Se trata del armado de un sistema de audio para automóvil el cual arme en casa a manera de prueba con partes que ya tenia

En estos tiempos es muy común ver en automóviles con instalaciones de audio los cuales son realmente potentes y es posible que se nos halla pasado por la cabeza de que manera podríamos instalar un sistema similar en casa. Básicamente ya tenia todo para la instalación:  reproductor, amplificador, parlantes… etc. Solo me faltaba un solo detalle, La fuente de alimentacion

El punto principal es que los  amplificadores de este tipo  trabajan con un rango  aproximado de 12 a 15  voltios DC  y el secreto para irradiar tanta potencia en forma de ondas de sonido es que estos amplificadores no se aprovechan del voltaje si no del gran potencial para suministrar amperaje que posee el sistema eléctrico del vehículo y obtener esa característica en una fuente domestica es muy COSTOSO y aparatoso. El sistema de audio que tengo necesita de aproximadamente una fuente capaz de suministrar unos 20 a 40 amperios (dependiendo de cuanto se le exija) y como ya mencione comprar una fuente de este tipo es difícil de encontrar y excesivamente costosa para comprar o construir, así que utilice una fuente de poder de un servidor HP, la cual nunca utilice y permanecía aun almacenada en su caja y siempre me había llamado la atención que en su etiqueta mostraba la leyenda: +12v 60A (wow 60 amperios) ademas de ser muy compacta comparado a su capacidad. El problema es que es una fuente un tanto especial, ya que esta diseñada originalmente para funcionar como fuente de poder redundante y el circuito interno para hacer que encienda no es  nada común como el de una fuente ATX de pc regular.

Buscando en Internet no encontré NADA acerca de documentación de la misma. luego me decidí por probar  «puenteando» pistas en las conexiones de la fuente hasta que en un momento.. TARAAANN!! prendió el LED verde de encendido, medí las salidas con el multimetro y efectivamente había presencia de voltaje. Luego me dispuse a soldar los conductores (+) y (-) para luego proceder a hacer las conexiones entre todas las piezas del conjunto y por ultimo encender y hacer los ajustes de sonido en el amplificador y reproductor.
Quede satisfecho con la prueba ya que el sonido es muy limpio y claro y las frecuencias graves realmente penetran.

En muchas aplicaciones en las que se utilizan motores DC es necesario que estos giren en ambos sentidos, para ello se emplean los puentes-H.

Un puente H muy popular es el L298, he aquí su descripción tomada textualmente de  la hoja de datos:

«Es un driver de puente completo dual que acepta niveles lógicos TTL estándar y maneja cargas inductivas como relés, solenoides motores DC y de paso. Tiene dos entradas de activación (enable) para activar o desactivar los dispositivos independientemente de las señales de entrada. Los emisores de los transistores bajos de cada puente están conectados juntos y el correspondiente terminal externo puede ser usado para la conexión de una resistencia externa de medición.  Se ha provisto de una entrada adicional para la fuente así que la lógica funciona a menor voltaje.¨

Esquema interno del L298:

Prestaremos especial atención al manejo de motores DC con escobillas:

• Los diodos D1 a D4 sirven para proteger el integrado de las corrientes de retorno que pudieran generarse en la bobina del motor, durante el apagado y encendido. Se deben usar diodos rápidos con tiempo de respuesta inferior a los 200ns.
• Las entradas C y D sirven para cambiar el sentido de gíro: si C es un ¨1¨ lógico y D un ¨0¨ lógico el motor gira en un sentido, si ocurre lo contrario gira en el otro. Si C y D son ¨0¨ el motor queda libre. Si C=D es motor se detendrá rápidamente.
• La entrada enable ¨Ven¨ activa o desactiva todo lo demás.

Puente dual

Como el l298 es dual bien podemos manejar 2 motores distintos sin sobrepasar la corriente máxima de 2 amperios para cada puente o bien podemos conectar ambos puentes-H en paralelo y obtener un solo puente-H en teoría con el doble de capacidad de corriente, la conexión en paralelo se realiza como se muestra en la gráfica de la derecha.

Resistencia sensora

La resistencia sensora es una que está en serie a la bobina  de armadura del motor con el fin de medir la corriente que pasa a través de este.  Esto puede ser muy útil:  se puede implementar una lógica por hardware ó software que proteja al motor en caso que se supere la corriente máxima nominal estipulada por el fabricante del motor (usando comparadores, y/o los convertidores A/D en el caso de un microcontrolador). Recordemos que en un motor DC el torque es proporcional a la corriente de armadura, esto puede ser muy interesante desde el punto de vista de control.

El valor de la resistencia sensora depende  de su motor, de las corrientes que maneja,y lo que usted necesite.  Recuerde que en realidad medirá tensión sobre la resistencia sensora y no la corriente directamente, por lo tanto el ruido y las tensiones máximas de trabajo son un factor a tener en cuenta.

