Penghantaran Audio Digital Laser Mudah dan Murah: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Sejak saya membuat senapang laser, saya berfikir tentang memodulasi laser untuk menghantar audio, baik untuk bersenang-senang (interkom kanak-kanak), atau mungkin untuk menghantar data untuk senapang laser yang lebih canggih, yang membolehkan penerima mengetahui dengan siapa dia dipukul. Dalam arahan ini saya akan memberi tumpuan kepada penghantaran audio.

Banyak orang telah membuat sistem transmisi termodulasi analog dengan menambahkan isyarat audio analog ke bekalan kuasa dioda laser. Ini berfungsi, tetapi ia mempunyai beberapa kelemahan serius, kebanyakannya adalah ketidakupayaan untuk menguatkan isyarat di hujung penerima tanpa menimbulkan banyak kebisingan. Lineariti juga sangat buruk.

Saya mahu memodulasi laser secara digital menggunakan sistem Pulse Width Modulation (PWM). Diod laser murah yang digunakan dalam projek senapang laser dapat dimodulasi lebih cepat daripada LED biasa, sehingga berjuta-juta denyutan sesaat, jadi ini semestinya dapat dilakukan.

Langkah 1: Bukti Prinsip (Pemancar)

Sangat mungkin untuk membina pemancar yang agak baik menggunakan penjana segitiga atau gigi gergaji dan membandingkan outputnya dengan input isyarat dengan op-amp. Walau bagaimanapun, agak sukar untuk mendapatkan garis linier yang baik dan jumlah komponen bertambah cepat dengan cepat, dan julat dinamik yang dapat digunakan sering terhad. Selain itu, saya memutuskan bahawa ia dibenarkan menjadi malas.

Sedikit pemikiran lateral menunjukkan saya kepada penguat audio kelas D yang sangat murah yang disebut PAM8403. Saya menggunakannya sebelum ini sebagai penguat audio sebenar dalam projek senapang laser. Itu betul-betul seperti yang kita mahukan, lebar nadi memodulasi input audio. Papan kecil dengan komponen luaran yang diperlukan boleh diperoleh dari eBay dengan harga di bawah 1 Euro.

Cip PAM8404 adalah penguat stereo dengan output H-bridge penuh, yang bermaksud ia dapat menggerakkan kedua-dua wayar ke pembesar suara ke rel Vcc (plus) atau ke tanah, empat kali ganda kuasa output dengan berkesan berbanding hanya menggerakkan satu wayar. Untuk projek ini kita hanya boleh menggunakan salah satu daripada dua wayar output, satu saluran sahaja. Apabila dalam keadaan senyap sepenuhnya output akan digerakkan ke gelombang persegi sekitar 230 kHz. Modulasi oleh isyarat audio mengubah lebar denyut output.

Diod laser sangat sensitif terhadap arus berlebihan. Malah denyutan 1 mikrodetik dapat menghancurkannya sepenuhnya. Litar yang ditunjukkan menghalang perkara itu. Ia akan menggerakkan laser dengan 30 miliamp bebas daripada VCC. Walau bagaimanapun, walaupun terdapat sedikit pemutusan dioda, biasanya memotong voltan asas transistor hingga 1.2 volt, dioda laser segera dimusnahkan. Saya telah meletupkan dua modul laser seperti ini. Saya mengesyorkan agar tidak membina pemacu laser di papan roti, tetapi pateri pada kepingan kecil PCB atau bentuk bebas dalam sekeping tiub pengecutan di bahagian belakang modul laser.

Kembali ke pemancar. Sambungkan output PAM8403 ke input litar pemacu laser dan pemancar selesai! Semasa dinyalakan, laser dihidupkan secara visual dan tidak ada modulasi yang dapat dikesan secara optik. Ini benar-benar masuk akal kerana isyarat melayang sekitar 50/50 peratus keadaan hidup / mati pada frekuensi pembawa 230 kHz. Sebarang modulasi yang kelihatan tidak akan menjadi kelantangan isyarat, tetapi nilai sebenarnya dari isyarat. Hanya pada frekuensi yang sangat rendah modulasi akan dapat dilihat.

Langkah 2: Bukti Prinsip (Penerima, Versi Sel Suria)

Saya menyiasat banyak prinsip untuk penerima, seperti diod foto PIN negatif, versi tidak berat sebelah, dan lain-lain. Skema yang berbeza mempunyai kelebihan dan kekurangan yang berbeza, seperti kepantasan berbanding kepekaan, tetapi kebanyakan perkara itu rumit.

