Gibson

14 Capítulo 1. Marco Teórico Gibson Super 400 Gibson Explorer, Gibson Epiphone Casino, Gretsch Rickenbacker Fender Stratocaster Telecaster Guitarra Acústica tipo Martin Además, mediante un cable de red se pueden editar las afinaciones y los sonidos en un computador. Es una guitarra de apariencia normal con la diferencia de que no posee micrófonos a la vista. Sus modelos son la Variax 300, 500 y 700; todas poseen esencialmente los mismos sonidos y la diferencia radica principalmente en el hardware. En el 2006 la fábrica incluyó en su diseño un bajo de similares características. En el 2007, la compañía Gibson lanzó una nueva guitarra llamada Gibson Robot Guitar que se afina a través de un complejo sistema electrónico, sin intervención del guitarrista. Esta guitarra promete revolucionar al medio por la comodidad ofrecida a los guitarristas: por ejemplo, no se necesitará distintas guitarras afinadas en diferentes tonos durante un concierto, sino tan solo una. Desde su nacimiento a mediados del siglo XX hasta la actualidad, la guitarra eléctrica ha ganado importancia en la música popular. Su imagen a menudo es utilizada en afiches sobre conciertos y otros eventos de carácter musical. 1 1 (Historía de la Guitarra Eléctrica, 2014) - 5 -

15 Capítulo 1. Marco Teórico 1.2 Partes de una Guitarra Eléctrica En la Figura 2 se puede observar la reconocida guitarra Fender Stratocaster y ahí mismo situadas las distintas partes de la guitarra eléctrica. Figura 2.- "Partes de la Guitarra Electrica (Fender Stratocaster)" A continuación, se explicarán de forma breve todas las partes de la guitarra eléctrica, salvo las pastillas que se explicarán de forma más detallada El Cuerpo El cuerpo de la guitarra eléctrica como se muestra en la Figura 3 es fundamental desde dos puntos de vista, el estético y el del sonido. Hay que tener en cuenta que contiene todas las partes que se necesitan para enviar el sonido sin amplificar, que son las pastillas, los controles de tono y volumen, el selector de pastillas y el Jack de salida. Por esto jugara un papel decisivo en los matices que pueda tener el sonido

16 Capítulo 1. Marco Teórico Figura 3.-"Cuerpo de una Guitarra Eléctrica" Normalmente el cuerpo está formado por un bloque de madera salida, donde se han realizado los cortes necesarios para colocar las distintas partes de la guitarra, como las pastillas. Aunque también existen otras filosofías que utilizan 2 piezas de madera de distintas, pero son mucho menos utilizados. Una característica muy importante viene del hecho que el cuerpo tiene uno o dos cuernos, en la figura se señalan como superior e inferior. El inferior ayuda al acceso a los trastes más altos mientras que el superior no tiene otro uso que el puramente estético. La diferencia fundamental con una guitarra española o acústica es simple. Estas últimas necesitan tener una caja de resonancia que amplifique el sonido que produce la cuerda. Es decir, para una guitarra no amplificada su cuerpo actúa como un altavoz amplificando el sonido. En una guitarra eléctrica, por tanto, no es necesaria la caja de resonancia. Además la construcción de los cuerpos de la guitarra en maderas macizas tienen otra ventaja: la caja de resonancia recibe potencia de la cuerda haciendo que esta pierda su fuerza mucho más rápido que la cuerda de la guitarra eléctrica. En cambio, la madera maciza no absorbe esta potencia y permite que la cuerda vibre durante más tiempo. A la duración del sonido de una cuerda se le llama normalmente "Sustain" y para los guitarristas suele ser muy importante

17 Capítulo 1. Marco Teórico El Clavijero El clavijero como se ilustra en la Figura 4 es el segundo punto de enganche de las cuerdas. Cada una se enrosca en unos tornos llamados clavijas que permiten tensar o destensar las cuerdas según las necesidades para afinar correctamente. Figura 4.-"Clavijero de una Guitarra Eléctrica" Normalmente en el clavijero viene la marca de la guitarra y el corte es característico de cada uno. Además, las clavijas pueden colocarse las seis en un lado (modelo Fender) o 3 a cada lado como las guitarras clásicas (como por ejemplo modelo Les Paul). Eso depende del diseño de cada una de las marcas

18 Capítulo 1. Marco Teórico El Mástil El mástil como se ilustra en la Figura 5 es la pieza que sobresale del cuerpo y donde se coloca el diapasón. Es una pieza muy importante ya que aguanta toda la tensión de las cuerdas, y si no es de buena calidad puede llegar a curvarse dejando la guitarra inservible. Esta es la razón de que se aconseja que cuando se deja una guitarra sin usar por largos periodos de tiempo es aconsejable dejarla un par de tonos más baja que el afinado correcto, si se dejara más, o sin cuerdas pondría suceder lo contrario, que se curvara hacia fuera, efecto también indeseable. Muchas tienen la llamada alma de acero, que es una estructura de acero que recorre todo el mástil por la parte interior del mismo y que a través de una llave Allen se puede corregir la forma del mástil en caso de que sufra alguna deformación, esto es muy común en todo tipo de guitarras eléctricas, motivo por el cual se recomienda revisiones constantes y mantenimientos continuos. Figura 5.-"Mástil de una Guitarra Eléctrica" - 9 -

