Enkel og billig laser digital lydoverføring: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Helt siden jeg laget laserpistolen, har jeg tenkt på å modulere laseren for å sende over lyd, enten for moro skyld (en barnesamtaler), eller kanskje for å overføre data for en mer sofistikert laserpistol, slik at en mottaker kan finne ut av som han ble truffet. I denne instruksen vil jeg fokusere på lydoverføringen.

Mange mennesker har opprettet analoge modulerte overføringssystemer ved å legge det analoge lydsignalet til laserdiodenes strømforsyning. Dette fungerer, men det har noen få alvorlige ulemper, hovedsakelig manglende evne til å forsterke signalet i mottakerenden uten å innføre mye støy. Også linearitet er veldig dårlig.

Jeg ønsket å modulere laseren digitalt ved hjelp av et PWM -system (Pulse Width Modulation). De billige laserdiodene som brukes i laserpistolprosjektet kan moduleres enda raskere enn en vanlig LED, inn i millioner av pulser per sekund, så dette burde være veldig gjennomførbart.

Trinn 1: Bevis på prinsipp (senderen)

Det er fullt mulig å bygge en litt anstendig sender ved hjelp av en trekant eller sagtanngenerator og sammenligne utgangen med signalinngangen med en op-amp. Imidlertid er det ganske vanskelig å få god linearitet, og antall komponenter vokser ganske raskt ut, og det dynamiske området som er brukbart, er ofte begrenset. Dessuten bestemte jeg meg for at det var lov å være lat.

Litt lateral tankegang pekte meg på en ultra billig D-klasse lydforsterker kalt PAM8403. Jeg brukte den før som en ekte lydforsterker i laserpistolprosjektet. Den gjør akkurat det vi vil, pulsbredde som modulerer lydinngangen. Små brett med de nødvendige eksterne komponentene kan anskaffes fra eBay for under 1 Euro.

PAM8404-brikken er en stereoforsterker med full H-bridge-utgang, noe som betyr at den kan drive begge ledningene til høyttaleren til Vcc (pluss) skinnen eller til bakken, og effektivt firedoble utgangseffekten sammenlignet med bare å kjøre en ledning. For dette prosjektet kan vi ganske enkelt bruke en av de to utgangskablene, kun på en kanal. Når det er helt stille vil utgangen bli drevet til en firkantbølge på omtrent 230 kHz. Modulering av lydsignalet endrer pulsbredden på utgangen.

Laserdioder er ekstremt følsomme for overstrøm. Selv en 1 mikrosekundpuls kan ødelegge den fullstendig. Kretsen som vises forhindrer akkurat det. Den vil drive laseren med 30 milliamp uavhengig av VCC. Imidlertid er det til og med den minste frakobling av dioder, som normalt kutter transistorens grunnspenning til 1,2 volt, og laserdioden blir umiddelbart ødelagt. Jeg har blåst to lasermoduler som dette. Jeg anbefaler å ikke bygge laserdriveren på et brødbrett, men lodde den på et lite kretskort eller fri form i et stykke krympeslange på baksiden av lasermodulen.

Tilbake til senderen. Koble utgangen til PAM8403 til inngangen til laserdriverkretsen, og senderen er ferdig! Når den tennes, er laseren visuelt på, og ingen modulasjon kan detekteres optisk. Dette er faktisk fornuftig ettersom signalet svinger rundt en 50/50 prosent av/på -tilstand på en 230 kHz bærefrekvens. Enhver synlig modulasjon ville ikke ha vært signalets volum, men den faktiske verdien av signalet. Bare ved veldig, veldig lave frekvenser vil moduleringen være merkbar.

Trinn 2: Bevis på prinsippet (mottakeren, solcelleversjon)

Jeg undersøkte mange prinsipper for mottakeren, for eksempel negativt partiske PIN -fotodioder, ikke -partiske versjoner, osv. Ulike skjemaer hadde forskjellige fordeler og ulemper, for eksempel hastighet kontra følsomhet, men mest av alt var komplekse.

