Просто и евтино лазерно цифрово аудио предаване: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Откакто направих лазерния пистолет, мислех за модулиране на лазера за изпращане на аудио, или за забавление (детски интерком), или може би за предаване на данни за по -сложен лазерен пистолет, което позволява на приемника да разбере чрез когото е ударил. В тази инструкция ще се съсредоточа върху аудио предаването.

Много хора са създали аналогово модулирани системи за предаване чрез добавяне на аналогов аудио сигнал към захранването на лазерния диод. Това работи, но има няколко сериозни недостатъка, най -вече невъзможността за усилване на сигнала в приемния край, без да се внася много шум. Линейността също е много лоша.

Исках да модулирам лазера цифрово, използвайки система за модулация на широчината на импулса (PWM). Евтините лазерни диоди, използвани в проекта за лазерно оръжие, могат да бъдат модулирани дори по -бързо от обикновения светодиод, в милиони импулси в секунда, така че това би трябвало да бъде много осъществимо.

Стъпка 1: Доказателство за принцип (предавателят)

Напълно възможно е да се изгради донякъде приличен предавател, като се използва триъгълник или трионгенен генератор и сравняването на неговия изход с входния сигнал с оп-усилвател. Въпреки това е доста трудно да се постигне добра линейност и броят на компонентите нараства доста бързо, а използваемият динамичен диапазон често е ограничен. Освен това реших, че е позволено да бъде мързелив.

Малко странично мислене ме насочи към ултра евтин аудио усилвател от клас D, наречен PAM8403. Използвах го преди като истински аудио усилвател в проекта за лазерно оръжие. Той прави точно това, което искаме, като ширината на импулса модулира аудио входа. Малки дъски с необходимите външни компоненти могат да бъдат закупени от eBay за под 1 евро.

Чипът PAM8404 е стерео усилвател с пълен изход за H-мост, което означава, че може да задвижва двата проводника към високоговорителя към Vcc (плюс) релсата или към земята, като ефективно увеличава четирикратно изходната мощност в сравнение със само един проводник. За този проект можем просто да използваме един от двата изходни проводника, само на един канал. Когато е в пълна тишина, изходът ще бъде насочен към квадратна вълна от приблизително 230 kHz. Модулацията чрез аудио сигнал променя ширината на импулса на изхода.

Лазерните диоди са изключително чувствителни към свръхток. Дори 1 микросекунден импулс може да го унищожи напълно. Показаната верига предотвратява точно това. Той ще управлява лазера с 30 милиампера независимо от VCC. Въпреки това, ако има дори най -малкото изключване на диодите, нормално изрязване на основното напрежение на транзистора до 1,2 волта, лазерният диод незабавно се разрушава. Раздух два лазерни модула по този начин. Препоръчвам лазерният драйвер да не се изгражда върху макет, а да се запоява върху малко парче печатна платка или в свободна форма в парче свиваща се тръба в задната част на лазерния модул.

Обратно към предавателя. Свържете изхода на PAM8403 към входа на веригата на лазерния драйвер и предавателят е готов! При запалване лазерът е визуално включен и оптично не може да се открие модулация. Това всъщност има смисъл, тъй като сигналът се движи около 50/50 процента състояние на включване/изключване на носеща честота 230 kHz. Всяка видима модулация не би била обемът на сигнала, а действителната стойност на сигнала. Само при много, много ниски честоти модулацията ще бъде забележима.

Стъпка 2: Доказателство за принцип (приемник, версия на слънчева клетка)

Изследвах много принципи за приемника, като отрицателно отклонени PIN фотодиоди, необъективни версии и т.н. Различните схеми имаха различни предимства и недостатъци, като скорост спрямо чувствителност, но повечето от нещата бяха сложни.

