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Bogotá, 28 de mayo de 2017

 

 

VUMETRO ACTIVADO POR MICRÓFONO

 

A continuación veremos cómo construir un vúmetro muy llamativo que podemos usar como decorativo en nuestras videorockolas.
Éste gran proyecto es un desarrollo conjunto con Gastón del famoso canal de YouTube, Proyectos LED.  Hicimos 2 videos. El primero que viene a continuación. Presenta el vúmetro en protoboard, explicando paso a paso el funcionamiento del circuito y haciendo todas las mediciones pertinentes. De esta manera ustedes tendrán unas bases teóricas, indispensables al momento de realizar éste vúmetro.
Veamos entonces el video de proyectos LED y luego continuaremos con el ensamble.

Materiales

Ahora que ya sabemos cómo funciona nuestro vúmetro activado por micrófono, veamos los materiales que se requieren para su construcción.
La lista de materiales completa se encuentra en el archivo PDF que regalamos al final de este artículo, sin embargo haremos una pequeña reseña de los componentes más destacados.

vumetro

Los componentes que primero debemos tener son los dos circuitos impresos o PCB. Éstos los pueden aprender a hacer con ayuda de nuestro tutorial de Fabricación de circuitos impresos. Pueden ser construidos de manera económica con la técnica de planchado y papel termo transferible. Pero si la idea es hacer estos vúmetros a manera de negocio, lo recomendable sería hacer los PCB, tal como se ven los de la fotografía, que están hechos con la técnica de serigrafía, dando un acabado más industrial.
Los otros componentes tales como resistencias, condensadores, circuito integrado, diodos, entre otros, se pueden conseguir en cualquier tienda de electrónica.
La caja plástica y el acrílico transparente son componentes opcionales. Nosotros quisimos darle al vúmetro una presentación comercial, ya que siempre hemos querido que nuestros proyectos sirvan para generar empleo.

Diagrama eléctrico o esquemático

Colocando las resistencias

circuitos impresos

Son sólo 6 resistencias las que tiene nuestro vúmetro. Complementando lo explicado en el video, recordemos qué función tiene cada resistencia:
La primera resistencia de 10K, de izquierda a derecha, es la resistencia que alimenta el micrófono Electret. Básicamente polariza un FET interno que traen este tipo de micrófonos. La otra resistencia de 10K, se encarga de polarizar el transistor. Se le llama resistencia de colector, ésta estabiliza la etapa amplificadora debido a las variaciones de señal.
La resistencia de 100K (R3) que está arriba del transistor, se encarga de fijar la ganancia.
La siguiente resistencia de 100K más próxima sirve para filtrar las posibles corrientes DC que ensucien la señal, eso sin contar que fija una impedancia.
La resistencia de arriba de 100K fija la impedancia de entrada del circuito integrado y además descarga los picos de señal para que los LEDs se apaguen rápidamente.
La última resistencia que es de 1.8K, se encarga de fijar la corriente que pasa por los LEDs, graduando la brillantez. Por eso le colocamos un asterisco, para recordar que dependiendo de la cantidad de LEDs usados o del consumo del LED, se debe ajustar, tal como lo explica Gastón en su video.

El Diodo protector de voltajes inversosdiodo 1N4007

 

Luego de hacer el diseño original creado por Gastón, pensé que sería bueno colocar alguna protección que evitara que si al conectar por equivocación el voltaje invertido, es decir; conectar el positivo de la fuente en el tierra del circuito y el tierra de la fuente en el positivo del circuito, que éste se dañara inmediatamente. Así que propuse colocar un pequeño puente de diodos a la entrada de alimentación, para que se pudiera conectar la fuente en cualquier posición y que el puente re direccionara la polaridad.
Sin embargo acordamos con Gastón que no era necesario y que un simple diodo en serie con el positivo sería una buena protección, sin elevar los costos que representa un puente de diodos.

Un diodo de swichado rápido

diodo 1N4148

Éste componente es muy importante para que nuestro vúmetro funcione correctamente.
Hace un tiempo cuando hice mi primer vúmetro. Enviaba la señal de audio directamente al circuito integrado LM3915 y noté que al activar el modo punto no funcionaba.
Luego de analizar los vúmetros de Proyectos LED, ví que el único componente que me hacía falta era un diodo de swichado rápido en serie con la señal, con su cátodo mirando hacia el circuito integrado.
Resulta que el LM3915 está formado por una serie de comparadores que trabajan con corriente DC. Así que para que se activen sus compuertas que encienden los LEDS, el LM3915, debe recibir señales con picos únicamente positivos.
De esto se encarga el pequeño diodo 1N5819 o en reemplazo el 1N4148.