19 Capítulo 1. Marco Teórico El Diapasón El diapasón como se ilustra en la Figura 6 se sitúa en la parte superior del mástil y es donde se colocan los trastes. Es la zona donde se pulsan las cuerdas para que suenen los distintos acordes y tonos. Las maderas que se suelen utilizar son: palisandro, arce u otros tipos de maderas duras. Figura 6.-"Diapasón de una Guitarra Eléctrica" Los trastes son unos salientes metálicos que se insertan en el diapasón para permitir tensar la cuerda con exactitud. Esto es completamente diferente a otros instrumentos de cuerda como el violín que al no estar trasteados requiere de una gran precisión para colocar el dedo y que suene la nota correcta. La distancia entre los trastes va decreciendo según nos acercamos al cuerpo de la guitarra. Normalmente y sobre todo en guitarras acústicas y eléctricas hay incrustados además unos marcadores de posición. Estos están colocados en los trastes 3, 5, 7, 9, 12, 15,17 y

20 Capítulo 1. Marco Teórico El Cuello El cuello tiene una función muy importante que es mantener fijamente unido el mástil al cuerpo sin que la tensión de las cuerdas lo suelte o mueva. La técnica básica para la construcción del cuello de la guitarra no es diferente que la del resto de las guitarras. La mayor diferencia se encuentra en que la guitarra eléctrica permite utilizar los trastes superiores al 12, que habitualmente es difícil llegar en las acústicas o españolas. Esto se produce gracias a los cuernos, que permiten acceso a todos los trastes, que suelen ser de 21 a 24 trastes según el modelo. Las Fender Stratocaster, y muchos otros modelos, aseguran la fijación del mástil con cinco tornillos que atraviesan el cuerpo y llegan hasta el cuello como se muestra en la Figura 7. Figura 7.-"Fijación de Mástil con Tornillos" Otros modelos, sin embargo, como Gibson, confían en la estabilidad que pueda dar la unión simplemente pegada como se muestra en la Figura 8. Figura 8.-"Fijación de Mástil Tipo Pegado"

21 Capítulo 1. Marco Teórico Controles de Volumen y Tono Existe un pequeño circuito entre las pastillas por las que entra el sonido y la clavija (Jack) de salida. Este está formado simplemente por los controles de volumen y tono. La ruleta de volumen tiene la capacidad de modificar la potencia de la señal de salida, esto se consigue con una resistencia variable conectada a la ruleta situado en el instrumento. Figura 9.- "Circuito de Control de Tono y Volumen de una Guitarra Eléctrica" En la Figura 9 se puede observar como son ambos controles. La resistencia y el capacitor forman un simple filtro pasa bajas mientras que el control de volumen se lleva a cabo por un simple divisor de tensión. El control de tono combina un condensador y una resistencia. Este sistema actúa como un filtro donde no deja pasar las frecuencias altas. Variando el control se decide que frecuencias se quiere filtrar, cuando se coloca el tono al máximo se deja pasar todas las señales mientras que al mínimo se filtran casi todas las frecuencias. Esto es contrario al efecto que se le supone normalmente a este control que se cree ampliamente que dependiendo de la posición realza las frecuencias altas o bajas, mientras que en la realidad las frecuencias bajas no las modifica prácticamente. Figura 10.-"Perillas de Volumen y Tono"

22 Capítulo 1. Marco Teórico 1.3 Afinación de una Guitarra Eléctrica o Acústica. Afinar una guitarra eléctrica o acústica es una de las tareas más fastidiosa para el principiante, ya que para su correcta ejecución es necesario conocer exactamente el sonido emitido por la cuerda y la nota musical que le corresponde. Esta habilidad de familiarizarse con el sonido de cada nota musical solo se puede adquirir al paso de tiempo y práctica, aun así la mayoría de las veces esta cualidad no es exacta por ser de una gran complejidad. El objetivo de afinar una guitarra eléctrica o acústica es hacer que cada cuerda tenga la vibración adecuada, de esa forma reproducirá la nota correcta. Es lógico que si las cuerdas no dan las notas de la escala musical estándar no se puede tocar junto a ningún instrumento. Es la regla base para que todos los instrumentos sean compatibles estando en la misma escala musical. En la afinación estándar de la guitarra, las cuerdas tocadas al aire (sin pulsarlas en ningún traste) reproducen las siguientes notas de 1ª a 6ª cuerda como se muestra en la Figura 11: 1-MI 2-SI 3-SOL 4-RE 5-LA 6-MI Figura 11.-"Notas Musicales Correspondientes a la Afinación Estándar"

23 Capítulo 1. Marco Teórico Antes de continuar se hablará de la notación musical americana, ya que los afinadores la utilizan para nombrar las notas. En la Figura 12 puedes ver la equivalencia entre la notación latina y americana: Figura 12.-"Notación Musical Latina y Americana" Es importante la familiarización con la notación americana, pues es usada con mucha frecuencia. Por ser más simple que la notación latina su utilización se está extendiendo mucho

24 Capítulo 1. Marco Teórico 1.4 Métodos para Afinar una Guitarra Eléctrica Afinador Electrónico. Es el método más recomendable para los principiantes, además del más preciso (siempre que el aparato lo sea). También es el único que no requiere de la propia habilidad auditiva del usuario. El uso del afinador es sencillo: lo conectas, tocas una cuerda y te indica la nota reproducida y la desviación respecto a la nota estándar, ahora actúas sobre la clavija en la dirección correspondiente para corregir la desviación. El indicador puede ser ya sea una aguja, unos leds de colores o dependiendo del tipo de afinador. Se puede encontrar distintos modelos de afinadores en el mercado como se muestran la Figura 13: unos se conectan a la guitarra, otros van intercalados en la cadena de sonido dejando pasar la señal (permiten afinar una guitarra eléctrica en vivo durante una pausa). Los hay con forma de pinza y captan la vibración en el mástil (muy práctico, colocado en la pala de la guitarra puedes verlo mientras tocas) y otros vienen incorporados en los multiefectos y equipos virtuales para PC. Figura 13.-"Tipos de Afinadores"

