Transmisie audio digitală laser simplă și ieftină: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

De când am făcut pistolul cu laser, m-am gândit să modulez laserul pentru a trimite audio, fie pentru distracție (un interfon pentru copii), fie poate pentru a transmite date pentru un pistol cu laser mai sofisticat, permițând unui receptor să-și dea seama de pe care a fost lovit. În acest instructable mă voi concentra pe transmisia audio.

Mulți oameni au creat sisteme de transmisie analogice modulate prin adăugarea semnalului audio analogic la sursa de alimentare a diodei laser. Acest lucru funcționează, dar are câteva dezavantaje grave, fiind în mare parte incapacitatea de a amplifica semnalul la capătul de recepție fără a introduce mult zgomot. De asemenea, liniaritatea este foarte slabă.

Am vrut să modulez laserul digital folosind un sistem PWM (Pulse Width Modulation). Diodele laser ieftine utilizate în proiectul pistolului laser pot fi modulate chiar mai repede decât un LED normal, până la milioane de impulsuri pe secundă, deci acest lucru ar trebui să fie foarte posibil.

Pasul 1: Dovada principiului (emițătorul)

Este complet posibil să construiți un emițător oarecum decent folosind un triunghi sau un generator din dinte de ferăstrău și comparând ieșirea acestuia cu intrarea semnalului cu un amplificator op. Cu toate acestea, este destul de greu să obții o liniaritate bună, iar numărul componentelor crește destul de repede, iar gama dinamică utilizabilă este adesea limitată. În plus, am decis că era permis să fie leneș.

Un pic de gândire laterală m-a îndreptat către un amplificator audio de clasă D ultra ieftin numit PAM8403. L-am folosit anterior ca un amplificator audio real în proiectul cu pistol laser. Face exact ceea ce ne dorim, lățimea pulsului modulând intrarea audio. Plăcile mici cu componentele externe necesare pot fi achiziționate de la eBay pentru mai puțin de 1 euro.

Cipul PAM8404 este un amplificator stereo cu o ieșire H-bridge completă, ceea ce înseamnă că poate conduce ambele fire către difuzor la șina Vcc (plus) sau la masă, cvadruplând efectiv puterea de ieșire comparativ cu acționarea unui singur fir. Pentru acest proiect putem folosi pur și simplu unul dintre cele două fire de ieșire, dintr-un singur canal. Când este în tăcere completă, ieșirea va fi condusă la o undă pătrată de aproximativ 230 kHz. Modularea prin semnalul audio modifică lățimea impulsului ieșirii.

Diodele laser sunt extrem de sensibile la supracurent. Chiar și un impuls de 1 microsecundă îl poate distruge complet. Circuitul prezentat previne exact acest lucru. Acesta va conduce laserul cu 30 miliamperi independent de VCC. Cu toate acestea, există chiar și cea mai mică deconectare a diodelor, tăind în mod normal tensiunea de bază a tranzistorului la 1,2 volți, dioda laser fiind imediat distrusă. Am suflat două module laser ca acesta. Vă recomandăm să nu construiți driverul laser pe o placă de măsurare, ci să-l lipiți pe o bucată mică de PCB sau în formă liberă într-o bucată de tub termocontractibil din spatele modulului laser.

Înapoi la transmițător. Conectați ieșirea PAM8403 la intrarea circuitului driverului laser și transmițătorul este terminat! Când este aprins, laserul este pornit vizual și nu poate fi detectată optic nicio modulație. Acest lucru are sens, deoarece semnalul se deplasează în jurul unei stări de pornire / oprire de 50/50 la sută pe o frecvență purtătoare de 230 kHz. Orice modulație vizibilă nu ar fi fost volumul semnalului, ci valoarea reală a semnalului. Numai la frecvențe foarte, foarte mici, modulația va fi vizibilă.

Pasul 2: Dovada principiului (receptorul, versiunea cu celule solare)

Am investigat multe principii pentru receptor, cum ar fi diodele cu fotografii PIN polarizate negativ, versiunile non-polarizate, etcetra. Schemele diferite au avut avantaje și dezavantaje diferite, cum ar fi viteza față de sensibilitate, dar majoritatea lucrurilor au fost complexe.