 

La base para el LM3915

base para integrado

Colocar una base para circuito integrado es cosa de cada quien. Sin embargo cuando estamos comenzando en el mundo de la electrónica, es de gran ayuda, ya que si por error colocamos el circuito integrado invertido o se daña, es muy fácil darle la vuelta o reemplazarlo por uno nuevo.
También si lo que pensamos es vender este vúmetro como producto, es muy útil que tenga la base. Si tenemos que dar una garantía por daños del LM3915, basta con cambiarlo en pocos segundos y el circuito impreso seguirá intacto.
El precio de una base es tan pequeño, que no justifica hacer ese ahorro y sí ganamos mucho.  

 

Transistor amplificador

BC548

El transistor BC548 de unión bipolar NPN es muy común en el mercado, lo que lo hace fácil de conseguir en casi cualquier parte. Tiene la posibilidad de ser configurado con una ganancia bastante alta y está sobrado para este trabajo, ya que soporta hasta 65 voltios, que es mucho más voltaje del que usamos en el circuito.
Su distribución de pines de izquierda a derecha es: Colector, base y emisor.
En nuestro circuito trabaja como amplificador de señal, ya que el micrófono no tiene la fuerza como Para excitar el LM3915.

Condensador de rizado 0.1 uF

El condensador de 0.1 uF o 100 nano faradios (104) que va a la salida del regulador, se encarga de limpiar posibles corrientes parásitas o rizados que se puedan filtrar.
No hay mucho que decir sobre este condensador. Puede ser cerámico o de poliéster. Igual hará su trabajo eficientemente.
Su valor puede ser modificado a los valores inmediatamente cercanos, tanto hacia arriba, como hacia abajo. Esto es debido a que no es un componente con una función crítica en el circuito.

Condensadores de filtrado de señal

0.47 uF 474

El primer condensador de poliéster de izquierda a derecha es de 0.33 uF y es solo filtrado de corriente. Se encuentra en paralelo a la entrada de señal.
Los 3 condensadores de 0.47 uF influyen directamente la señal de audio. El primer y segundo condensador de 0.47uF van en serie con la señal y funcionan como desacoples. Es decir, que filtran posibles corrientes DC que vengan en la señal de audio. Además restringen el exceso de frecuencias bajas que estén por debajo de los 20 hz.
El último condensador que va en paralelo a la señal de audio, se encarga de restringir el paso de frecuencias altas, para que el LM3915 sólo reciba frecuencias bajas, y sea con éstas que se excite. Así al colocar música, el vúmetro seguirá el ritmo del bajo y del bombo, dando un movimiento más atractivo.

Reóstato de sensibilidad

reostato 1k

El pin 7 del circuito integrado LM3915 tiene un voltaje de referencia de 1.2 voltios, que se usa como referencia para regular la brillantez de los LEDs.
Así que el reóstato regula el paso de corriente entre los pines 6 y 7. Al momento de girar a la izquierda el reóstato, llega más voltaje a los comparadores y así brillan más los LEDs. Mientras que al girar a la derecha, se aumenta la impedancia entre los pines 6 y 7, y se disminuye la impedancia a tierra, enviando más corriente a tierra, y atenuando la que va hacia el pin 6 o entrada no inversora de los comparadores.
Es algo así como regular la ganancia de un amplificador operacional, como lo hemos visto en algunos de nuestros amplificadores.
NOTA: el número (102) equivale a 1K: el número 1 y el cero son dígitos comunes, y el número dos, es un multiplicador por 10, que equivale a 2 ceros.

 

Conectores

conectores

Como en todos nuestros tutoriales, apoyamos el uso de conectores. Esto facilita el montaje de los proyectos y su fácil reparación.
El primer conector que vemos de izquierda a derecha es la entrada de alimentación. Ahí se conecta una fuente de entre 12V y 15V DC, que es rango de voltaje en que el LM3915 trabaja bien.
El conector de la derecha es donde conectaremos el micrófono Electret. Podríamos colocarlo directamente en la tarjeta, pero como la idea es hacer un circuito funcional, debemos colocarlo a distancia, para así poderlo ubicar en el sitio adecuado, donde mejor capte el sonido.

 

Interruptor para modo barra o punto

Recordemos que el vúmetro tiene dos formas de visualización, que son en modo barra o modo punto. Aquí hemos colocado un conector MOLEX de 2 pines de 2.54 mm al que luego le colocamos un jumper de los mismos que traen las tarjetas madre de los computadores.

conector 2.54mmPC jumper

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuando dejamos el jumper colocado, el vúmetro trabaja en modo barra, es decir que las filas de LEDs encienden gradualmente, hasta que todas quedan encendidas, al momento de recibir el máximo de sonido. Y al retirar el jumper, el vúmetro trabaja en modo punto, que consiste en que cada fila enciende individualmente y se corre la fila a medida que se aumenta el volumen del sonido.
NOTA: si lo desea, puede usar un interruptor en vez del jumper. Ya depende del diseño e idea que tenga en su cabeza.

