SENSOR DE APLAUSOS
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ACTIVAPLUSO® Jorge Alberto González Rojas. [email protected]
RESUMEN
El ACTIVAPLAUSO® es un diseño adherible a un objeto, que facilita la tarea de encontrar-
lo, por ejemplo un control o aparato extraviado, esto lo hace por medio de la calidad de la
respuesta del localizador cuando se dan 2 aplausos en un lapso de 1 segundo, el sensor capta
los sonidos de los aplausos y mediante comparadores se discierne si el sonido a percibir en
realidad se trata de un aplauso, la información es transferida a un microcontrolador, para
que ahí sea reconocida y evitar confusión. Si el ACTIVAPLAUSO® durante 1 segundo mar-
ca 2 aplausos este envía una señal para emitir sonidos mediante un zumbador, y enciende una
luz. El localizador cuenta con un medidor de batería, donde comparadores comprueban la
carga de su batería y se procesa en el microcontrolador, si esta se encuentra llena, activa un
led verde, si se encuentra con media carga activa un led amarillo, y si la batería esta por ago-
tarse activa un led rojo, indicando que ocupa un cambio de batería a la brevedad. Las perso-
nas tienden a perder objetos importantes que van desde las llaves del automóvil hasta objetos
de menor importancia, de uso continuo como es el control remoto, como consecuencia la
pérdida de tiempo y energía en buscar los objetos, a su vez llega a presentar estrés en el indi-
viduo si se carece de tiempo para la labor de búsqueda. La manera de evitar el problema es
que el objeto responda a una señal de búsqueda a emitir por la persona, pero como esta tecno-
logía no está presente en objetos como llaves, es buena idea implementar un dispositivo loca-
lizador que es adherible al objeto en búsqueda. El localizador auditivo responde al aplauso
del individuo y resuelve el problema de búsqueda y el tiempo que necesita.
Figura 1.- diagrama esquemático del ACTIVAPALUSO®
REFERENCIA HISTÓRICA:
El micrófono, se encarga de transformar las vibraciones acústicas en intensidades eléctricas,
para canalizarla a un circuito amplificador, corregirlas y aumentarlas hasta el nivel necesario.
Los primeros experimentos sobre este tema, datan del año 1861, cuando Phillip Reis experi-
menta con el transmisor de su nombre y es un micrófono de contacto libre entre terminales de
metal. Reis diseña un micrófono mediante una membrana circular tensa del intestino de cer-
do, con platino el ladrillo monta en su centro. Otra barra del platino, con un clavo como
perno en uno de su extremo, reclina contra el centro del ladrillo. Las vibraciones en la mem-
brana causan que el perno abra temporalmente y cierre el circuito, las vibraciones así, con-
vierten en el aire en señal eléctrica. El micrófono de Carbón, se construye en 1878 por el
inventor anglo-americano David E. Hughes. Tres clavos de hierro, uno en posición libremen-
te a través de los otros dos, es suficiente para hacer un micrófono de Hughes, pero la forma
correcta del aparato, consiste en una barra de carbón centrada entre dos soportes en alinea-
ción. Una corriente continua pasa constantemente entre las tres piezas de carbón de contacto
libre, ligeras vibraciones de la pieza central de carbón, que proporcionan por las ondas sono-
ras, altera la resistencia de los contactos de carbón, de manera que la corriente que fluye, es
mayor o menor de acuerdo con las vibraciones. El funcionamiento del micrófono de "Grana-
lla " de carbón, es que las ondas sonoras golpean un diafragma de metal delgado y en estira-
miento, que sus vibraciones oprimen y sueltan alternativamente una cantidad de granalla de
carbón que se encuentra entre en dos tazas de metal. Esta alternación de presión sobre la gra-
nalla, cambia la resistencia de la masa de carbón libre, circula así corriente. De este modo se
crean vibraciones eléctricas correspondientes a las vibraciones sonoras. Edison diseña el mi-
crófono de granos de carbón para el teléfono.
DESARROLLO DEL PROYECTO: El dispositivo consta de tres etapas principales;
La primera es la cuantizacion de datos, se mide la variación y potencia de los estímulos de
sonido para obtener un uno o cero lógicos, se mide el voltaje de la batería con la que trabaja
el proyecto y se clasifica en uno de los tres niveles posibles, para de esta manera cambiar la
batería si el periodo de vida de se encuentre por acabar.
