Analizador acústico con ARDUINO

Construcción de un analizador acústico con Arduino. La información se presenta de forma gráfica, en un display LCD de 16×2 caracteres. Como ecualizador gráfico se puede utilizar el circuito integrado MSGEQ7 o el MSGEQ5, dependiendo del número de bandas de audio que queramos mostrar. Este circuito se puede montar de forma independiente, previamente programando el ATMEGA328P con la placa de desarrollo de Arduino. Una vez programado, mediante la posición de un jumper se puede configurar para que muestre 5 o 7 bandas… montando previamente el circuito integrado ecualizador correspondiente.

Utilidad de un analizador acústico

Este analizador acústico no puede competir con un equipo profesional, pero podría ser muy útil para acondicionar la acústica de un salón de actos o sala de conciertos improvisada. Comprobando la respuesta en frecuencias y volumen de escucha en diferentes puntos, se podrían corregir los defectos reorientando los altavoces/bocinas, ecualizando la respuesta de los amplificadores, etc.   Por otra parte, como este analizador de audio es de bajo costo y no requiere de conocimientos especiales para montarlo, podría ser muy instructivo realizarlo como práctica en escuelas relacionadas con la formación en las ramas de electrónica y tecnología.

Ecualizador gráfico de 5/7 bandas

Este montaje está basado en el circuito integrado MSGEQ5 / MSEGQ7,  ecualizador gráfico de audio  de 5 y 7 bandas respectivamente.  Dentro de un pequeño encapsulado DIL de 8 pines, se encuentra todo lo necesario para obtener a su salida los valores de energía a diferentes frecuencias,  a partir de la señal de audio en su entrada (descomposición espectral).

MSGEQ5 - Analizador de 5 bandas

Como se puede ver en la imagen anterior,  el MSGEQ5  analiza los valores comprendidos entre 100 y 10.000 Hz. Este rango es más que suficiente para conocer la respuesta en frecuencias de cualquier entorno. Pero si queremos analizar con más detalle los extremos de la zona audible, graves más bajos y agudos más altos, sería mejor utilizar el MSGEQ7.

MSGEQ7 - Analizador de 7 bandas

Como se puede comprobar comparando los datos entre ambos componentes,  son compatibles tanto en conexiones como características técnicas. Lo único que cambia es la gestión de los datos,  pero el protocolo es el mismo.  Con el MSGEQ5 tendremos que tomar y asignar los valores leídos de 5 en 5, y con el  MSGEQ7 lo haremos en grupos de 7 (número de bandas). Aprovechando estas características, es muy fácil construir un circuito que permita trabajar con ambos componentes.

Analizador acústico de 5/7 bandas

 

Este montaje lo puedes hacer siguiendo el esquema anterior, o utilizando la placa de desarrollo de Arduino junto con el Shield LCD, desarrollado para Arduino UNO.

Escala gráfica

La escala de las barras gráficas que muestra el display no es logarítmica, como lo harían la mayoría de los analizadores de audio. Con el fin de obtener un efecto visual más pronunciado, la gráfica que muestra el display  traduce los valores de tensión en cada banda de forma lineal.

Escalado lineal de las medidas

Si prefieres cambiar la escala, sólo tienes que modificar los valores de la tabla (resaltadas en color  amarillo), editando el código antes de programar el microprocesador ATMEGA328P con Arduino.

Firmware

El código de programación de este analizador acústico,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Analizador acústico

Baliza RGB con ARDUINO

Construcción de una baliza LED RGB, controlada por Arduino. Este montaje consiste en un anillo formado por 16 LED SMD de tipo inteligente (WS2812). Este tipo de diodos incluye en su interior su propio controlador. Los diodos WS2812 disponen de una entrada de datos, la salida y los dos pines de alimentación. La información se transmite en serie, desplazando los datos de un pixel hacia el siguiente, y cada pixel utiliza 24 bit de información… 8 bit por cada color (RGB). El control de este anillo LED se realiza de forma muy sencilla, ya que Arduino dispone de unas librerías específicas para su control y además ejemplos.

Pruebas de la baliza RGB

Esquema de montaje

El esquema de montaje es muy simple, porque este módulo se controla con un solo hilo. El montaje lo podríamos realizar utilizando una placa de desarrollo de Arduino, pero es mucho más barato montar los componentes necesarios y el micro-controlador ATMEGA328P,  una vez programado, en un circuito impreso adicional.

Esquema: Baliza RGB

A continuación se puede ver el montaje del módulo de control de esta baliza RGB, utilizando un circuito impreso de tipo universal.

CPU: Baliza RGB

Montaje: Baliza RGB

Sellado de la baliza RGB

Con el fin de poder utilizar esta baliza en la intemperie, se rellena con adhesivo termo-fundible las dos placas de circuito impreso (CPU y anillo LED).  La zona central se oscurece con pintura de color negro mate en spray. El anillo LED se protege también con el mismo adhesivo, pero sin pintarlo.