 

LM7805

 

Regulador de voltaje LM7805

Colocamos el Regulador de voltaje LM7805 en su lugar. Éste se encarga, como su nombre lo indica, de regular la tensión que va a alimentar el micrófono y la etapa amplificadora con transistor.
Esto se hace para evitar que haya caídas de voltaje, dependiendo del trabajo y la carga de los LEDs controlados por el LM3915. Además se asegura que no hay ruidos en la señal, que puedan manifestarse como comportamientos fuera de lugar del vúmetro.

 

 

 

Circuito integrado LM3915

LM3915

El LM3915 es un circuito integrado monolítico que detecta niveles de voltaje análogos y acciona diez LED, LCD, proporcionando un análogo logarítmico de 3 dB / paso medidor.
El pin 9 controla la visualización de modo barra a modo de puntos en movimiento.
El manejo de corriente de los LEDs está regulado y es configurable, eliminando así la necesidad de usar resistencias limitadoras de corriente.
Todo el sistema de visualización puede funcionar con voltajes que van desde los 3V hasta 25V DC.
El LM3915 contiene una referencia de voltaje ajustable y un divisor de tensión de diez pasos.
El brillo de cada LED es Independiente de la tensión de alimentación.
Se controla fácilmente con un solo potenciómetro.

 

Características del LM3915

- 3 dB / paso, rango de 30 dBtarjeta lista
- Drives LEDs, LCDs o fluorescentes de vacío
- Modo de visualización de barra o punto seleccionable por el usuario
- Ampliable para pantallas de 90 dB
- Referencia de tensión interna de 1.2V a 12V
- Funciona con fuente simple de entre 3V hasta 25VDC
- Las entradas conmutan a tierra.
- Salida de corriente programable de 1 mA a 30 mA
- La entrada soporta ± 35V sin daños o salidas falsas
- Salidas de corriente reguladas, colectores abiertos.
- Unidades Directas TTL o CMOS
- El divisor interno de 10 pasos es flotante y puede visualizar a una amplia gama de voltajes.
- El LM3915 puede soportar desde 0˚C hasta + 70˚C.
- Disponible en encapsulado DIP de 18 pines.
- Es extremadamente fácil de usar.

 

Construyendo el panel de LEDs

 

Ahora que ya hemos terminado de construir la tarjeta controladora, debemos seguir con el panel de LEDs. Éste lleva 30 LEDs comunes, ya sean de 5 milímetros o 10 milímetros. Lo importante es que no superen el consumo de 30 miliamperios.
NOTA: Debemos tener mucho cuidado al momento de colocarlos en la tarjeta, que queden instalados con la polaridad correcta. Si algún LED llegase a quedar invertido, no encenderá la fila completa de 3 LEDs.

panel de ledscinta de colores

 

 

 

 

 

Ahora es el momento de usar el trozo de cables de colores. Se usan 11 líneas; la primera es el polo positivo que alimenta todos los LEDs, y las otras 10 son los envíos al LM3915, que éste conmutará a tierra para que enciendan los LEDs.

Presentación final del vúmetro

Para hacer la interconexión entre la tarjeta controladora y el panel de LEDs, es necesario preparar la caja que dará la presentación final a nuestro vúmetro. Abrimos un orificio rectangular en uno de los lados de la caja, de 3 centímetros de largo, por 4 milímetros de ancho.
Introducimos el panel de LEDs dentro de la caja y por el orificio pasamos los cables de colores, de adentro hacia afuera.

orificio cablespanel leds encajadocircuito montado

 

 

 

 

 

Ahora medimos colocando la tarjeta en la parte de atrás de la caja para poder cortar los cables a la distancia adecuada. Luego hacemos el ensayo de como irán conectador los cables a la tarjeta controladora, pero sin soldar aún.

Para lograr que toda la luz emitida por los LEDs salga de la caja, debemos pintar los lados con pintura blanca. Esto genera la reflexión de la luz y se verá el efecto con más intensidad.

Ahora sí podemos proceder a instalar definitivamente las tarjetas. Se introduce el panel de LEDs en la caja, se pasan los cables de adentro hacia afuera y luego soldamos los cables a la tarjeta controladora. Para terminar, pegamos la tarjeta controladora en la parte de atrás de la caja, aplicando un poco de silicona caliente.

