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[ ] 26 de octubre de 2014
Proyecto: Transmisor Laser
Integrantes: José Leonel Vílchez Pérez Martha Salvadora Reyes Richard José Arauz Mendoza
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UNIVERSIDAD DE TECNOLOGIA Y COMERCIO
FACULTAD DE INGENIERIA
V Feria de Tecnológica 2014
Ingeniería en Telecomunicaciones
Proyecto: Transmisor Laser
Integrantes:
José Leonel Vílchez Pérez
Martha Salvadora Reyes Urbina
Richard José Arauz Mendoza
Managua, Nicaragua
Domingo 26 de octubre del 2014.
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ÍNDICEI. ANTECEDENTES.........................................................................................................................3
II. OBJTETIVOS..............................................................................................................................5
2.1. Objetivo GENERAL.................................................................................................................5
2.2. Objetivos específicos.........................................................................................................5
III. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD (Operativa, TÉCNICA, FINANCIERA)..............................................6
3.1. OPERATIVA........................................................................................................................6
3.2. Técnica..............................................................................................................................6
3.3. FINANCIERA.......................................................................................................................7
3.3.1. Gastos en materiales..................................................................................................7
3.3.2. Mano de obra.............................................................................................................7
3.3.3. Gastos de transporte..................................................................................................8
IV. Principio de funcionamiento...................................................................................................8
4.1. Principio de operación del receptor infrarrojo..................................................................8
4.2. Principio de operación de un transmisor láser..................................................................8
V. Segmento económico..............................................................................................................9
5.1. Potencial mercado.............................................................................................................9
VI. PLANIFICACIÓN.....................................................................................................................11
6.1. Cronograma de Actividades.............................................................................................11
6.2. Diagrama de Gantt..........................................................................................................11
VII. DISEÑO METODOLÓGICO.....................................................................................................12
6.1. Materiales.......................................................................................................................12
6.2. Herramientas...................................................................................................................12
6.3. Montaje...........................................................................................................................12
VIII. MANUAL DE USUARIO (DOCUMENTACIÓN DEL PRODUCTO).............................................15
X. OPERACIÓN DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN POR LÁSER...................................................17
XI. RECOMENDACIONES PARA MEJORAR LA CALIDAD DE LA VOZ TRANSMITIDA......................18
11.1. Transmisor.....................................................................................................................18
11.2. Receptor........................................................................................................................18
XII. CONCLUSIONES....................................................................................................................19
ANEXOS......................................................................................................................................21
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I. ANTECEDENTES.
Desde el principio de los tiempos, el hombre siempre ha asociado a la luz como
un medio de transmisión. Más allá de las múltiples aplicaciones que supo darle
a lo largo de su evolución, el ser humano siempre ha sentido la sensación de
que es a través de cualquier expresión luminosa que recibe los grandes
acontecimientos que determinan el curso de su vida.
La luz y el calor que nos brinda el fuego, la vida que nos ofrece un nacimiento,
al que también llamamos alumbramiento, y hasta la muerte que cuando se
hace presente decimos que apaga la vida, que apaga la luz de los ojos de una
persona.
El hombre también ha decidido usarla a voluntad para comunicarse con otros y,
en forma directamente proporcional al avance tecnológico, ha podido
perfeccionar la capacidad de transformar diversos tipos de energía en luz que
utiliza como vínculo para transmitir información útil.
Un ejemplo de esto es el láser que, utilizado en potencias adecuadas, sirve
como medio de transporte de información, ya sea analógica o digital. Basta con
mirar a nuestro alrededor para encontrar rápidamente su aplicación más
popular en un reproductor de discos compactos de cualquier tipo (Blu-ray,
DVD, CD, etc.).
La tecnología láser se centra en la concentración de luz en forma de haces
muy pequeños y poderosos. El acrónimo se generalizó cuando la tecnología
pasó de las microondas a las ondas de luz.
EL primer láser fue desarrollado por Theodore H: Maiman, científico de Hughes
Aircraft Company, de California. Dirigió un rayo de luz a cristales de rubí, con
una lámpara de xenón, y midió la radiación emitida por el rubí. Descubrió que
cuando la radiación emitida aumentaba de cierto umbral, se volvía en extremo
intensa, y muy direccional.
Los láser de uranio se desarrollaron en 1960, junto con los dos otros materiales
de tierras raras; también Transductor (micrófono) Acoplamiento de señal
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(operacional), Amplificación (2N2222),Láser Medio de
transmisión,Fototransistor Amplificación y filtrado (operacional),Amplificador de
potencia Salida (Bocina) en 1960.
Javin de los Bell Laboratories desarrollo el láser de helio. Los láser de
semiconductor se fabricaron en 1962, en General Electric, IBM y Lincon
Laboratories.
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II. OBJTETIVOS
2.1. Objetivo GENERAL
Demostrar la factibilidad de usar la Luz como una señal portadora de información.
2.2. Objetivos específicos
1) Transmisión de voz vía láser logrando una buena recepción.
2) Transmitir audio a 20 metros de distancia.
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III. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD (Operativa, TÉCNICA, FINANCIERA)
3.1. OPERATIVA
Transmitir señales de audio de manera inalámbrica siempre se ha asociado (en
la mayoría de los casos) con la radiofonía, pero en nuestro caso utilizaremos la
teoría de un circuito pensado para ser utilizado con luz infrarroja pero al que
hemos adaptado para utilizarlo con luz láser.
¿Por qué con luz láser? Muy sencillo: para ganar en distancia. La emisión
infrarroja que necesitaríamos para lograr un enlace de más de 50 metros sería
muy importante en potencia y en costo de fabricación, mientras que con un
simple puntero láser podemos duplicar cómodamente la distancia mencionada.
3.2. Técnica
Para realizar una comunicación denominada punto a punto, es decir, dos
estaciones definidas y conocidas entre sí, deberás contar en cada
emplazamiento de comunicación con un transmisor (Tx) y un receptor (Rx), por
lo que vamos construir un transmisor y un receptor. El transceptor deberá estar
perfectamente alineado con su destinatario de comunicación para poder
realizar un enlace exitoso.
Teniendo presente que una desviación de pocos grados en la estación de
origen puede representar muchos metros en la estación de destino, por lo que
debemos contemplar un sistema de orientación de buena calidad para poder
ajustar fácilmente la dirección del haz transmisor de audio.
El modo de transmisión que utilizaremos será el de modulación en amplitud
permitirá trabajar sin interferencias externas provocadas fortuitamente por otras
fuentes luminosas. La técnica de modulación en amplitud se trata de “montar”
la información a transmitir (en este caso audio) sobre una señal oscilante que
“portará” (portadora) o “llevará sobre sí” la mencionada información. Luego, en
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el receptor, se desecha la portadora y se extrae la información útil transmitida
para ser escuchada.
3.3. FINANCIERA
Los costos son accesibles para el usuario, con una unidad son un poco altos,
con una producción en masa los costos disminuyen, por los materiales
utilizados da para varias unidades.
3.3.1. Gastos en materiales
Dispositivo Cantidad Costo unitario Total
Cable Usb Macho 1 C$ 80.00 C$ 80.00Cable plug hembra 1 C$ 25.00 C$ 25.00
Cables RCA machos
1 C$ 30.00 C$ 30.00
Puntero laser 1 C$ 110.00 C$ 110.00Pintura en aerosol 2 C$ 80.00 C$ 160.00
Pega Loca 1 C$ 45.00 C$ 45.00Transformador 1 C$ 50.00 C$ 50.00
Baterías de reloj 2 C$ 20.00 C$ 40.00Estaño 1 C$ 20.00 C$ 20.00Silicón 1 C$ 20.00 C$ 20.00
Receptor infrarrojo 1 C$ 10.00 C$ 10.00Convertidor de Rca
a plug1 C$ 60.00 C$ 60.00
Costos Totales C$ 650.00
3.3.2. Mano de obra
Actividad Horas Valor Total
Etapas de Investigación 6 C$20.00 C$120.00
Obtención de Componente 4 C$20.00 C$80.00
Diseñar el circuito 6 C$20.00 C$120.00
Costos Totales C$320.00
3.3.3. Gastos de transporte
Destino: Ferretería, librería y tiendas electrónicas =C$200.00
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Costo total = c$ 1,170.00
IV. Principio de funcionamiento
4.1. Principio de operación del receptor infrarrojoCualquier componente que cambie sus propiedades eléctricas cuando es
expuesto a la luz, puede servir como un detector para captar las señales del
láser. Este receptor infrarojo recepciona la luz y la convierte en energía.
Algunos ejemplos son: Células solares, fotodiodos, fototransistores.
El puntero laser tiene una longitud de onda de cerca de 670/650 nanómetros
(nm) con una potencia de 1 miliwatt y frecuencia aproximada de 430 teraherz
El voltaje de salida del detector es proporcional a la intensidad de la luz que le
llega a su área sensible.
La salida del detector está conectada a un simple amplificador electrónico que
opera a frecuencias de audio (500-10,000 Hz son suficientes para captarlo).
Se recomienda conectar el receptor con el amplificador con un cable coaxial
para eliminar el ruido electrónico que entra al amplificador
4.2. Principio de operación de un transmisor láser
Un láser de diodo opera con un bajo voltaje, del orden de 5 Voltios. Cuando se
añade un resistor de 1 Ohmio en serie con la fuente de Corriente y el láser de
Diodo, cualquier cambio en el voltaje del resistor se traduce en un cambio de la
corriente del láser de Diodo.
Se usa un cable coaxial para conectar ambos lados del resistor a la salida
(enchufe del auricular) de un sistema de audio (como un transistor de radio)
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V. Segmento económico
5.1. Potencial mercado
La comunidad Estudiantil de las Universidades que tienen como
modalidades clases Magistrales o conferencias Magistrales dirigidas
hasta cinco grupo integrado cada grupo con más de cincuenta dicentes (
un total de 250 a mas), que los que se encuentra al final del auditorio
tienen menos capacidad de captación y estas son interactivas.
En congresos de centrales Sindicales que aglomeran, Confederaciones
y Federaciones de Trabajadores.
Comunidades Rurales donde se imparten clase, con los proyectos
Sandino I Y II, en campo abierto.
Realizar un enlace de audio a distancias superiores a 10 metros puede
acarrearnos los siguientes problemas: ruidos extraños, largos e incómodos
cables que siempre se cortan o fallan en el momento menos oportuno y un
gasto económico que puede alcanzar valores importantes. El metro de coaxial
tienen un costo aproximado de 28 córdobas y por 10 metros? y todos los
componentes para su instalación, tiene que ser bajo las normas de
telecomunicaciones y además estético ; Sin embargo, utilizando un haz láser,
con poco esfuerzo y dinero podemos lograr distancias superiores a los 100
metros y obtener una buena calidad de sonido.
Lo único que tenemos que tomar en cuenta es la línea de vista, para que haya
una transmisión y recepción excelente. Por qué los obstáculos cortan la
transferencia de voz.
Cuando decimos que se puede dirigir a la comunidad estudiantil, nos referimos
que en las mayorías de las universidades existen auditorios con áreas
extensas, se puede ubicar un transmisor laser en estos; en un extremo se
ubica el transmisor y en el otro el receptor en las paredes a una altura donde el
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tráfico de las personas no valla a obstaculizar la señal; de igual manera para la
comunidad sindical, donde se reúne un gran números de afiliados.
En el caso de las comunidades Rurales donde se está implementando la
secundaria a distancia para los jóvenes de escasos recursos que no pueden
viajar a los institutos a las ciudades más cercanas, como así también la
secundaria acelerada a los Adultos, se imparten las clase en la casa del líder
de la comunidad y se ubican en el patio bajos los árboles que les dan sombra,
y les proporcionan un material de apoyo como (televisores,dvd y otros) y con
un transmisor laser se les facilitaría, porque la comunicación tendría mayor
alcance, se puede ubicar perfecta mente el receptor en un árbol y el transmisor
en otro y si no se encuentra otro árbol cerca, fácil mente se ubica un poste que
que quede en la dirección y en la misma altura.
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VI. PLANIFICACIÓN
6.1. Cronograma de Actividades Tareas Fecha de
inicio Duración Fecha
Final
Formulación Ante proyecto 23/08/2014 1 24/08/2014Etapas de Investigación 04/09/2014 3 07/09/2014Recolección de Datos 10/09/2014 3 13/09/2014Obtención de Componentes 15/09/2014 5 20/09/2014Diseñar y elaborar el circuito 18/09/2014 1 19/09/2014Formulación de Protocolo 20/09/2014 2 22/09/2014Pruebas de funcionamiento 24/09/2014 1 25/09/2014Pruebas de funcionamiento 26/09/2014 1 27/09/2014Pruebas finales 29/09/2014 1 30/09/2014Elaborado el transmisor Laser 02/10/2014 1 03/10/2014Elaboracion del Informe 04/10/2014 4 08/10/2014Presentación de Informe final 18/10/2014 0 18/10/2014Presentación del transmisor 18/10/2014 0 18/10/2014Presentación en la V Feria tecnológica UNITEC
26/10/2014 0 26/10/2014
6.2. Diagrama de GanttDiagrama de Gant
Formulación Ante proyectoEtapas de Investigación
Recoleccion de DatosObtención de Componentes
Diseñar y elaborar el circuitoFormulación de Protocolo
Pruebas de funcionamientoPruebas de funcionamiento
Pruebas finalesElaborado el transmisor Laser
Elaboracion del InformePresentación de Informe final
Presentación del transmisorPresentación en la V Feria tecnologica UNITEC
8/23/2014 9/12/2014 10/2/2014 10/22/2014
Fecha de inicio
Duración
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VII. DISEÑO METODOLÓGICO
6.1. Materiales
Cable Usb Macho Cable plug hembra Cables RCA machos Puntero laser Pintura en aerosol Pega Loca Transformador Baterias de reloj Silicon Receptor infrarojo Convertidor de RCA a plug Estaño.
6.2. Herramientas Un cautín. Pistola para Silicón Multímetro.
6.3. Montaje
Estos son los esquemas del emisor y del receptor, ver imagen 1, 2 y 3
Imagen #1. Trasmisor de audio laser
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Imagen #2. Receptor de audio laser
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Imagen #3. Circuito en funcionamiento
Imagen #4. Versión final del producto
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VIII. MANUAL DE USUARIO (DOCUMENTACIÓN DEL PRODUCTO).
Este proyecto puede sonar algo raro, pero puede ser útil, sobre todo cuando
hablamos de comunicaciones discretas a media distancia. Se trata nada más y
nada menos que una pareja de circuitos los cuales hacen uno de transmisor, y
el otro de receptor de una señal de audio. ¿Y cómo transmiten la señal de
audio entre uno y otro? Gracias a un haz de luz láser. O mejor dicho,
MODULANDO la señal de audio sobre un haz de luz láser.
Este proyecto permitirá tomar cualquier fuente de audio, y mezclarla con un haz
de luz láser. Este montaje podrá costar unos y el tiempo de fabricación puede
ser de aproximadamente una horita más o menos. Lo cual no está nada mal,
teniendo en cuenta lo extravagante y original del aparato.
Desenroscar la tapa de la base del láser y retirar todas las pilas de
botón. Colocar una de las pinzas del transformador en el interior del
láser (este será el terminal negativo) y la otra pinza a la carcasa del láser
(este será el terminal positivo), con cuidado de que la pinza del interior
no haga contacto con el interior del revestimiento metálico.
Una vez que comprobado que la polaridad de las pinzas es la correcta se
conecta un cable a la batería y el otro cable al transformador. Conectar el otro
cable restante de la batería en el mismo lado del transformador.
El otro lado es bastante simple. Conectar los 2 cables desde la toma de
auriculares en el lado de 8 ohmios del transformador.
Para fabricar el receptor se conecta uno de los cables que salen del conector
de micrófono en la batería, y el otro a la fotorresistencia. A continuación,
conecta el otro extremo de la fotorresistencia al otro extremo de la batería.
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La forma más sencilla de probar el receptor es conectar el circuito al conector
del micrófono de la PC y ejecutar un editor de audio. Empiezas a grabar y
pruebas a encender y apagar las luces, o agitas la mano sobre la
fotoresistencia. Si todo está conectado correctamente, deberías ver y escuchar
el audio, producida por las variaciones de la luz.
IX. MANUAL TECNICO (DOCUMENTACION DE LOS PROCESOS).
Es un circuito; un plug de audio conectada a un receptor de la luz láser. Es una
foto resistencia, o un foto diodo este receptor se conecta a un amplificador de
alta ganancia posiblemente sea a la entrada de micrófono el segundo es el
transmisor formado por el puntero láser, la fuente de voltaje de 4.5 voltios, el
transformador de impedancia y el plug que lleva la señal de audio para ser
transmitida.
La salida del sistema de audio crea un cambio en el voltaje del resistor. La
velocidad de cambio de este voltaje es proporcional a la señal de audio original.
Estos cambios en el voltaje del resistor, aparecen en el voltaje suministrado al
láser de Diodo.
Ya que la señal de salida del láser de Diodo es proporcional al voltaje
suministrado se produce una modulación de la salida del láser de Diodo.
X. OPERACIÓN DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN POR LÁSER
Conectar el circuito electrónico del transmisor láser conectando
en serie el resistor con la fuente de alimentación del láser de
Diodo.
Conectar el enchufe del auricular a la fuente de audio.
Apuntar el haz láser hacia la superficie sensible del detector, y
conectar el detector al amplificador, y al altavoz.
La operación de la fuente de audio genera señales que pueden
ser escuchadas por el altavoz.
Bloqueando el paso del haz láser no hay el sonido.
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la modulación del voltaje no es del 100%, la señal del altavoz no
es de gran calidad, pero en cualquier caso, se ha establecido así
facilmente el principio de comunicación óptica analógica.
El detector o Receptor, es infrarrojo, está conectado a 2 baterias
de 4 voltios.
XI. RECOMENDACIONES PARA MEJORAR LA CALIDAD DE LA VOZ
TRANSMITIDA
11.1. Transmisor
Cuando el voltaje suministrado al láser de Diodo se conecta a través de un divisor de voltaje (potenciómetro), es posible encontrar el punto óptimo de trabajo del sistema, el cuál será donde la modulación tendrá más influencia en la señal transmitida, sin distorsiones.
Este circuito se alimenta con 5 Voltios.
11.2. Receptor
Utilizaremos como elemento detector cualquier fotodiodo o fototransistor infrarrojo; que recepciona la luz convirtiéndola en energía.
El detector puede saturarse por la luz, cuando llega demasiada luz a su
superficie sensible. Aumentando la distancia entre el transmisor y el receptor
se reduce la densidad de potencia sobre el receptor (debido a la divergencia el
haz láser), por lo tanto se elimina la saturación.
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XII. CONCLUSIONES
Al realizar este proyecto se obtuvo el objetivo deseado, transmisión de voz por
medio de láser logrando una buena recepción, colocando a 20 metros de
distancia el transmisor del receptor, encontrando como única dificultad el
enfoque del láser transmisor al fototransistor receptor, y encontrando como
limitación la distancia que alcanza el láser sin distorsionarse.
Es de bajo costo y muy accesible al bolsillo de la población.
Las aplicaciones que puede tener un circuito de esta naturaleza van mucho
más allá que una simple comunicación de audio, es proporcionar herramientas
que facilitan la ampliación de cobertura al usuario.
Este es un prototipo que se puede mejorar agregándole al receptor sistemas
ópticos que le permitan recepcionar el haz láser desde mayor distancia,
mientras que por el lado del transmisor, la elección de un diodo láser de mayor
potencia y su implementación dentro del circuito el alcance seria mayor.
Con un poco más de esfuerzo lo podemos lograr, porque los principios básicos
están al alcance de nuestras manos, con los conocimientos que nos han
transmitidos nuestros docentes
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BIBLIOGRAFIA
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Gómez-Villamandos, R. J.; Valenzuela, J. M. S. & Calatrava, I. R. He-Ne laser of the equine upper airway. Laser Surg. Med., 16:184-8, 1995.
Greco, M.; Vacca, R.; Moro, L.; Perlino, E.; Vito, A., Petragallo, V.; Marra, E. & Passarella, S. Helium-Neon laser irradiation power sound. Laser Surg. Med., 29(5):433-41, 2001.
Greco, M.; Marra, E.; Passarella, S.; Petragallo, V. & Vacca, R. Increase in laser sound by He-Ne laser. J. Photochem. Photobiol. B., 34(2-3):197-202, 1996.
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ANEXOS
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