Furgalladas

El estroboscopio básicamente es un aparato parecido a una linterna que emite pulsos de luz a una determinada frecuencia. Lo utilizamos en la carrera junto con una cubeta de ondas para medir visualmente la frecuencia de una onda. Desde aquellas, lógicamente no ha caído ninguno en mis manos, pero me ha picado la mosca de volver a montar todo el setup de las prácticas (cubeta de ondas incluida…eso irá en el futuro). Y, dándole vueltas a la cabeza, realmente construir un estroboscopio no es nada complicado electrónicamente hablando, así que me puse manos a la obra, y este es el resultado:

Y los experimentos que se pueden hacer, a mayores que los de la cubeta de ondas, la verdad es que son bastante divertidos… Podéis ver un vídeo al final del post.

Introducción

Sobre el estroboscopio, hay mucha información por internet, por ejemplo, en la entrada de la wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Estroboscopio

Pero voy a intentar explicar como funciona a mi manera. Realmente el funcionamiento es muy sencillo: como he dicho, lo que hace el estroboscopio es emitir pulsos de luz de forma periódica, es decir, enciende un conjunto de leds un determinado tiempo (milisegundos o microsegundos), y los apaga otro determinado tiempo (otros tantos milisegundos), y repite esto indefinidamente.

Qué permite esto: que si tenemos un objeto que se mueve de forma periódica (ejemplo, un motor, una cuerda de guitarra vibrando…), si hacemos coincidir la frecuencia de encendido y apagado con la frecuencia a la que se mueve el objeto, lo veremos aparentemente quieto, pese a estar moviéndose.

Pongamos un ejemplo: imaginaos que tenéis un ventilador funcionando y girando e iluminado con luz solar o con una bombilla de las incandescentes (es decir, sin interrupciones… las bombillas de leds, dependiendo de cuales, pueden tener cierto efecto parpadeo que no detectamos). Vuestro cerebro lo que ve, en lugar de ver cada una de las aspas del ventilador, es un borrón (al girar las aspas, el cerebro no es capaz de determinar los márgenes de las mismas).

Pero,  ¿qué sucede si pudiésemos abrir los ojos durante un pequeño instante de tiempo, ver cómo están las aspas, luego cerrar los ojos mientras que las aspas dan una vuelta entera y volverlos a abrir otro pequeño instante, cuando las aspas vuelven a pasar por el punto donde estaba a principio? El cerebro «vería» siempre la misma imagen, la que vio cuando tenía los ojos abiertos. Cuando están los ojos cerrados, no tiene información. Pues eso es lo que trata de emular el estroboscopio, iluminar el objeto siempre en la misma posición y apagar la luz mientras gira y vuelve a la posición inicial, para crear la ilusión a nuestro cerebro de que el objeto está parado.

Como he dicho, hay mucha info por internet, donde podéis profundizar más acerca del efecto estroboscópico, por ejemplo: https://hmong.es/wiki/Strobe.

 

Materiales

Para hacer este proyecto, necesitaréis:

• Placa arduino nano
• Transistor 2n3904
• 5mm led blanco (yo usé 12)
• Resistencias (ver esquemático para valores)
• Interruptor deslizante
• Placas microperforadas 5x7cm ) (https://es.aliexpress.com/item/1005003113105544.html?spm=a2g0o.productlist.main.15.42343e63ak6vRK&algo_pvid=723dfc42-eb6a-444d-9481-03146c744dfd&algo_exp_id=723dfc42-eb6a-444d-9481-03146c744dfd-7&pdp_ext_f=%7B%22sku_id%22%3A%2212000024321380872%22%7D&pdp_npi=2%40dis%21EUR%215.77%214.26%21%21%21%21%21%402100b88516659528105921716d073c%2112000024321380872%21sea&curPageLogUid=98OdB554IlvU)
• conector batería
• Encoder rotatorio (https://es.aliexpress.com/item/1005001688276876.html?spm=a2g0o.ppclist.product.2.450c9cD99cD9tl&pdp_npi=2%40dis%21EUR%21%E2%82%AC%200%2C45%21%E2%82%AC%200%2C45%21%21%21%21%21%40211b5e2c16630990316016632ea937%2112000017139100723%21btf&_t=pvid%3Af0f29af5-81bc-4525-83ec-6e8c161b865b&afTraceInfo=1005001688276876__pc__pcBridgePPC__xxxxxx__1663099031&gatewayAdapt=glo2esp)
• Pulsador
• Pantalla OLED SD1306 (https://es.aliexpress.com/item/4001293943726.html?spm=a2g0o.ppclist.product.2.1ac3l6l1l6l15c&_t=pvid%3Aa5c5c52d-747d-4a8a-b212-771a9447f06f&afTraceInfo=4001293943726__pc__pcBridgePPC__xxxxxx__1663098977&gatewayAdapt=glo2esp)
• Carcasa de un viejo cd (para hacer el cristal frontal)

He puesto los leds y las resistencias en una de las placas microperforadas y en la otra el resto de la electrónica.