El micrófono Electret

El micrófono Electret es una variación del micrófono de condensador. Lo que lo hace diferente es que tiene un FET que pre amplifica la señal captada por el dieléctrico de dos placas  de polarización permanente.

microfono electret

 

 

 

 

 

Para nuestro proyecto le soldamos un cable dúplex, respetando la polaridad. Para saber cuál es el tierra o GND, basta con colocar el multímetro en continuidad y tocar con una punta la carcasa del micrófono y con la otra, cada pin de alimentación. En el pin que nos marque continuidad, ese será el tierra o común.
En el otro extremo del cable, colocamos un conector MOLEX de 2.54mm, que luego conectaremos en la tarjeta controladora. El micrófono lo podemos pegar sobre la caja con silicona caliente, teniendo en cuenta que quede mirando hacia el frente, para que pueda captar los sonidos de manera eficiente.

Prueba de funcionamiento del vúmetro

vumetro terminado

Lo ideal es probar el vúmetro antes de meterlo en la caja. Así, en caso de tener que cambiar algo, será más fácil. Sin embargo, si medimos cada componente antes de colocarlo en su respectiva placa y revisamos muy bien los circuitos impresos, no debería haber problema alguno.
Con una fuente de 12 voltios DC y una corriente de al menos un amperio, podemos alimentar nuestro vúmetro. No es necesario que sea una fuente regulada, podemos construir nuestra Fuente Simple, que se encuentra en la sección de Proyectos.
Otra opción es usar un adaptador de corriente comercial. Son baratos y fáciles de conseguir.

 

 

Ahora que hemos visto que nuestro vúmetro funciona perfectamente, procedemos a colocar una lámina de acrílico transparente martillado, que le dará una bella apariencia a los LEDs, ya que no se verán perfectamente, y sí se difumina mejor la luz que éstos emiten. Podemos asegurarlo con silicona caliente, al igual que el panel de LEDs.

 

Para lograr un terminado impecable, usaremos la tapa de la caja como marco para el acrílico. Le hacemos 4 perforaciones en cada esquina, y luego con un bisturí, cortamos todo el centro de la tapa, a borde de la pestaña que entra en la caja. Este trabajo se deba hacer despacio y con sumo cuidado, para que los cortes queden rectos y bien presentados.

 

vumetro rockola

Vúmetro totalmente terminado

 

Ahora que ya aseguramos el marco hecho con la tapa de la caja, tenemos el vúmetro listo para decorar nuestro cuarto o cómo lo dijimos al principio, puede ser un producto comercial para decorar nuestras videorockolas. Se me ocurre que se pueden colocar 2 de estos, uno a cada lado del monitor de la rockola. O inmediatamente debajo, a los lados, recordando las viejas rockolas Wurlitzer de los años 30s del siglo pasado.
Son muchas las posibilidades de uso de éste bello vúmetro. Ya es cosa de su creatividad e ingenio.

 

 

Una alternativa de caja para el vúmetro

 

La caja que mostramos en éste tutorial, la conseguimos en Bogotá Colombia, en la carrera 9ª, No 20-13, en una tienda llamada Alvensa. Claro  está que como no podemos garantizar que en todo el mundo sea posible encontrar una caja de estas dimensiones. Hemos decidido entregar en el archivo PDF, una plantilla para que ustedes mismos la fabriquen.

caja de papelmoldes papelpartes caja

Para construir la caja, debemos imprimir en dimensiones reales y en tamaño carta, los dibujos o plantillas de la caja. Los pegamos sobre cartón y dejamos secar. Luego los cortamos con un bisturí y procedemos a hacer los dobleces por cada línea para finalmente hacer los pegues correspondientes. Nosotros usamos pegante instantáneo y reforzamos las esquinas con cinta de enmascarar. Le dejamos un orificio en la esquina superior izquierda, para dejar por dentro el micrófono.

 

Vúmetro con LEDs de 10 milímetros

vumetro con leds 10mm

Aquí vemos una versión del vúmetro con LEDs de 10 milímetros. Caben perfectamente en la misma tarjeta o panel de LEDs y funcionan de maravilla.
Se puede usar cualquier tipo de LED que no supere un consumo de 30 miliamperios.
Esperamos que éste proyecto les sea de gran utilidad. Pueden darle la apariencia y el uso que deseen. Pienso que si se desarrollan con una buena presentación y calidad, se pueden llegar a comercializar en el mercado de rockolas. Y por qué no?  Hasta se pueden hacer módulos con varios de estos para colocar en bares o discotecas.

 

 

 

A contiuación veremos el video paso a paso del ensamble de éste vúmetro.

 

 

To watch the video in English, click here

 

 

 

 

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>>>Descargue aqui<<< El archivo PDF con el circuito impreso y la lista de materiales, necesarios para que pueda hacer éste vúmetro activado por micrófono.

<<<PROYECTOS<<<

 

 
 
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