Mandrágora con sonido

Descripción: Soporte para maceta que emite un chillido cuando se acerca alguien. Se trata de recrear la escena de la famosa saga Harry Potter en la que aparece dicha planta.

Materiales empleados

• Sensor Sharp GP2Y0A02
• Arduino Nano
• Parlante de 8 ohm 3cm diámetro de la bobina.
• Amplificador PAM8403
• Reproductor grabador de sonidos ISD1820
• 7805 (no necesario)
• Dos condensadores de 47uF (no necesarios)
• PCB de soldadura 5x7cm.
• Interruptor 20x13mm
• Conector DC 8mm diámetro.

Detector de obstáculo

El sensor de distancia Sharp GP2Y0A02 permite obtener la distancia entre el sensor y algún objeto dentro del rango de 20 a 150 cm. Integra tres dispositivos: Un diodo emisor de infrarrojos (IRED), un detector sensitivo de posición (PSD) y un circuito procesador de señales.

El dispositivo entrega una salida en voltaje correspondiente a la distancia de detección. También se puede utilizar como un sensor de proximidad con la ayuda de un comparador o mediante software. La diferencia en la reflectividad de los materiales, así como la temperatura de funcionamiento, no afectan en gran medida la operación de este sensor debido al método de detección usado basado en triangulación.

Para obtener la distancia en cm. se recomienda tomar como guía la gráfica voltaje vs. distancia incluido en el datasheet. Para hacer las lecturas en cm se puede usar las siguientes fórmulas:

distancia(cm) =[ 6787 / (lectura Voltios – 3) ] – 4

• Distancia de medición: 20cm a 150cm
• Salida: Voltaje Analógico (1V-3.3V)
• Voltaje de alimentación: 4.5V-5.5V DC
• Consumo de corriente: 33mA
• Conexión: Conector JST PH de 3 pines (cable con conector incluido)
• Dimensiones: 29.5*13*21.6 mm

Pines de conexión

• 1: VO (Voltaje de salida)
• 2: GND (Tierra 0V)
• 3: VCC (+5VDC)

• Datasheet SHARP GP2Y0A02
• Guía Sensores Sharp
• Guía Sensores IR Sharp – Society of Robots
• Guía de Linealización de sensores Sharp
• Librería SharpIR para Arduino

Reproductor / grabador de sonido

Este módulo autónomo integra el IC ISD1820, que es capaz de guardar un archivo de audio y reproducirlo. Este chip incluye una memoria no volátil para almacenar el mensaje de voz, sin consumo de energía adicional por mantenerlo. El módulo integra un micrófono en la placa para la grabación del mensaje y un altavoz externo, además de incorporar un amplificador para poder usar el altavoz directamente.

El módulo incorpora tres pulsadores:

• REC: Mantenlo pulsado para grabar un nuevo mensaje de voz, suéltalo para dejar de grabar
• PLAYE: Reproduce el mensaje de voz hasta el final, o púlsalo de nuevo para parar
• PLAYL: Reproduce el mensaje de voz en bucle mientras se mantenga pulsado, suéltalo para dejar de reproducir

El módulo incluye dos puentes:

• FT: Conecta directamente el micrófono con el altavoz, como un megáfono
• P-E: Reproducción en bucle y sin necesidad de pulsar el botón de PLAY

Los pines de conexión:

• VCC y GND: Alimenta el módulo con 3,3V (preferido)
• FT: Mantén a nivel alto para conectar el micrófono con el altavoz, como un megáfono
• P-L: Pasa a nivel alto, reproduce el mensaje de voz y termina
• P-E: Mantén a nivel alto para reproducir el mensaje, se detiene cuando pasa a nivel bajo
• REC: Mantén a nivel alto para grabar un nuevo mensaje de VOZ

El módulo incluye un LED que se ilumina cuando se está grabando un nuevo mensaje de voz.

La retención del mensaje del clip es de hasta 100 años y permite hasta 100.000 ciclos de borrado y grabación. El tiempo de grabación es de entre 8 y 20 segundos, esto depende de los valores de las resistencias que tenga en la PCB.