25 Capítulo 1. Marco Teórico Afinación por Comparación Consiste en comparar cada cuerda de la guitarra a afinar con otra guitarra ya afinada o con sonidos pregrabados. Este método requiere oído para detectar la igualdad entre sonidos, por tanto, menos preciso y más complejo si no se tiene la habilidad. Al comparar el sonido de 2 notas al unísono, si se produce una vibración sonora oscilante indica que no son iguales (cuando movemos la clavija y la oscilación baja de velocidad nos estamos acercando a la igualdad), cuando son iguales desaparece la oscilación Método del 5to Traste. Es un método de comparación de cuerdas entre sí mismas. Partimos de una cuerda bien afinada por comparación externa con otro instrumento, un diapasón, un sonido grabado etc. (Normalmente la 5ª o 6ª cuerda). Ahora que tenemos una cuerda afinada pasamos al proceso de afinación: 6ª cuerda pulsada en el 5º traste debe sonar igual a la 5ª al aire. (la) 5ª cuerda pulsada en el 5º traste debe sonar igual a la 4ª al aire. (re) 4ª cuerda pulsada en el 5º traste debe sonar igual a la 3ª al aire. (sol) 3ª cuerda pulsada en el 4º traste debe sonar igual a la 2ª al aire. (si) 2ª cuerda pulsada en el 5º traste debe sonar igual a la 1ª al aire. (mi) Una vez realizado el proceso conviene darles otro repaso a todas. Como habrás comprobado existe una irregularidad en el paso de la 3ª a la 2ª cuerda, siendo el

26 Capítulo 1. Marco Teórico 4º traste de la 3ª cuerda el que suena igual a la 2ª, todo esto se ilustra en la Figura 14. Figura 14.-"Afinación por el Método del 5to Traste" Afinación con Armónicos. Si configuras tu equipo para sonar con distorsión y apoyas el dedo en la 6ª cuerda a la altura del 5º traste (sobre la barra metálica del 5º traste, pero sin pisar la cuerda) y haces sonar la cuerda, escucharas un sonido más agudo que el de la propia cuerda (un armónico). Hay más posiciones en todas las cuerdas donde ocurre esto, son armónicos naturales. Ahora se explicará cómo afinar una guitarra eléctrica usando esto, será algo similar al método anterior, pero con armónicos (primero afinamos la 5ª o 6ª cuerda por comparación externa): Armónico 6ª cuerda 5º traste debe sonar como armónico 5ª cuerda 7º traste. Armónico 5ª cuerda 5º traste debe sonar como armónico 4ª cuerda 7º traste

27 Capítulo 1. Marco Teórico Armónico 4ª cuerda 5º traste debe sonar como armónico 3ª cuerda 7º traste. Armónico 6ª cuerda 7º traste debe sonar como 2ª cuerda al aire. Armónico 2ª cuerda 5º traste debe sonar como armónico 1ª cuerda 7º traste. Al igual que en el método del 5º traste tenemos la irregularidad del paso de 3ª a 2ª cuerda y por supuesto se debe dar un segundo repaso para asegurar la afinación, todo esto se ve ilustrado en la Figura 15. Figura 15.-"Afinación por el Método con Armónicos"

28 Capítulo 1. Marco Teórico 1.5 Tipos de Afinaciones Especiales Hay veces que, por comodidad a la hora de componer, algunos guitarristas crean canciones en las que la guitarra tiene una afinación distinta a la estándar. Puede ser para facilitar la interpretación o para dar creatividad a la composición, obteniendo sonidos difícilmente reproducibles con la afinación estándar. A veces la afinación consiste en que las cuerdas tocadas todas al aire reproducen un acorde concreto. En el Metal, la búsqueda constante de sonidos más llenos y contundentes deriva en afinaciones de 1 o 2 tonos más graves que la estándar, usando además cuerdas con calibres un poco más gruesos. Otra afinación muy común es el DROP D o también llamado DROPPED D que consiste en bajar la 6ª cuerda un tono, pasando de mi a re (E a D en notación Americana) pues hace ganar velocidad en cambios de tonos, estos tipos de afinación se muestran la Figura 16. Figura 16.-"Tipos de Afinaciones Especiales" Como se puede ver algo tan simple como afinar una guitarra eléctrica puede convertirse en un tema con muchas posibilidades, incluso para modificar el sonido de la guitarra

29 Capítulo 1. Marco Teórico 1.6 Arduino UNO Arduino es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa con entradas y salidas, analógicas y digitales, con un microcontrolador en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación Processing. Es un dispositivo que conecta el mundo físico con el mundo virtual, o el mundo analógico con el digital, dándonos así una forma fácil de diseñar proyectos multidisciplinares de electrónica. Hay 14 pines digitales I/O de los cuales están enumerados del 0 al 13, estos pueden ser "INPUTS" o "OUTPUTS", valores de entrada o de salida que pueden ser especificados por el sketch que hayas hecho en la IDE. Hay 6 pines analógicos de entrada de los cuales están enumerados del 0 al 5, estos pines toman valores analógicos de entrada como lo sería un voltaje leído desde un sensor y esto lo convierte valores de 0 a Hay 6 pines analógicos de salida de los cuales están enumerados como 3, 5, 6, 9,10 y 11. Estos son pines digitales estos pueden ser reprogramados y pueden ser usados como pines analógicos de salida. El Arduino puede tener como fuente de poder el cable con puerto USB que regularmente son usados para impresoras, módems, entre otros, de igual manera puede tener un adaptador AC que lo recomendable es que sea de 9V. Existe un botón que se llama "reset" que sirve para reajustar al último programa guardado en el Arduino. 2 En la Figura 17 se puede observar un Arduino uno, siendo este el mas conocido de la familia de Arduinos. 2 (Programación Básica de Arduino, 2014)