Nå hadde jeg et gammelt IKEA Solvinden solcelledrevet lys i hagen som ble ødelagt av regninntrengning, så jeg berget de to små (4 x 5 cm) solcellene og prøvde hvor mye signal som skulle produseres ved ganske enkelt å peke på den modulerte røde laserdioden på en av dem. Dette viste seg å være en overraskende god mottaker. Beskjedent følsomt og godt dynamisk område, som i, fungerer det med til og med ganske lys belysning fra sollys.

Selvfølgelig kan du søke på dvs eBay etter små solceller som dette. De bør selge for under 2 euro.

Jeg koblet til et annet mottakerbord i PAM8403 D -klasse (som også ble kvitt DC -komponenten), og koblet til en enkel høyttaler festet til den. Resultatet var imponerende. Lyden var rimelig høy og forvrengningsfri.

Ulempen ved å bruke en solcelle er at de er ekstremt sakte. Den digitale bæreren er helt utslettet, og det er den faktiske demodulerte lydfrekvensen som kommer som et signal. Fordelen er at ingen demodulator er nødvendig i det hele tatt: bare koble til forsterkeren og høyttaleren, så er du i gang. Ulempen er at siden den digitale bæreren ikke er til stede, og derfor ikke kan gjenopprettes, er mottakerens ytelse helt avhengig av lysintensiteten, og lyden vil bli forvrengt av alle herreløse lyskilder som er modulert i lydfrekvensområdet, for eksempel lyspærer, fjernsyn og dataskjermer.

Trinn 3: Test

Jeg tok ut senderen og mottakeren om natten for lett å se strålen og ha maksimal følsomhet for solcellen, og det ble umiddelbar suksess. Signalet ble lett plukket opp 200 meter nedover rekkevidde, der bredden på bjelken ikke var mer enn 20 cm. Ikke verst for en 60 cent lasermodul med en kollisjonslinse uten presisjon, en fjernet solcelle og to forsterkermoduler.

Mindre ansvarsfraskrivelse: Jeg tok ikke dette bildet, bare tok det fra et velkjent søkeside. Ettersom det var litt fuktig i luften den kvelden, så strålen faktisk slik ut da han så tilbake mot laseren. Veldig kult, men det er ved siden av poenget.

Trinn 4: Etter tanker: Bygg en digital mottaker

Bygg en digital mottaker, PIN -diodeversjon

Som sagt, uten å regenerere det høyfrekvente PMW -signalet, er herreløse signaler veldig hørbare. Uten at PMW-signalet regenereres til en fast amplitude, er volumet og dermed signal-til-støy-forholdet til mottakeren helt avhengig av hvor mye laserlys som blir fanget opp av mottakeren. Hvis selve PMW -signalet er tilstrekkelig tilgjengelig ved lyssensorens utgang, bør det være veldig enkelt å filtrere ut disse stray -lyssignalene, ettersom alt under modulasjonsfrekvensen i utgangspunktet bør betraktes som avvikende. Etter det, bare å forsterke det gjenværende signalet, bør det produseres et fast amplitude, regenert PWM -signal.

Hvis du ikke har bygd en digital mottaker ennå, men det kan være veldig mulig å bruke en BWP34 PIN -diode som detektor. Man må bestemme seg for et linsesystem for å øke fangstområdet, ettersom BWP34 har en veldig liten åpning, omtrent 4x4 mm. Lag deretter en sensitiv detektor, legg til et høypassfilter, satt til omtrent 200 kHz. Etter filtrering skal signalet forsterkes, klippes for å gjenopprette det originale signalet så godt som mulig. Hvis alt dette ville fungere, har vi i utgangspunktet gjenopprettet signalet slik det ble produsert av PAM -brikken og kunne mates direkte til en liten høyttaler.

Kanskje for et senere tidspunkt!

Ulike tilnærminger, proffene!

Det er mennesker som gjør lysoverføringer over langt større avstander (flere titalls kilometer) enn det som presenteres her. De bruker ikke lasere fordi monokromatisk lys faktisk falmer raskere over avstand i et ikke-vakuum enn multikromatisk lys. De bruker LED -klynger, store fresnel -linser og reiser selvfølgelig store avstander for å finne ren luft og lange siktlinjer, les: fjell. Og mottakerne er av en helt spesiell design. Morsomme ting som du finner på internett.