El altavoz que usaremos será de 8ohm y una dimensión 30mm de bobina, esto es importante para que encaje en el lugar adecuado.

En el proyecto usaremos el pin digital D2 para activa la reproducción del sonido.

La grabación se realizará manualmente presionando el botón rojo directamente.

Amplificador de sonido

El PAM8403 es un amplificador de audio dual de 3W por cada una de sus salidas, correspondientes a los bafles derecho e izquierdo, este amplificador es de clase D. Ofrece baja THD + N, lo que le permite lograr una reproducción de sonido de alta calidad. La nueva arquitectura sin filtro permite que el dispositivo accione el altavoz directamente, sin necesidad de filtros de salida de paso bajo, generando ahorro de los costes del sistema y el área de PCB.

Especificaciones técnicas

• Referencia: PAM8403 clase D
• Voltaje de operación: DC 2.5V~5.5V
• Voltaje de entrada recomendado: 5V (2A)
• Corriente de salida 2A~3A
• Potencia de salida: 0.45W~3.2W por canal
• Impedancia de salida: 4~8 Ohm
• Filtro: LC
• Eficiencia: 83%~87%
• THD + N (total de distorsión de harmónicos): 0.11%~0.15%
• Temperatura de operación: -40°C~85°C

Usaremos solo uno de los canales en el proyecto .

Interruptor

Dimensiones 20×13 mm aproximadamente.

Placas de soldadura

El tamaño debe ser 5x7cm

Conector DC hembra

El diámetro idóneo es menor de 8mm.

Esquema de conexión

La etapa de alimentación está compuesta por un 7805 y dos condensadores que nos permitirán alimentar el circuito con una fuente limpia necesaria para la emisión de sonido. Es recomendable alejar lo posible el sector que se encarga del sonido del resto del circuito.

Usaré un solo canal de entrada pues no busco calidad stereo. El amplificador que uso es pequeño y económico así que no espero grandes resultados. El reproductor del sonido lo enviará solo por un cable (+), omitiendo en mi caso la masa que quedará al aire. El parlante será de 8 ohm. Cada uno de los componentes se alimentan de 5V y la misma masa excepto el ISD1820 que debe conectarse a 3.3V como se recomienda en el datasheet aunque puede funcionar a 5V.

Estructura

Caja de gran tamaño 20x25x6 cm. Usar para la electrónica una placa 5x7cm.

Son dos archivos STL listos para imprimir. 

Uno es la caja en sí y el otro es la abrazadera que bloqueará el parlante de 30mm de diámetro.

La tornillería aconsejo que sean tornillos de madera de 3x10mm.

No tiene tapadera por debajo para poder acceder al botón de grabación del ISD1820.

Montaje final

Programación

Se ha convenido que la distancia de detección de la persona sea sobre unos 40cm.

El pin que activará el sonido será el D2 y este sonará hasta que se termine la locución pues el nivel alto se aplicará al PLAYE del ISD1820. 

El sensor de distancia se conectará en uno de los pines analógicos (A0).

#include <SharpIR.h>

#define ir A0
#define model 20150
// ir: the pin where your sensor is attached
// model: an int that determines your sensor:  1080 for GP2Y0A21Y
//                                            20150 for GP2Y0A02Y
//                                            (working distance range according to the datasheets)

SharpIR SharpIR(ir, model);

void setup() {
  pinMode(2, OUTPUT);
}

void loop() {
  delay(10);
  int dis = SharpIR.distance();  // this returns the distance to the object you're measuring
  if (dis < 40) {
    digitalWrite(2, HIGH);
    delay(100);
  }
  digitalWrite(2, LOW);
}

Librerías

La librería permite seleccionar el modelo del sensor que se usará, en nuestro caso el 20150 para el  GP2Y0A02Y que permite una distancia mesurable de 20 a 150cm.

El pequeño problema es que la distancia de 0 a 20 cm la interpreta erróneamente, pero para el caso que nos ocupa no nos importa pues se trata tan solo de detectar un obstáculo que se acerca y se activará el sonido a la distancia de 40cm.