30 Capítulo 1. Marco Teórico Figura 17.-"Esquema de Pines Arduino UNO" El circuito interno correspondiente a Arduino UNO, con cada uno de sus componentes se muestra en la Figura 18: Figura 18.-"Diagrama Interno de Arduino UNO"

31 Capítulo 1. Marco Teórico 1.7 Motor a Pasos Los motores paso a paso (Figura 19) se pueden ver como motores eléctricos sin escobillas. Es típico que todos los bobinados del motor sean parte del estator, y el rotor puede ser un imán permanente o, en el caso de los motores de reluctancia variable, un cilindro sólido con un mecanizado en forma de dientes (similar a un engranaje), construido con un material magnéticamente "blando" (como el hierro dulce). Figura 19.-"Motor Paso a Paso" La conmutación se debe manejar de manera externa con un controlador electrónico y, típicamente, los motores y sus controladores se diseñan de manera que el motor se pueda mantener en una posición fija y también para que se lo pueda hacer girar en un sentido y en el otro. La mayoría de los motores paso a paso conocidos se pueden hacer avanzar a frecuencias de audio, lo que les permite girar muy velozmente. Con un controlador apropiado, se los puede hacer arrancar y detenerse en un instante en posiciones controladas

32 Capítulo 1. Marco Teórico Características comunes de los motores paso a paso: Tensión (Voltaje) Los motores paso a paso tienen una tensión eléctrica de trabajo. Este valor viene impreso en su carcasa o por lo menos se especifica en su hoja de datos. Algunas veces puede ser necesario aplicar un voltaje superior para lograr que un determinado motor cumpla con el torque deseado. Resistencia eléctrica Otra característica de un motor paso a paso es la resistencia de los bobinados. Esta resistencia determinará la corriente que consumirá el motor, y su valor afecta la curva de torque del motor y su velocidad máxima de operación. Grados por paso Este factor define la cantidad de grados que rotará el eje para cada paso completo. Una operación de medio-paso o semi-paso (half step) del motor duplicará la cantidad de pasos por revolución al reducir la cantidad de grados por paso. Los grados por paso se calculan dividiendo 360 (una vuelta completa) por la cantidad de pasos que se contaron. Las cantidades más comunes de grados por paso son: 0,72, 1,8, 3,6, 7,5, 15 y hasta 90. A este valor de grados por paso usualmente se le llama la resolución del motor. En el caso de que un motor no indique los grados por paso en su carcasa, pero sí la cantidad de pasos por revolución, al dividir 360 por ese valor se obtiene la cantidad de grados por paso. Un motor de 200 pasos por vuelta, por ejemplo, tendrá una resolución de 1,8 por paso. 3 3 (Boystad, 2009)

33 Capítulo 2. DESARROLLO DE AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE ENGRANAJE 2.1 Selección y Justificación de Componentes En este apartado se describirá la selección de los componentes principales que conforman la automatización del sistema de engranaje de la guitarra eléctrica Arduino UNO R3 Esta plataforma de hardware nos ofrece una serie de ventajas que fueron tomadas en cuenta al momento de la selección del microcontrolador o tarjeta de programación que podríamos utilizar. La tarjeta Arduino UNO R3 al ser de software libre tiene una infinidad de aplicaciones, módulos y librerías compatibles con la misma. Con el propósito de encontrar la frecuencia que emite cada una de las cuerdas y poder cuantificarlas para manipularlas se encontró la librería FreqMeasure. FreqMeasure mide el tiempo transcurrido durante cada ciclo de una frecuencia de entrada y funciona de manera ideal para aplicaciones donde se usen RPM (Revoluciones por minuto). Su lenguaje de programación es sencillo, basado en el que maneja Processing y parecido a C++, así como contener su programador incluido por lo que cargar el programa es más ágil. El número de salidas digitales y analógicas del Arduino UNO son suficientes para la automatización del sistema de engranaje de la guitarra eléctrica

34 2.1.2 Motor a Pasos (Stepper Motor PFT35T-24) Existen infinidad de tipos de motores, para esta aplicación en específico se decidió el utilizar motores a pasos por su gran facilidad de dar más de un giro, por su precisión y generar el torque necesario para mover el sistema de engranaje correspondiente a la afinación de la guitarra eléctrica, ya que un servomotor no nos ofrecería un giro de más de 360 por lo que quedó descartado completamente y un motor de CD no tendría la precisión exacta que se necesita para el tipo de maniobra mecánica que se necesita. El modelo que se necesita es el Stepper Motor PF35T-24 (Figura 20) ya que su tensión de operación puede ser con 5V (misma con la que se alimenta al Arduino UNO) y 12V. Su tamaño es perfecto para esta aplicación pues tiene un diámetro de 3.5 cm y el rotor un diámetro de 2mm. Figura 20.-"Motor Paso a Paso (Stepper Motor PFT35T-24)"

35 2.1.3 Pantalla LCD JHD 162A Este tipo de pantalla LCD en su modelo JHD 162A se caracteriza por su bajo consumo de energía, se puede manejar el contraste de este según lo necesitemos y el tamaño de 16x2 (2 filas por 16 columnas) es ideal para mostrar los mensajes que deseamos desplegar en la pantalla que visualizara el usuario. Su tensión de operación es a 5V por lo que podría ser alimentado con la misma fuente que se alimenta al Arduino UNO y los motores. Figura 21.- "LCD JHD 162A"