Utilizando PWM

Ya podemos invertir el sentido de giro de nuestro motor, ahora dependiendo de la aplicación si queremos modificar la velocidad podemos utilizar  una técnica muy popular e interesante: la modulación por ancho de pulso o PWM. Esta consiste fundamentalmente en variar el duty cycle o ciclo de trabajo de una onda cuadrada de periodo constante, al hacer esto varia proporcionalmente la tensión promedio de la señal.

En el caso especifico del puente H L298, utilizando la configuración en paralelo (gráfica de arriba) basta enviar una señal de PWM en el terminal IN1 y un cero lógico en IN2 para arrancar el motor. Si el ciclo de trabajo es 0%  el motor estará completamente detenido (a menos que alguna fuerza externa actúe sobre el). Si el ciclo de trabajo es de 100% el motor gira a su velocidad máxima. Si se coloca entonces el ciclo de trabajo en 50% el motor gira a un 50% de su velocidad máxima. Recordemos que previamente se debe seleccionar la Vss con que alimentaremos el puente H, esta Vss depende de las características del motor. Para cambiar el sentido de giro, se envía la señal de PWM a través del pin IN2 y se coloca un cero lógico en el pin IN1.

Existe gran cantidad de formas de generar una señal de PWM. Abundan los circuitos analógicos y digitales pero la forma moderna, más versátil y económica es sin duda utilizar microcontroladores. La idea fundamental es que la velocidad, y sentido de giro de nuestro motor sea programada y automatizada acorde a nuestras necesidades, las posibilidades son innumerables: Control automático de posición, velocidad, torque,operación programada, protección automática, control del motor a distancia, etc.

Frecuencia de la PWM en motores DC

La frecuencia para la PWM usada comúnmente en motores DC varía de los 4 Khz a los 20 Khz, aunque ello no es necesariamente una regla, no debe ser demasiado baja en principio porque no queremos que se perciba un apagado y encendido del motor, y desde el punto de vista eléctrico la frecuencia debe ser tal que el mismo inducido del motor actúe como un filtro pasabajo, eliminando las componentes armónicas de alta frecuencia de la onda cuadrada y dejando en la medida de lo posible la componente DC, mientras más alta la frecuencia mejor a no ser por el siguiente inconveniente: a medida que se aumenta la frecuencia se introduce ruido a nuestro circuito, además empieza a cobrar importancia el tiempo de respuesta del puente-H, y/o demás lógica que empleemos.

Espere la segunda parte..

J.Marcano

QUIZ-J

Si tienes unas cornetas componentes con su crossover en casa y sin usar, que deberías hacer?

A. Las regalo por que ocupan espacio además no se que hacer con ellas, no se instalarlas, y todas las cornetas suenan igual, mis audífonos sankey suenan bien.

B. Venderlas y empezar a ahorrar para comprar un blackberry, luego puedo escuchar música en el metro, los audífonos no son necesarios, además podré poner  a escuchar a los pasajeros las canciones que tengo del grupo aventura.

C. No se nada de especificaciones, a papá le sobra el dinero, voy a la tienda y compro unas nuevas: lo más costoso que  ofrezca el vendedor.

D. Construir tu mismo o con la ayuda del carpintero local unas cajas para tus altavoces, y usarlas en tu proyecto de amplificador casero con lm4780.

Tenía guardados estos parlantes componentes JBL GTO 6O7 C los cuales incluyen crossover, y le armado unos cajones sencillitos para darles uso con el proyecto  de amplificador de audio con LM4780, las primeras pruebas las realicé con el amplificador de jose con tda2050 que realmente aún no entiendo como funciona con una fuente de PC?  pero lo cierto es que funciona..

Decidí hacer las cajas más simples: totalmente selladas con el volúmen recomendado luego de investigar foros acerca del tema. He añadido guata (relleno sintético)  en las paredes interiores de las cajas, el efecto es bien conocido: las cajas parecieran tener un volumen mayor y los bajos adquieren mayor profundidad, esto es totalmente subjetivo,  es cuestión de gustos y de ir añadiendo el relleno y comparar. En este caso el sonido se modificó bastante:  los bajos son mucho más definidos y profundos, también se aprecia que se redujo el movimiento mecánico de la membrana del altavoz.

Totalmente conforme con el resultado, el sonido es muy bueno y como se dice por aquí «suenan duro».

No serán estéticamente una belleza pero suenan muy bien  que al fin y al cabo es lo que importa.

Utilizando el pinguino que reciente he armado, he programado en aprox. 10 minutos una secuencia de movimiento para 3 servomotores usando la libreria que se incluyó recientemente, con el fín de estrenar estos servos y verlos trabajar juntos:

http://linuxdroids.wordpress.com/2010/07/29/pinguino-rutina-para-controlar-18-servos/#comment-37

Recientemente he puesto manos a la obra con el proyecto de amplificador con LM4780 sugerido en el artículo anterior, tal como se esperaba el LM4780 es prácticamente inexistente para la venta en el territorio nacional de Cubazuela, asi que tocó traerlo del imperio mismo. El IC costó 11$ aproximadamente en la tienda digikey, (todo sea por la satisfacción de ensamblar tu propio amplificador y escuchar tu música favorita en el). El resto de los componentes se consiguen fácilmente.