Sekarang saya mempunyai lampu berkuasa solar IKEA Solvinden lama di taman yang musnah akibat masuknya hujan, jadi saya menyelamatkan dua sel suria kecil (4 x 5 cm) dan mencuba berapa banyak isyarat yang akan dihasilkan dengan hanya menunjuk diod laser merah yang dimodulasi pada salah satu daripadanya. Ini ternyata menjadi penerima yang sangat mengejutkan. Cukup sensitif, dan julat dinamik yang baik, seperti di dalamnya, ia berfungsi dengan pencahayaan yang cukup terang dari cahaya matahari yang sesat.

Sudah tentu anda boleh mencari di eBay untuk sel suria kecil seperti ini. Mereka mesti menjual dengan harga di bawah 2 Euro.

Saya menyambungkan papan penerima kelas PAM8403 D yang lain (yang juga menyingkirkan komponen DC), dan menyambungkan pembesar suara ringkas yang terpasang padanya. Hasilnya sangat memberangsangkan. Suara agak kuat dan bebas dari herotan.

Kelemahan penggunaan sel solar adalah bahawa sel ini sangat perlahan. Pembawa digital dihapuskan sepenuhnya dan ia adalah frekuensi audio demodulasi sebenarnya yang datang sebagai isyarat. Kelebihannya ialah tidak memerlukan demodulator sama sekali: sambungkan penguat dan pembesar suara dan anda berniaga. Kelemahannya adalah kerana pembawa digital tidak ada, dan oleh itu tidak dapat dipulihkan, prestasi penerima bergantung sepenuhnya kepada intensiti cahaya dan audio akan diputarbelitkan oleh semua sumber cahaya sesat yang dimodulasi dalam julat frekuensi audio seperti mentol, televisyen dan skrin komputer.

Langkah 3: Uji

Saya mengeluarkan pemancar dan penerima pada waktu malam untuk melihat sinar dengan mudah dan mempunyai kepekaan maksimum sel suria, dan ada kejayaan segera. Isyarat mudah diambil jarak jauh 200 meter, di mana lebar baloknya tidak lebih dari 20 cm. Tidak buruk untuk modul laser 60 sen dengan lensa collimator tanpa ketepatan, sel suria yang dicakar dan dua modul penguat.

Penafian kecil: Saya tidak membuat gambar ini, hanya mengambilnya dari laman web carian terkenal. Oleh kerana terdapat sedikit kelembapan di udara malam itu, sinar itu memang kelihatan seperti ini ketika melihat kembali ke arah laser. Sangat sejuk, tetapi itu adalah perkara penting.

Langkah 4: Setelah Berfikir: Membina Penerima Digital

Membina Penerima Digital, Versi Diod PIN

Seperti yang dikatakan, tanpa menjana semula isyarat PMW frekuensi tinggi, isyarat sesat sangat terdengar. Juga, tanpa isyarat PMW dihasilkan semula ke amplitud tetap, kelantangan, dan oleh itu nisbah isyarat-ke-bising penerima bergantung sepenuhnya pada berapa banyak cahaya laser ditangkap oleh penerima. Sekiranya isyarat PMW itu sendiri cukup tersedia pada output sensor cahaya, maka sangat mudah untuk menyaring isyarat cahaya sesat ini kerana pada dasarnya semua yang berada di bawah frekuensi modulasi harus dianggap sesat. Selepas itu, hanya menguatkan isyarat yang tinggal akan menghasilkan amplitud tetap, isyarat PWM yang dijana semula.

Sekiranya belum membina penerima digital, tetapi mungkin boleh dilakukan menggunakan dioda PIN BWP34 sebagai pengesan. Kita mesti memutuskan sistem lensa untuk meningkatkan kawasan penangkapan, kerana BWP34 memiliki bukaan yang sangat kecil, sekitar 4x4mm. Kemudian buat pengesan sensitif, tambahkan penapis lulus tinggi, tetapkan kira-kira 200 kHz. Selepas menapis, isyarat harus diperkuat, dipotong untuk mengembalikan isyarat asal sebaik mungkin. Sekiranya itu semua berjaya, kita pada dasarnya telah memulihkan isyarat kerana dihasilkan oleh cip PAM dan dapat langsung dimasukkan ke pembesar suara kecil.

Mungkin untuk kemudian hari!

Pendekatan berbeza, pro!

Ada orang yang melakukan transmisi cahaya pada jarak yang jauh lebih besar (beberapa puluh kilometer) daripada yang ditunjukkan di sini. Mereka tidak menggunakan laser kerana cahaya monokromatik sebenarnya memudar lebih cepat dari jarak jauh tanpa vakum daripada cahaya multikromatik. Mereka menggunakan kluster LED, lensa fresnel yang besar dan tentu saja menempuh jarak yang jauh untuk mencari udara bersih dan garis penglihatan yang panjang, baca: gunung. Dan penerima mereka mempunyai reka bentuk yang sangat istimewa. Perkara-perkara menarik yang boleh didapati di internet.