Aquí tenéis el esquemático:

Rotary Encoder

Aparte de la pantalla OLED que es la primera vez que la uso, he querido experimentar un poco con el rotary encoder. Así hago la interfaz de manejo un tanto más ágil y moderna. Hay librerías por ahí pero me apetecía hacer yo una desde scratch.

El rotary encoder básicamente es un elemento pasivo y mecánico. Utilizamos uno de dos salidas que permite sólo codificar la dirección de giro. Tenéis más información en la wikipedia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder.

Para poder detectar el sentido de giro, primero necesito caracterizar la señal de salida. El rotary encoder al final es un dispositivo mecánico: dos interruptores que, al girar, van haciendo contacto. Así que conecté a las entradas dos resistencias y alimentación, puse el osciloscopio, y esta es la señal que saca cuando un usuario lo hacer girar:

Como veis, si muestreamos cada milisegundo, podemos hacer una minimáquina de estados para detectar el movimiento. Básicamente esta es la que he implementado:

Código

He subido el código al repo de gitlab (https://gitlab.com/mcarpacho/stroboscope). El código tiene licencia MIT. Lo iré manteniendo a medida que vaya viendo bugs o que vea que se puede mejorar la interfaz de funcionamiento.

Riesgos

Parece una tontería, pero los seres humanos tenemos algunos bugs simpáticos… y las luces que generan los estroboscopios pueden tumbar a algunas personas, les puede provocar ataques epilépticos (por eso se nos avisa cuando encendemos la play o la wii o en ciertas películas de la tele). Así que, si os empezáis a sentir mal, mareados…. , apagad el estroboscopio de inmediato. No es agradable tener un ataque epiléptico.

Testeo

Para comprobar que el estroboscopio funcionaba correctamente, y que la frecuencia de parpadeo y anchura del pulso es correcta, lo mejor es utilizar un osciloscopio y ver que, realmente lo que estoy mostrando en el display OLED es correcto.

En las pruebas que he hecho, la verdad es que la precisión es bastante aceptable:

• Para un periodo de 1ms y anchura de pulso de 700ms, con el oscilo medí 1khz de frecuencia y anchura, 700us… clavao:

• Para la velocidad de giro del ventilador (67.5ms de periodo), nos da una lectura el estroboscopio de 68.700, es decir, un 1.5% de error… bueno, tampoco está tan mal… aunque tengo pendiente ver dónde se me van esos ms…

Diseño 3d

La idea del estroboscopio es hacerlo portable y manejable, como si fuese un aparato comercial, de modo que le he hecho una caja a medida de la electrónica. Podéis descargarla de aquí. He utilizado una impresora Elder Creality 3 y PLA negro y gris metalizado. Y para proteger los leds, he utilizado un trozo de una caja transparente de cds… reutilizando a tope!

Experimentos con el estroboscopio

Hay unos cuantos experimentos que podéis hacer con el estroboscopio:

• Verificar la frecuencia de una cuerda de guitarra: las cuerdas de guitarra vibran a una determinada frecuencia que podéis analizar con el propio afinador de la guitarra o con algún programa del móvil (hay un montón, spectrometre, o guitar tuna… eses programas te ponen incluso la frecuencia en Hz. Ajustando la frecuencia de vibración en el estroboscopio, podéis ver la cuerda estática, pese a que la estéis punteando.
• Efecto de las gotas de agua cayendo y vibrando: Se trata de conectar a un altavoz emitiendo un tono a una determinada frecuencia. una pequeña manguera que echa agua para que la manguera vibre a la misma frecuencia del altavoz, y poder así ver un patrón de dispersión de las gotas. Es un experimento muy chulo, la verdad.
• Medir velocidad de giro de objetos: por ejemplo un ventilador. Ajustando el estroboscopio podéis determinar fácilmente a qué velocidad gira, y crear la ilusión óptica de hacer que las palas vayan hacia atrás en lugar de hacia adelante.
• Medir la velocidad de giro del tambor de la lavadora: este vídeo no he conseguido grabarlo bien, por culpa de los reflejos de la tapa, pero también es chulo.

Y por fin, aquí tenéis el vídeo de demo: