Laser Game 0: Preliminar

Estamos estudiando en http://www.webdearde.com el diseño de la electrónica para un juego tipo “laser game” de pistolas láser y chalecos detectores. Una de las características del diseño es que ha de ser de fácil construcción por uno mismo para hacerlo en un taller en la Campus Party 2007 (http://web6.campus-party.org)

En principio hay que probar como de fácil es detectar el láser con fiabilidad. Por precio y disponibilidad voy a usar un láser de llavero de los “chinos”, pero modulado para evitar interferencias y falsas detecciones. Tanto el emisor modulado como el receptor están basados en este diseño:
http://www.mondotronics.com/PDFs/3-337_Mod_IR_v22.pdf

Este es láser de juguete usado, que emite luz roja de 680 nm, ya desmontado:

Puntero láser desmontado

Puede observarse:

1. Conexión del polo negativo de las baterías
2. Pulsador de encendido
3. Resistencia limitadora de corriente de 47 Ohmios
4. Carcasa del diodo láser
5. Muelle de ajuste de la lente
6. Lente de convergencia del haz
7. Tornillo de ajuste de la lente

El diodo láser usado tiene una caída de tensión de 2,3 V, y una resistencia limitadora de 47 Ohmios. Al estar alimentado con 3 pilas de botón LR44 de 1,5 V (4,5 V en total) circula una corriente de 47 mA en continuo.

Yo alimento el láser a 66 mA más o menos, despreciando la Vce de saturación del BC337, y alimentándolo a 4,5 V obtengo una resistencia limitadora de 33 Ohmios. Sin embargo al usar una con onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50% la corriente media queda en 33 mA. Alimentándolo a 5V serían 81 mA instantáneos, 40,5 mA medios. También he variado algunos valores para conseguir 3,3 Khz, que es la frecuencia que he usado, y he incluido un inversor con BC 177 para encender un LED verde cuando detecto la señal, luego me he dado cuenta de que es innecesario pero ya lo había montado. En general lo he montado adaptándolo a lo que tenía a mano.

Esquema 1

Estos son los dos prototipos idénticos de emisor/receptor. En el de la izquierda solo uso la parte receptora y en la derecha solo la parte emisora. Puede verse el diodo láser con su carcasa pero sin la resistencia limitadora ni el pulsador. Esas funciones las hace el emisor. En el receptor he usado un fototransistor de desguace de una disquetera de 5 y 1/4 pulgadas, no conozco sus características pero responde muy bien al láser.

Prototipos

Los elementos que se ven en la imagen son:

1. Led verde, testigo de recepción de la señal.
2. Fototransistor del eceptor.
3. Diodo láser del emisor.
4. Receptor, el zócalo vaccío es para pruebas.
5. Emisor, al ir separado lo puedo alejar mucho del receptor. Lo alimento con una pila de 4,5V.

He regulado el potenciómetro de 50K multivuelta del emisor para que el oscilador del PLL trabaje a 3,3 Khz, porque me ha parecido una buena frecuencia. Luego he encarando emisor y receptor y regulando el potenciómetro del receptor hasta que ha detectado la señal con seguridad. En las pruebas realizadas con este montaje detecta con mucha fiabilidad, y el PLL engancha en ms, hasta más de 10 metros de distancia. No es muy crítico el enfoque, el láser es malucho y tiene bastante divergencia, con muy poco láser que vea el fotodiodo ya detecta. Es totalmente inmune a la luz ambiente, o a la luz sin modular. Solo responde a la luz de la frecuencia ajustada en el PLL.

Para ampliar el área de detección habría que poner algún tipo de difusor o reflector para capturar la luz láser y que la reciba el fototransistor. En esta prueba uso un difusor de un sensor PIR, puede verse el punto rojo del láser emitido desde 5 metros. Aunque el fototransistor no está mirando al punto detecta perfectamente la señal. Con este difusor se detecta el láser en un área de 50 x 50 mm desde 10 metros (para probar a más distancia tengo que salirme a la calle…). El led verde encendido indica que el PLL ha enganchado y que la señal recibida es estable.

Funcionando 1

Este otro difusor es fácil de construir, se trata de una lámina de metacrilato roja de 3 mm de grueso. Mediante una lima la he mecanizado con forma de cuña, y la he lijado para hacerla translúcida. La idea es que conduzca la luz desde el ángulo de la cuña al fototransistor.

Difusor 1

En este caso la superficie de detección es de 25 x 25 mm pero con la ventaja de que el fototransistor no se coloca detrás del difusor, sino en un lado, con lo que el grueso del conjunto es de sólo 3 mm. En esta foto recibe el láser en el difusor muy lejos del fotodiodo, emitido desde 4 metros. El difusor conduce suficiente luz como para que el fototransistor lo detecte.

Difusor 2

Esto es un éxito, funciona sin necesidad de lentes, tubos ni elementos complejos o voluminosos. Creo que esto ya es un punto de partida, ahora solo falta el micro, la emisión y detección ya tienen una solución.

Mejoras: no usar PLL, hacer la emisión y la recepción con el PIC, por software. Tiene la ventaja de que es mucho más estable por el cristal del PIC. El inconveniente es que se complica el programa. No emitir onda cuadrada al 50%, sino al 10% ON, 90% OFF, y aumentar la corriente instantánea en el láser. Se consigue más alcance al haber más potencia instantánea, con la misma potencia media.
Más cosas…

He como el punto láser es muy pequeño es importante aumentar la superficie de detección con algún elemento transmisor de luz de gran superficie que la concentre en el fototransistor. Anteriormente me he referido a “difusor” o “reflector”, creo que la palabra correcta para designarlo es transflector porque el elemento ha de reflejar y transmitir la luz hacia una zona determinada.

Este modelo hecho con metacrilato de 6 milímetros de grueso permite un área de detección de 50 x 50 mm, bastante grande. Se construye en unos minutos con una sierra de metal (para un material tan blando mejor de 18 dientes por pulgada) y una cartulina blanca que yo he sujetado con un clip de papelería, pero convendría pegarla.

Difusor 3

En la foto puede apreciarse también el fototransistor que he usado, era de un detector de herradura de una HP690, da una sensibilidad muy buena. Aquí abajo el detector funcionando, he dirigido el punto láser a una esquina para ver que detecta bien en la periferia del transflector.

Difusor 4

Como no tengo las características técnicas del fototransistor que he usado en las pruebas es difícil que otros realicen el mismo montaje con los mismos resultados. He probado todos los fototransistores que tenía y el que mejor resultados ha producido es el BPW77, aunque no es el más apropiado.

De estas pruebas he sacado las siguientes conclusiones:

* NO usar fototransistores “oscuros”, llevan filtro de luz visible y solo responden a longitudes de onda de infrarrojo (normalmente más de 800 nm) . El láser emite un espectro muy estrecho de luz roja en 680 nm y no lo ven.
* NO usar fotodiodos. La corriente de polarización del fototransistor es bastante alta, un fotodiodo no funcionará.
* NO usar el fototransistor del CNY70, trabaja en 950 nm, ya lo he probado y da una respuesta muy mala.
* PROBAR los fototransistores de los detectores de herradura. Normalmente no llevan filtro de luz visible y dan una respuesta muy buena, mucho mejor que con el BPW77. He probado con un HA21A1, un P802, uno de una HP690C (con el que he hecho las fotos) y un OPB1740. Todos estos me han dado un resultado estupendo, similar al fototransistor de disquetera.

En el mi esquema es posible eliminar el transistor PNP BC177 y la resistencia de 10K que lleva en la base y conectar directamente el LED verde y su resistencia de 330 Ohmios entre la pata 8 del LM567 y el positivo de la alimentación. No me había dado cuenta de que es una salida en colector abierto que soporta hasta 100 mA. Como el LED verde tiene más caída de tensión que uno rojo (alrededor de 2,V) con una resistencia limitadora de 330 Ohmios queda poca corriente (5V – 2,14V) / 330 Ohmios = 8,6 mA, se puede poner una de 220 Ohmios para darle más brillo (5V – 2,14V) / 220 Ohmios) = 13 mA.

Un pensamiento en “Laser Game 0: Preliminar

Los comentarios están cerrados.