Acum aveam în grădină o lumină solară IKEA Solvinden care a fost distrusă de pătrunderea ploii, așa că am salvat cele două celule solare mici (4 x 5 cm) și am încercat cât de mult semnal ar fi produs, arătând pur și simplu dioda laser roșie modulată pe una dintre ele. Acest lucru sa dovedit a fi un receptor surprinzător de bun. Sensibil modest și cu o gamă dinamică bună, ca și în, funcționează chiar și cu o iluminare destul de strălucitoare din lumina soarelui.

Desigur, puteți căuta pe adică eBay celule solare mici de genul acesta. Ar trebui să vândă cu amănuntul pentru mai puțin de 2 euro.

Am conectat o altă placă de recepție a clasei PAM8403 D (care a scăpat și de componenta DC) și am conectat un difuzor simplu atașat la ea. Rezultatul a fost impresionant. Sunetul era destul de puternic și fără distorsiuni.

Dezavantajul utilizării unei celule solare este că acestea sunt extrem de lente. Purtătorul digital este complet șters și este frecvența audio demodulată care vine ca semnal. Avantajul este că nu este necesar deloc demodulator: doar conectați amplificatorul și difuzorul și sunteți în afaceri. Dezavantajul este că, deoarece purtătorul digital nu este prezent și, prin urmare, nu poate fi restabilit, performanța receptorului este complet dependentă de intensitatea luminii, iar sunetul va fi distorsionat de toate sursele de lumină rătăcite modulate în intervalul de frecvență audio, cum ar fi becurile, televizoare și ecrane de computer.

Pasul 3: Testează

Am scos emițătorul și receptorul pe timp de noapte pentru a vedea cu ușurință fasciculul și pentru a avea sensibilitatea maximă a celulei solare și a avut succes imediat. Semnalul a fost preluat cu ușurință la 200 de metri în jos, unde lățimea fasciculului nu era mai mare de 20 cm. Nu este rău pentru un modul laser de 60 de cenți, cu un obiectiv colimator fără precizie, o celulă solară eliminată și două module de amplificare.

Disclaimer minor: Nu am făcut această fotografie, ci am luat-o de pe un site de căutare bine cunoscut. Deoarece în acea noapte era un pic de umezeală în aer, fasciculul arăta într-adevăr așa când privea înapoi spre laser. Foarte mișto, dar asta nu este important.

Pasul 4: După gânduri: Construirea unui receptor digital

Construirea unui receptor digital, versiune diodă PIN

După cum sa spus, fără a regenera semnalul PMW de înaltă frecvență, semnalele rătăcite sunt foarte audibile. De asemenea, fără semnalul PMW regenerat la o amplitudine fixă, volumul și, prin urmare, raportul semnal-zgomot al receptorului depind în totalitate de cantitatea de lumină laser captată de receptor. Dacă semnalul PMW în sine ar fi suficient de disponibil la ieșirea senzorului de lumină, ar trebui să fie foarte ușor să se filtreze aceste semnale de lumină vagabondă, deoarece practic tot ce se află sub frecvența de modulație ar trebui să fie considerat vagabond. După aceea, simplificarea amplificării semnalului rămas ar trebui să producă un semnal PWM regenerat cu amplitudine fixă.

Dacă nu ați construit încă un receptor digital, dar ar putea fi foarte posibil utilizând o diodă PIN BWP34 ca detector. Ar trebui să se decidă asupra unui sistem de lentile pentru a crește aria de captare, deoarece BWP34 are o deschidere foarte mică, de aproximativ 4x4mm. Apoi faceți un detector sensibil, adăugați un filtru de trecere înaltă, setat la aproximativ 200 kHz. După filtrare, semnalul trebuie amplificat, decupat pentru a restabili semnalul original cât mai bine posibil. Dacă totul ar funcționa, am restabilit practic semnalul, deoarece a fost produs de cipul PAM și ar putea fi alimentat direct într-un difuzor mic.

Poate pentru o dată ulterioară!

O abordare diferită, profesioniștii!

Există oameni care transmit transmisii de lumină pe distanțe mult mai mari (câteva zeci de kilometri) decât cele prezentate aici. Nu folosesc lasere, deoarece lumina monocromatică se estompează mai repede la distanță într-un non-vid decât lumina multicromatică. Folosesc clustere cu LED-uri, lentile uriașe Fresnel și, desigur, parcurg distanțe mari pentru a găsi aer curat și linii lungi de vedere, citiți: munți. Și receptoarele lor au un design foarte special. Lucruri distractive care pot fi găsite pe internet.