36 2.2 Diseño y Montaje de Circuitos Obtención de la Señal La señal de la guitarra eléctrica se obtendrá mediante un cable monofónico que es el usado en guitarras electroacústicas, guitarras eléctricas, bajos y micrófonos. Este tiene solo un canal de salida a diferencia de los cables estereofónicos que brindan dos señales independientes, tanto izquierda como derecha respectivamente. El tipo de Jack de un cable de tipo monofónico y que es estándar para todo tipo de guitarras y bajos tiene una medida de 6.3 mm, este se muestra en la Figura 22. Figura 22.-"Cable Monofónico con Jack 6.3mm" Esta señal es enviada a través del cable antes mencionado a un plug hembra de la misma medida (6.3 mm) que recibirá la señal para nuestro circuito pasa bajas, que le quitara ruido y perturbaciones. La conexión del Jack tipo Hembra se muestra en la Figura 23 que nos indica cual es el vivo de nuestra señal, marcada con la letra V y cual se conecta a masa o tierra marcado con la letra M

37 Figura 23.-"Diagrama de Conexión de un Jack Hembra 6.3mm" Circuito Pasa Bajas y su Montaje La señal otorgada por la guitarra eléctrica a través de sus pastillas varía entre 100 mv rms hasta 1 V rms (Valores efectivos), la cual tiene que pasar a través de un circuito pasa bajas que como lo dice en la página oficial de la librería FreqMeasure 4, nos ayuda a la disminución de ruido o de una alta frecuencia por lo que el filtro pasa bajas resulta una buena idea en este tipo de señal. El circuito propuesto por el mismo autor de la librería es el que se muestra en la Figura 24, en la imagen se muestra los componentes a utilizar para la elaboración de este circuito pasa bajas, la entrada de la señal de la guitarra eléctrica tendría que ser de lado izquierdo, donde se muestra el capacitor de 10uF, la única aclaración que se podría hacer acerca de este circuito propuesto es que la compuerta del encapsulado 74HC14 es Schmitt Trigger que usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos. En el caso del proyecto que estamos llevando a cabo tampoco ocuparíamos la tarjeta TEENSY 2.0 que se muestra en la Figura 24, se ocuparía la tarjeta Arduino UNO por lo que la entrada de señal al Arduino UNO seria en el Pin 8 y no en el Pin 10 como lo 4 (FreqMeasure Library Arduino s.f.)

38 marca el diagrama, esto igualmente esta aclarado en la página oficial de descarga de la librería FreqMeasure donde nos dice el Pin especifico de lectura de la frecuencia en cada una de las tarjetas en la que es compatible como lo es la TEENSY es sus diferentes versiones 3.1, 3.0, 2.0, TEENSY y TEENSY++ 1.0, y en las versiones de Arduino como lo es la UNO, Leonardo, Mega y su similar Sanguino. Figura 24.-"Circuito Pasa Bajas Propuesto por la Librería FreqMeasure" En la Figura 25 podemos observar el diagrama de conexiones correcto para la aplicación específica que se necesita, donde la entrada de la guitarra eléctrica comienza del lado izquierda del diagrama pasando por el circuito pasa bajas donde se modificó el tipo de compuerta a una CD4093BCN, pero que al igual que en el diagrama de la Figura 25 es un Schmitt Trigger por las propiedades antes descritas de disminuir en gran medida el ruido en el circuito de la señal de la guitarra eléctrica, también hubo un cambio de transistor de un 2N3904 a un 2N2222A pues este es un transistor de un nivel más comercial por lo que de menor costo y cumple exactamente la misma función que el 2N3904 en este circuito. De lado derecho del diagrama de la Figura 25 se puede observar la salida del circuito pasa bajas al Pin 8 del Arduino UNO donde se realizará la lectura de la vibración de la guitarra eléctrica a través de la librería FreqMeasure. 5 5 (Oppenheim, 1998)

39 Figura 25.-"Circuito Pasa Bajas Propuesto Para la Lectura de Vibraciones de la Guitarra Eléctrica" Teniendo ya el diagrama del circuito pasa bajas que se muestra en la Figura 25 se procede al montaje de este para corroborar su perfecto funcionamiento. Resulta muy difícil poder simular el comportamiento de Arduino en un software, pues es muy difícil encontrar un simulador de Arduino (en cualquiera de sus versiones que este sea), ya que al ser muy didáctico y sencillo para pasar un programa por el programador que ya tiene integrado, este puede programarse directamente y aun no se ha diseñado un software que lo pueda simular al 100% pues resulta algo complejo. Tomando en cuenta lo antes mencionado se procedió a realizar el circuito pasa bajas en un protoboard y conectarlo con Arduino UNO como se muestra en la Figura 26. La conexión marcada en el circuito con color naranja (lado izquierdo) viene de la guitarra eléctrica hacia el circuito pasa bajas que eliminara el ruido y acoplara la señal. La conexión marcada con el color amarillo (lado derecho) sale a partir de la compuerta CD4093BCN, que es la salida del circuito pasa bajas y entra en el Pin 8 del Arduino UNO en donde será procesada la señal y se calculara los Hertz que esta señal produce. Las conexiones marcadas con color morado son las correspondientes al circuito pasa bajas y las conexiones de color azul y roja son las de alimentación 5V y 0V respectivamente

40 Figura 26.-"Diagrama de Montaje del Circuito Pasa Bajas Conectado a Arduino UNO" En la Figura 27 se encuentra una fotografía del circuito pasa bajas ya implementado junto con el Arduino UNO y la entrada de la señal de la guitarra eléctrica mediante el Jack hembra de 6.3 mm. Figura 27.-"Fotografía del Montaje Guitarra Eléctrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO"