La segunda etapa es el procesamiento de la señal; Donde se evalúa el cumplimiento de
reglas para las salidas de información y evitar distintos errores.
Tercera etapa; Salida de información en cumplimiento de las normas de procesamiento de
información de entrada, aquí el dispositivo emite señales para hacer contacto por medio vi-
sual y acústico con el usuario para que encuentre la localización del dispositivo y evaluar si
es necesaria otra fuente de alimentación.
Sensor de sonido; Es el dispositivo principal del diseño, sin él no funciona de la manera que
se diseña, este se encarga de captar las vibraciones sonoras para convertirlas en voltaje, la
magnitud en volts depende de la fuerza de las vibraciones sonoras a registrar.
El diseño utiliza un sensor de Sonido MSE-S100 al captar las señal la amplifica para su pro-
cesamiento y produce un pulso lógico de disparo de 100ms de duración y activo en nivel alto,
contiene un potenciómetro para ajustar la sensibilidad de respuesta el circuito. Si el circuito
se encuentra en reposo mantiene la señal de salida en cero lógico.
FIGURA 2.-Sensor de sonido MSE-S100
FIGURA 3.-Diodo emisor de luz (LED)
LED;
Diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro
menor al polarizar de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente
eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del mate-
rial semiconductor a emplear en la construcción del diodo. El diseño utiliza el leds de cuatro
colores, el led verde permanece en función cuando la carga de la batería se encuentra en un
rango de 8.5 – 10.0 V, el led amarillo y rojo encienden en los rangos de 6.6 – 8.4 V y 5.0 –
6.5 V respectivamente. El led de color azul enciende por un tiempo de medio de segundo si
el microcontrolador recibe la señal de dos aplausos en menos de medio segundo.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL;
Es un dispositivo que, mediante la implementación de energía, magnifica la amplitud de un
evento. Un amplificador operacional, es un circuito electrónico que tiene dos entradas y una
salida. La salida es la diferencia de las dos entradas al multiplicar por un factor (G). Para el
proyecto se maneja el amplificador operacional LM741, se configura como un comparador
de ventana mediante dos circuitos en interconexión para medir la carga de la batería del pro-
yecto en tres niveles y se complementa con una compuerta NAND en conexión a la salida del
arreglo, otra utilidad es para amplificar la señal del Microcontrolador para generar un tono en
la bocina.
FIGURA 4.-Configuracion del amplificador operacional LM741
COMPUERTA LÓGICA NOR;
Una compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador
booleano. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las
condiciones booleanas para el operador particular. Son circuitos de conmutación integrados
en un chip. Una compuerta lógica NOR es la negación de una compuerta OR, se obtiene al
agregar una etapa NOT en su salida, el funcionamiento de esta compuerta se muestra en la
tabla de verdad de la figura 5. El circuito integrado a utilizar por contener en su interior la
compuerta NOR es el LM7402, y se muestra en la figura 6. Es el circuito a implementar, para
obtener un uno lógico si el comparador de ventana tiene como salida dos ceros lógicos y de
esta manera obtiene la señal que permite alertar al microcontrolador que la batería se encuen-
tra en el rango medio de vida y le ordena funcionar al led amarillo.
Fig. 5.-Tabla de verdad de la compuerta NOR Fig. 6.-Configuracion de la compuerta lógica LM7402
BUZZER; Es un dispositivo electrónico que produce un sonido continuo o intermitente de un mismo
tono. Sirve como mecanismo de señalización o aviso. Su construcción consta de dos elemen-
tos, un electroimán y una lámina metálica de acero. El zumbador se conecta a circuitos inte-
grados especiales para que produzca distintos tonos. Si se acciona, la corriente pasa por la
bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de
acero sobre la armadura.
Figura 7.- Buzzer
FIGURA 8.-Microcontrolador AT89S52
MICROCONTROLADOR AT89S52;
El microcontrolador es el AT89S52 de la empresa ATMEL, de INTEL, de la familia 8031.