Sellado de la baliza RGB

Alimentación

Esta baliza LED RGB se alimenta con 5V. El  consumo podría ser elevado, porque cada diodo LED consumo 20 mA. a máximo brillo. Si multiplicamos esos 20 mA por los 3 diodos que contiene cada pixel RGB y luego por los 16 pixeles que contiene este anillo, podríamos tener un consumo máximo de 20x3x16 =  960 mA. Este consumo nunca lo alcanzaremos, porque esta baliza produce efectos luminosos cambiando colores, y nunca estarán todos los diodos LED encendidos a máximo brillo y al mismo tiempo. No obstante, es conveniente alimentarlo con una batería externa recargable de 5 V, más conocida como Power Bank. De esta forma dispondremos de mayor autonomía, y sólo tenemos que soldar un conector USB tipo ‘A’ en el extremo del cable de alimentación. El encendido de la baliza lo realizaremos conectando el conector USB en el Power Bank, de esta manera no es necesario intercalar un interruptor.

Conexión: USB tipo A

La librería y los ejemplos que he utilizado para realizar este proyecto, se pueden descargar desde el siguiente enlace:

https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

ARDUINO: Nivel de dos ejes

ARDUINO: Nivel de dos ejes – Construcción de un nivel electrónico de dos ejes, con ARDUINO y MPU-6050. Leyendo los valores que entregan los giróscopos de ambos ejes del MPU-6050, cuya resolución es de 14 bit para los 180º de cada eje. Posteriormente se calibran los valores con un inclinómetro de burbuja, obteniendo una precisión media mejor de 5º. Al mostrar la inclinación de ambos ejes de forma simultánea, este medidor puede ser muy útil para orientar paneles solares, antenas parabólicas, cubiertas de tejados, etc.

Inclinómetro
Inclinómetro

Giróscopo y acelerómetro: MPU-6050

Chip: MPU-60X0
Chip: MPU-60X0
MPU-6050
Módulo: MPU-6050

La construcción de este medidor de ángulos de 2 ejes, puede realizarse sin la necesidad de utilizar el módulo ARDUINO Uno. Aparte del módulo MPU-6050, sólo sería necesario extraer el micro-controlador ATMEGA328P (una vez programado) y montarlo en un circuito impreso aparte. Para realizar este montaje, además del micro-controlador se necesitan algunos componentes más para que el dispositivo funcione. A continuación se muestra un esquema de montaje, en el que se incluye también un circuito de alimentación, compuesto por una batería de Li-ion, junto con su módulo de carga TP4056 y un módulo Step-Up de 5v.

El código de programación para este montaje puede descargarse desde el siguiente enlace (es el denominado): Angulos.ino 

Esquema: Nivel de 2 ejes

Si se quisiera utilizar un medidor con más prestaciones, se podría añadir a este circuito el módulo BMP280, el cual incluye un sensor barométrico y un sensor de temperatura. De esta manera, el medidor podría disponer de dos funciones:

  1. Medidor de nivel de 2 ejes
  2. Altímetro barométrico + temperatura

El código de programación para este montaje puede descargarse desde el siguiente enlace (es el denominado): Alti_Nivel.ino 

Esquema: Altímetro y Nivel

Puede ver más detalles de este montaje en el siguiente video:

ARDUINO: ENTRADAS-SALIDAS

Probaremos las entradas/salidas digitales, las salidas PWM y las entradas analógicas. Como práctica, regularemos el encendido de un diodo LED (salida PWM), dependiendo de la tensión de entrada que obtengamos en una entrada analógica. También construiremos un generador de 4 melodías, utilizando una salida digital de Arduino.

Los archivos de ejemplo que aparecen en el video, puedes descargarlos desde el siguiente enlace: ARDU_IN.rar

Arduino UNO dispone de 20 puntos de conexión: 14 Entradas/Salidas digitales, 6 de ellas podrían utilizarse como salidas PWM, y 6 entradas analógicas.

Las salidas PWM son de 8 bits, y están localizadas en los pines: 3, 5, 6, 9, 10 y 11.

Las funciones PWM hacen uso de los Timer para generar la señal de salida. Cada Timer puede controlar entre 2 y 3 de las salidas PWM. Para ello dispone de un registro de comparación por cada salida. Cuando se alcanza el tiempo correspondiente al valor del registro de comparación, la salida invierte su valor.

Cada salida conectada a un mismo temporizador comparte la misma frecuencia, aunque pueden tener distintos anchos de impulso (Duty cycle), dependiendo del valor de cada registro de comparación.

La frecuencia estándar para las salidas PWM en Arduino Uno, Mini y Nano es de 490 Hz para todos los pines, excepto para el 5 y 6 cuya frecuencia es de 980 Hz.

Al existir una asociación directa entre las salidas PWM y los Timer, es importante saber que no es posible utilizar un Timer en el programa si ya se está utilizando para controlar una salida PWM. Esta es la relación que existe entre los Timer y los controles PWM de Arduino Uno, Mini y Nano:

El Timer0 controla las salidas PWM 5 y 6
El Timer1 controla las salidas PWM 9 y 10
El Timer2 controla las salidas PWM 3 y 11

Por otra parte, la librería servo utiliza el Timer 1, de manera que tampoco podremos utilizar los pines 9 y 10 si estamos utilizando un servo.

Arduino: Entradas-Salidas

Cuando se utiliza una entrada analógica, es importante conocer el nivel de tensión máximo que vamos a muestrear. Nunca se deberían superar los  5V en las entradas, pero si podríamos utilizar umbrales máximos de menor tensión y mejorar la resolución de las medidas. Arduino dispone de la entrada AREF (pin 21 del ATmega328P) destinada para definir el nivel de tensión máximo de su conversor Analógico-Digital (ADC).