41 2.2.3 Programación de Lectura de Vibración en la Interfaz Arduino Ahora bien, para corroborar que con el circuito pasa bajas podemos hacer la lectura de vibración que las cuerdas proporciona y poderla cuantificarla, se pasara a conectar a través del cable USB a la PC, después de esto se puede pasar a la elaboración del software en la interfaz que Arduino desarrollo en su versión que se muestra en la Figura 28. Antes de poder programar y para que el programa pueda ser descargado a la tarjeta Arduino UNO se debe configurar los siguientes parámetros. En la pestaña marcada como Herramientas se puede encontrar un menú en el cual dice Tarjeta, en este se escoge el modelo de tarjeta que se está utilizando, para este caso se utilizara la tarjeta Arduino UNO así que fue la que seleccionamos como se muestra en la Figura 29. Después se procederá a poner el puerto serial que será ocupado para programar la tarjeta Arduino UNO, colocándose en la pestaña Herramientas donde podemos encontrar el menú Puerto Serial donde se podrá escoger el puerto serial que se está ocupando, para esto se seguirá la dirección Inicio>Panel de Control>Hardware y Sonido>Ver Dispositivos e Impresoras y se encontrara el Dispositivo cuyo nombre sea ARDUINO UNO, en el caso de esta computadora es el puerto serial COM9 como se muestra en la Figura 30, entonces lo se seleccionara y con estos dos pasos ya se puede empezar a programar el Arduino UNO sin problemas

42 Figura 28.-"Interfaz de Programación Arduino 1.0.6" Figura 29.-"Selección de Tarjeta Arduino UNO en la Interfaz Gráfica de Programación" Figura 30.-"Selección de Puerto Serial en la Interfaz Grafica de Programación"

43 A continuación, se puede observar cómo fue la programación del Arduino UNO para la lectura de la frecuencia mediante la librería de Arduino llamada FreqMeasure y la descripción de cada una de las líneas de código que se utilizaron. #include <FreqMeasure.h> //Incluimos la librería necesaria para hacer la lectura de las vibraciones de las cuerdas de la guitarra eléctrica void setup() Serial.begin(9600); FreqMeasure.begin(); //Se recoge la configuración que necesitamos //Velocidad de bits por Segundo llamados Baudios //Iniciamos la medición de la Frecuencia double sum=0; int count=0; float frecuency ; //Inicializamos todas las variables a utilizar void loop() //Contiene el programa que se ejecutara cíclicamente if (FreqMeasure.available()) //Si hay lectura procede a hacer la sentencia sum = sum + FreqMeasure.read(); //Se hace la suma entre la lectura y el valor de sum generando asi otro valor para sum count = count + 1; //Inicia un Contador if (count > 350) //Si Count llega a 350 procedera a la sentencia float frequency= FreqMeasure.countToFrequency(sum / count); //Asigna a la variable frequency al resultado de la division entre sum y count conviertiendo numeros largos de 32 bits en la frecuencia real

44 Serial.println(frequency); para poderla observer en la interfaz sum = 0; count = 0; //Imprimimos la variable frequency // Se inicializan sum y count a 0 de nuevo Ahora se puede compilar el programa dentro de la Interfaz Grafica en la PC, esto lo podemos realizar presionando el botón que se encuentra en la parte superior izquierda que tiene una paloma dentro que dice Verificar, al compilar el programa sin errores nos mostrará el texto que se encuentra en la Figura 31, esto significa que se puede proceder a descargarlo a la tarjeta Arduino UNO. Figura 31.-"Compilación Terminada con Éxito" Una vez que esto suceda, para poder descargar el programa a la tarjeta Arduino UNO se procede a presionar el botón que se encuentra en la parte superior izquierda que tiene una flecha apuntando hacia la derecha, este dice Cargar se presiona y descargara el programa a la tarjeta, para saber que la descarga estuvo correcta debe mostrar el texto Carga Terminada como se lee en la Figura

45 Figura 32.-"Carga Terminada con Éxito" Ahora bien, ya conectada la guitarra eléctrica hacia el circuito pasa bajas que a su vez esta conectada al Arduino UNO se procede a probarlo monitoreando la variable frequency que es la que nos interesa pues es la que cuantifica la frecuencia que produce la cuerda al vibrar. Para poder monitorearlo nos vamos a la parte superior derecha de la interfaz grafica, en ella se encuentra un icono con una lupa el cual se llama Monitor Serial ahí observaremos el valor asignado a la variable frequency en tiempo real gracias a la línea de código Serial.println(frequency) que imprime ese valor el pantalla de la PC. Al momento de presionarlo nos sale una ventana (Figura 33) en la cual observamos, que en efecto, si rasgueamos alguna de las cuerdas, están nos producen un valor de vibración en Hertz que podemos cuantificar y el cual nos ayudara a la manipulación de los motores a pasos que se colocaran en el sistema de engranaje correspondiente a la afinación de la guitarra eléctrica. Figura 33.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency"

46 2.2.4 Pantalla LCD y su Montaje Para poder hacer el proceso aun más visual y de fácil interacción con el usuario, se decidió poner una pantalla LCD modelo JHD 162A con el cual se podrá observar la vibración que genera la cuerda de la guitarra eléctrica. Para el análisis y montaje del mismo necesitamos saber su diagrama de conexiones y como es que funciona este elemento. El diagrama de la pantalla LCD de 16x2 modelo JHD 162A se muestra en la Figura 34 donde podemos observar los 16 pines y como es que se tiene que conectar cada uno de ellos, asi mismo en la Tabla 1 podemos observar una pequeña explicación del sinificado de las abreviaciones. Figura 34.-"Diagrama de Conexión de Pines de un LCD 16x2 JHD 162A" Tabla 1.-"Función de Cada Pin del LCD 16x2 JHD 162A