Las diferencias principales entre el 8952 y el 8031, son: que el 8031 es un microprocesador
mediante su denotación 80xx, el 89 del micro de ATMEL, hace referencia a que contiene
memoria interna para programa del tipo flash, que es una memoria no volátil, el sufijo S indi-
ca que contiene un puerto serial SPI, que se trabaja con él y mantiene una comunicación en
forma paralela. 8252, indica que es una estructura 8031 con la excepción de que contiene un
temporizador interno mas (T2), así como memoria RAM interna. Consta de 40 pines con una
configuración como se muestra en la figura 8, el diseño del programa es constituido de dos
maneras, lenguaje C o lenguaje ensamblador, en este caso el programa es hecho por lenguaje
C en el programa μVision 4.0. Este dispositivo se encarga de controlar en el proyecto la va-
riable de entrada del sensor de ruido que pasa primero por el amplificador y determina el
tiempo entre los pulsos para discernir si los aplausos al ocurrir se encuentran dentro de rango
de tiempo para la búsqueda del objeto y evitar errores por ruidos que no son aplausos. Con-
trola las variables de salida para los leds de distintos colores y el zumbador, con la lógica
especifica del hardware y el software.
CONCLUSIONES Y RESULTADOS:
Se obtiene un dispositivo localizador que proporciona un consumo bajo de energía. Para la
buena cuantización de fenómenos como la emisión de sonidos, es necesario tomar en cuenta
un rango de variaciones específicas de otra manera el diseño va a generar en una eficiencia
de mala calidad e incluso mal funcionamiento. La alimentación es por medio de dos baterías
de 5 volts en serie para mantener los circuitos en funcionamiento por un tiempo considerable,
ya que los circuitos ocupan un voltaje mínimo de 5 volts para funcionar y al implementar una
sola batería la vida del dispositivo es corta.
Al utilizar cinco amplificadores operacionales, es de mayor eficiencia usar dos circuitos inte-
grados LM324 los que contienen cuatro amplificado-res operacionales 741 en su interior ca-
da uno, para ahorrar espacio y reducir el costo. Se recomienda utilizar el programa μVision
4.0 para elaborar el software del microcontrolador en lenguaje C, en caso de decidir usar len-
guaje ensamblador es recomendable usar el programa EDSIM 51. Un comparador de exacti-
tud a utilizar para sensibilidad aceptable es el del circuito LM339 donde a diferencia del
LM741 ocupa una resistencia en paralelo con la salida. Este aparato se utiliza de variadas
maneras, ya que activa cualquier dispositivo al que se conecte para que realice esta función.
Fig. 9.-Circuito final del ACTIVAPLAUSO®
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[3] Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer/ sistemas digitales principios y aplicaciones/Prentice Hall/2003/823pag.
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XTAL218
XTAL119
ALE30
EA31
PSEN29
RST9
P0.0/AD039
P0.1/AD138
P0.2/AD237
P0.3/AD336
P0.4/AD435
P0.5/AD534
P0.6/AD633
P0.7/AD732
P1.0/T21
P1.1/T2EX2
P1.23
P1.34
P1.45
P1.56
P1.67
P1.78
P3.0/RXD10
P3.1/TXD11
P3.2/INT012
P3.3/INT113
P3.4/T014
P3.7/RD17
P3.6/WR16
P3.5/T115
P2.7/A1528
P2.0/A821
P2.1/A922
P2.2/A1023
P2.3/A1124
P2.4/A1225
P2.5/A1326
P2.6/A1427
U1
AT89C52
32
6
74
15
U2
LM741
32
6
74
15
U3
LM741
3
2
6
74
15
U4
LM741
3
2
6
74
15
U5
LM741
3
2
6
74
15
U7
LM741
3
2
6
74
15
U8
LM741
C133pF
C233pF
C30.1u
R11k
R3
7.5K
X1
CRYSTAL
R2
5k1
R4
1.153K
R5
882
R6
5k1
R7
5k1
R8
20K
R9
20K
R10
1K
R11
5k1
R12
10KR13
10K
R14
220
R
220
R16
220
23
1
U9:A74LS28
U3(V+)
C3(1)
U5(V-)
R10(1)
D1
LED-BLUE
D2
LED-BLUE
D3
LED-BLUE
D4
LED-BLUE