Investigando un poco conseguí un PCB ya listo para la versión estéreo y la verdad que el diseño es muy bueno, realizado por Mariano Nicolau y publicado en:

http://www.forosdeelectronica.com/f31/amplificador-lm4780-estereo-bridge-pcb-18222/

Luego construí mi PCB con la técnica usual: impresora de tóner y plancha de ropa (mi técnica de planchado mejora cada vez más), aunque las soldaduras reconozco que dejaron mucho que desear, no fue mi culpa,tenía solo estaño del barato ..en serio.  Sin embargo cumple su cometido y en general contento con mi nuevo amplificador 8-).

Ha sido algo de trabajo pero seguro que vale la pena, he aquí el amplificador con lm4780 aún sin probar:

 Hasta ahora podría decirse que esta fue la parte fácil, aunque conseguir el integrado fue vital para poder comenzar. El próximo paso supone aún más trabajo y es más costoso: el ensamblado de la fuente DC.

La placa pinguino es una placa similar a arduino (más bien una especie de clon) pero utiliza los micros favoritos de los venezolanos: los pic de microchip. Está basada en el PIC18f2550 y/o PIC18f4550 . Estos PICs disponen de interfaz USB nativa. Las plataformas de tipo arduino se han vuelto muy populares recientemente creo que fundamentalmente  por su versatilidad, facilidad de uso y rapidez de programación, además se minimizan las fallas típicas de las conexiones con el protoboard, puesto que dentro de la placa se incluyen los elementos que frecuentemente acompañan al microcontrolador (cristal, regulador, botón de reset). En el pinguino el microcontrolador se alimenta y programa desde el puerto USB.

En mi opinión la ventaja de este tipo de placas (tipo arduino) es que la programación resulta muy sencilla, desde el punto de vista de software el PINGÜINO cuenta con su propio IDE que funciona bajo Guindows, Linux y mac. (olvídate de mplab, ccs). Tiene sus propias librerías (en desarrollo)  para PWM, servos, I2c, comunicación serial, Ver más. Cuenta con su propio bootloader: quemas el PIC solo una vez, luego pasas los programas por USB, desde el mismo IDE.   Todo es software y hardware libre,  por lo que siempre se puede modificar el código fuente y/o crear nuevas librerías. El IDE esta implementado en python, y utiliza el compilador SDCC. Por supuesto existen también muchas ventajas desde el punto de vista de hardware, la placa se alimenta desde el mismo puerto USB, aunque también se puede con una alimentación externa (utiliza un tradicional 7805).

Tienes a tu disposición el PCB y todas las indicaciones para construir tu pinguino así como todo el software que necesitas:

http://sites.google.com/site/pinguinotutorial/home

En particular, creo el enfoque del pingüino es su uso como herramienta, realizar pruebas, prototipos y sobre todo jugar. Lo que hace muy conveniente su uso para aficionados a la robótica.

En tan solo pocos minutos puedes probar un servo RC,   generar una PWM, olvídate de buscar la hoja de datos (de 1000 páginas) y modificar los registros para inicializar apropiadamente el micro. Utilizas siempre el mismo micro con la misma configuración y se minimizan las fallas puesto que tienes una placa de uso general con elementos fijos:  su cristal, su 7805 (alimentación externa), y conector USB tipo D. No necesitas el programador de PICs (en realidad solo lo necesitas una vez para cargar el bootloader).

Aunque fuera lo más deseable,en general no se necesitan extensos conocimientos de la estructura del microcontrolador. La programación es de alto nivel (lenguaje C) con librerías muy sencillas de utilizar. Claro que esto pudiera ser tanto una ventaja como una desventaja (dependiendo del usuario), evidentemente la placa resulta muy útil para realizar pruebas pero considero  que por ello no se deben abandonar y/o dejar de estudiar la  programación y herramientas tradicionales para programar los PICs, (ensamblador, MPLAB,ccs,c18) solo programando alguna vez en ensamblador microcontroladores básicos y leyendo las hojas de datos (de 1000 páginas muy entretenidas) se tiene una verdadera visión de la estructura y funcionamiento de este y cualquier microcontrolador, y se estará en capacidad de elegir el microcontrolador más apropiado así como obtener el mejor rendimiento del mismo acorde a la aplicación requerida.

En general, si eres un aficionado a la electrónica, creo que vale la pena construir esta placa, he construido mi pinguino y estoy muy satisfecho con los resultados, he probado unos servos de modelismo en menos de 5 minutos utilizando los ejemplos que vienen con el IDE.

Si te interesa el tema no olvides visitar:

El pinguino tutorial. Donde tienes todas las indicaciones, el pcb y el software.

El pinguino wiki. Información sobre las librerías actualmente disponibles y ejemplos.

El pinguino blog. Con la información reciente.

El pinguino utiliza el compilador  SDCC, el VASCO BOOTLOADER, y GPUTILS.