47 El pin 1 (comenzando de izquierda a derecha) del LCD 16x2 modelo JHD 162A va conectado a Tierra en este caso negativo, el pin 2 al ser la alimentación de la pantalla LCD y del chip se conecta a 5V, el pin 3 es el ajuste de contraste de la pantalla LCD por lo que se puso una resistencia de 330 ohms que nos da el contraste necesario para una buena visualización del mensaje que necesitamos desplegar, en el pin 4 mandamos instrucciones del Arduino UNO a la pantalla LCD ya sea para mandar un carácter o una instrucción, el pin 5 comanda la Lectura/Escritura así que se pone a Tierra/Negativo para solo configurarlo en lectura en todo momento, el pin 6 recibe la señal de reloj del Arduino UNO que habilita a la pantalla para recibir información, del pin 7 al 10 no los utilizaremos pues la pantalla tiene un bus de 8 bits y solo se ocuparan 4, del pin 11 al 14 nos servirán para establecer las líneas de comunicación donde se pasaran los datos así que se conectaran hacia el Arduino UNO y para terminar el pin 15 y 16 se conectaran a Positivo y Negativo respectivamente para la alimentación del led de la luz de fondo de la pantalla LCD. 6 Se procede a realizar el diagrama de conexiones junto al circuito pasa bajas previamente analizado, quedando como se muestra en la Figura 35 donde las conexiones de los pines 13, 12, 11,10, 9 y 8 son las del LCD de 16x2: Figura 35.-"Diagrama de Conexión LCD con Arduino UNO y Circuito Pasa Bajas" 6 (Rito, 2012)

48 En la Figura 36 se puede observar una fotografía del circuito de la pantalla LCD de 16x2 JHD 162A ya montado junto al circuito pasa bajas, Arduino UNO y la entrada de la señal de la guitarra eléctrica que se obtiene del Jack hembra de 6.3 mm. Figura 36.-"Fotografía del Montaje Guitarra Electrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO y LCD"

49 2.2.5 Programación de la Pantalla LCD 16x2 en la Interfaz Arduino Se hará la programación para la configuración de la pantalla LCD JHD 162A junto al circuito pasa bajas y Arduino UNO, así que se retomaran las líneas de código antes vistas y se agregarán nuevas, las cuales serán explicadas como comentario en cada una de ellas. #include <FreqMeasure.h> #include <LiquidCrystal.h> #include <Wire.h> //Incluimos la librería LiquidCrystal y Wire que contiene los comandos para el manejo del LCD 16x2 LiquidCrystal lcd(7, 9, 10, 11, 12, 13); // Asignamos los pines que necesitamos utilizar para la escritura de datos del Arduino a la LCD 16x2 void setup() Serial.begin(9600); FreqMeasure.begin(); lcd.begin(16, 2); lcd.print(" BIENVENIDO! "); en el espacio cero y linea cero lcd.setcursor(0, 1); uno lcd.print(" GUITAR TUNER "); previamente el cursor double sum=0; //Indicamos el tamaño de la pantalla LCD //Le indicamos que escriba el mensaje // Mandamos el cursor al espacio cero y fila //Escribe el mensaje donde pusimos

50 int count=0; float frecuency ; void loop() if (FreqMeasure.available()) // average several reading together sum = sum + FreqMeasure.read(); count = count + 1; if (count > 350) float frequency= FreqMeasure.countToFrequency(sum / count); Serial.println(frequency); afinador(frequency); //Envia la variable frequency a void afinador sum = 0; count = 0; void afinador(float frequency) //Recibe la variable frequency // PRIMERA CUERDA 1ra (E): 329,63 Hz if ((frequency >=315)&&(frequency <=343)) //Si la frecuencia se encuentra entre 315 y 343 se procede a la sentencia lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 1E STANDARD "); //Escribe la cuerda que se esta utilizando if ((frequency >=315)&&(frequency <=328)) //Si esta entre 315 y 328 se escribe TENSANDO

51 lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >328)&&(frequency <330)) //Si esta entre 328 y 330 se escribe AFINADA lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=330)&&(frequency <=343)) //Si esta entre 330 y 343 se escribe aflojando lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<"); // PRIMERA CUERDA 1ra (E): 329,63 Hz // SEGUNDA CUERDA 2da (B): 246,94 Hz if ((frequency >=233)&&(frequency <=261)) lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 2B STANDARD "); if ((frequency >=233)&&(frequency <=246)) lcd.setcursor(0, 1);

52 lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >246)&&(frequency <248)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=248)&&(frequency <=261)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<"); // SEGUNDA CUERDA 2da (B): 246,94 Hz // TERCERA CUERDA 3ra (G): 196,00 Hz if ((frequency >=182)&&(frequency <=210)) lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 3G STANDARD "); if ((frequency >=182)&&(frequency <=195)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >195)&&(frequency <197))

53 lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=197)&&(frequency <=210)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<"); // TERCERA CUERDA 3ra (G): 196,00 Hz // CUARTA CUERDA 4ta (D): 146,83 Hz if ((frequency >=133)&&(frequency <=161)) lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 4D STANDARD "); if ((frequency >=133)&&(frequency <=146)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >146)&&(frequency <148)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=148)&&(frequency <=161))

54 lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<"); // CUARTA CUERDA 4ta (D): 146,83 Hz // QUINTA CUERDA 5ta (A): 110,00 Hz if ((frequency >=96)&&(frequency <=124)) lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 5A STANDARD "); if ((frequency >=96)&&(frequency <=109)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >109)&&(frequency <111)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=111)&&(frequency <=124)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<");

55 // QUINTA CUERDA 5ta (A): 110,00 Hz // SEXTA CUERDA 6ta (E): 82,41 Hz if ((frequency >=68)&&(frequency <=96)) lcd.setcursor(0,0); lcd.print(" 6E STANDARD "); if ((frequency >=68)&&(frequency <=81)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>tensando<<<<"); if ((frequency >81)&&(frequency <83)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>>afinada<<<<<"); if ((frequency >=83)&&(frequency <=96)) lcd.setcursor(0, 1); lcd.print(">>>aflojando<<<<"); // SEXTA CUERDA 6ta (E): 82,41 Hz

56 Como se puede observar se repite la misma sentencia de pasos para las diferentes cuerdas, solo que con diferentes márgenes de frecuencia pues la primera cuerda de la guitarra eléctrica necesita estar en 329,63 Hz para estar afinada en la nota mi, la segunda en Hz para estar en si, la tercera en Hz para estar en sol, la cuarta en Hz para estar en re la quinta en 110 Hz para estar en la y la sexta en Hz para estar en mi. Ahora se procede a compilarlo para ver que no tenga algún detalle como ya antes se había explicado (Figura 31) y si se compilo satisfactoriamente después se procede a descargarlo (Figura 32) y se prueba su correcto funcionamiento en el circuito montado. Como ejemplo para probarlo rasgueamos la sexta cuerda, lo que nos proporciona la lectura que se muestra en la Figura 37 en el monitoreo serial, que son Hz, por lo que se espera que en el LCD se muestre el mensaje 6E STANDARD >>>>AFINADA<<<<< y en efecto el mensaje deseado se muestra en la pantalla LCD como se observa en la Figura 38. Figura 37.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency Rasgueando la Sexta Cuerda"

57 Figura 38.-"Texto Escrito en la Pantalla LCD por la Señal de Vibración del Rasgueo de la Sexta Cuerda" En otro ejemplo para poder visualizar si el circuito funciona de forma adecuada rasgueamos la tercera cuerda, en este caso la frecuencia que podemos visualizar en el monitoreo serial (Figura 39) es de Hz, lo que significa que la cuerda no está afinada, esta floja y por lo consiguiente en la pantalla LCD nos debe mostrar el mensaje 3G STANDARD >>>>TENSANDO<<<< e igual en efecto nos muestra ese mensaje en nuestra pantalla LDC como se observa en la Figura 40. Figura 39.-"Monitoreo Serial de la Variable frequency Rasgueando la Tercera Cuerda"

58 Figura 40.-"Texto Escrito en la Pantalla LCD por la Señal de Vibración del Rasgueo de la Tercera Cuerda" Hasta este momento se hizo el circuito de afinación para que sea de forma manual para el usuario, pues al observar el mensaje desplegado en la pantalla LCD le mostrara la acción que deberá realizar el usuario para poder afinar la guitarra eléctrica correctamente

59 2.2.6 Motor Paso a Paso y su Montaje. En esta parte se automatizará el sistema de engranaje mediante un motor a pasos, que hará la acción de giro dependiendo la acción de control que le mande el Arduino UNO que analizo previamente la señal de vibración de la guitarra eléctrica. Se utilizó un motor paso a paso a 5 hilos con lo cual se concluye que es un motor paso a paso unipolar, pero en la forma en la que lo configuraremos hará las acciones de un bipolar. De los 5 hilos solo se ocuparán 4 para la correcta conexión con el Arduino UNO. En este caso lo más importante para el montaje del mismo es saber la combinación y sentido de las bobinas que se encuentran dentro del motor paso a paso con respecto a los cables de salida del mismo. Para poder comprobar el sentido del mismo y la bobina que maneja cada uno de los cables se recomienda seguir los siguientes pasos: 1.-Encontrar el cable que es común. 2.-Conectar el cable común del motor paso a paso a 0V y probar mediante pulsos de 5V que bobina es la que se energiza y donde se ubica el eje del rotor. 3.-Analizar y encontrar una secuencia lógica de giro misma que nos ayude a poder realizar la programación del mismo. Ya una vez encontrado la secuencia lógica del motor paso a paso se procede a la conexión de este al Arduino UNO, pero antes de esto se debe saber que se necesita usar un L293D para su conexión. La función que hace el integrado L293D es que al tener un puente H dual dentro del puede controlar de forma perfecta el par de bobinas que necesitamos, aparte de tener la ventaja de que permite ser alimentado desde una fuente externa, dependiendo de la tensión/corriente que necesitemos para el modelo de motor utilizado. Para su conexión se necesita conocer el encapsulado L293D que se muestra en la Figura

60 En el pin uno y el nueve se encuentran Enable 1 y Enable 2 que habilitaran o deshabilitaran cierta parte del encapsulado, para nuestra aplicación siempre estarán habilitados por lo que se conectan a los 5V de alimentación para tener un 1 lógico en esas entradas. En el pin dos, siete, diez y quince que son Input 1, Input 2, Input 3 e Input 4 respectivamente se conectaran a las señales de control proporcionadas por el Arduino UNO para el manejo del giro y el pin tres, seis, once y catorce que son Output 1, Output 2, Output 3 y Output 4 respectivamente serán conectados al motor paso a paso que realizaran la acción de giro enviada por el Arduino UNO. 7 Los pines cuatro, cinco, trece y doce se conectan a tierra (GND) y el pin dieciséis que es Vss ira a 5V. Todas estas conexiones se pueden ver más a detalle en la Figura 42. Figura 41.-"Encapsulado L293D" 7 (Programación en Arduino de Motor a Pasos, 2015)

61 Figura 42.-"Diagrama de Conexiones del Encapsulado L293D" La conexión del motor paso a paso a Arduino UNO se agrega a los circuitos ya antes diseñados, con lo que quedaría el montaje del circuito como se muestra en la Figura 43 ya junto a la pantalla LCD y el circuito pasa bajas. Figura 43.-"Diagrama de Conexión Motor Paso a Paso, LCD con Arduino UNO y Circuito Pasa Bajas"

62 En la Figura 44 se puede observar una fotografía del circuito de conexión de un motor paso a paso mediante el puente H del encapsulado L293D, la pantalla LCD y el circuito pasa bajas ya montados en un protoboard y conectadas después al Arduino UNO que realizara el control de la señal de la guitarra eléctrica. Figura 44.-"Fotografía del Montaje Guitarra Eléctrica-Circuito Pasa Bajas-Arduino UNO-LCD y Motor Paso a Paso"