Сега имах стара светлина на IKEA Solvinden със слънчево захранване в градината, която беше разрушена от проникването на дъжд, така че спасих двете малки (4 х 5 см) слънчеви клетки и опитах колко сигнал ще бъде произведен, като просто насоча модулирания червен лазерен диод на един от тях. Това се оказа изненадващо добър приемник. Скромно чувствителен и с добър динамичен обхват, както в, той работи дори с доста ярко осветление от разсеяна слънчева светлина.

Разбира се, можете да търсите в eBay за малки слънчеви клетки като тази. Те трябва да продават на дребно за под 2 евро.

Свързах към него друга приемна платка PAM8403 D клас (която също се отърва от DC компонента) и свързах обикновен говорител, прикрепен към нея. Резултатът беше впечатляващ. Звукът беше сравнително силен и без изкривявания.

Недостатъкът от използването на слънчеви клетки е, че те са изключително бавни. Цифровият носител е напълно изтрит и действителната демодулирана аудио честота преминава като сигнал. Предимството е, че изобщо не е необходим демодулатор: просто свържете усилвателя и високоговорителя и сте в бизнеса. Недостатъкът е, че тъй като цифровият носител не присъства и поради това не може да бъде възстановен, работата на приемника зависи изцяло от интензитета на светлината и аудиото ще бъде изкривено от всички разсеяни източници на светлина, модулирани в честотния диапазон на звука, като например крушки, телевизори и компютърни екрани.

Стъпка 3: Тествайте

Извадих предавателя и приемника през нощта, за да виждам лесно лъча и да имам максимална чувствителност на слънчевата клетка и имаше незабавен успех. Сигналът лесно се улавя на 200 метра надолу, където ширината на лъча е не повече от 20 cm. Не е лошо за лазерен модул от 60 цента с неточна колиматорна леща, изчистена слънчева клетка и два усилвателни модула.

Малък отказ от отговорност: Не направих тази снимка, просто я взех от добре познат сайт за търсене. Тъй като тази нощ имаше малко влажност във въздуха, лъчът наистина изглеждаше така, когато гледаше назад към лазера. Много готино, но това е без значение.

Стъпка 4: След мисли: Изграждане на цифров приемник

Изграждане на цифров приемник, ПИН диодна версия

Както беше казано, без да се регенерира високочестотният PMW сигнал, бездомните сигнали се чуват много. Също така, без PMW сигнала, регенериран до фиксирана амплитуда, силата на звука и съответно съотношението сигнал / шум на приемника зависи изцяло от това колко лазерна светлина е уловена от приемника. Ако самият сигнал на PMW би бил достатъчно наличен на изхода на светлинния сензор, би трябвало да бъде много лесно да се филтрират тези разсеяни светлинни сигнали, тъй като основно всичко под честотата на модулация трябва да се счита за бездомно. След това просто усилване на останалия сигнал трябва да произведе фиксирана амплитуда, регенериран PWM сигнал.

Ако все още не сте изградили цифров приемник, но може да е много възможно да използвате BWP34 PIN диод като детектор. Човек би трябвало да вземе решение за обективна система, за да увеличи площта на улавяне, тъй като BWP34 има много малък отвор, около 4x4 мм. След това направете чувствителен детектор, добавете високочестотен филтър, настроен на приблизително 200 kHz. След филтриране, сигналът трябва да бъде усилен, подрязан, за да се възстанови оригиналния сигнал възможно най -добре. Ако всичко това работи, ние основно възстановихме сигнала, тъй като той беше произведен от PAM чипа и можеше директно да се подаде в малък високоговорител.

Може би за по -късна дата!

Различен подход, професионалистите!

Има хора, които предават светлина на значително по -големи разстояния (няколко десетки километра) от представените тук. Те не използват лазери, тъй като монохроматичната светлина всъщност избледнява по-бързо на разстояние в не-вакуум, отколкото мултихроматичната светлина. Те използват светодиодни клъстери, огромни френелови лещи и, разбира се, изминават големи разстояния, за да намерят чист въздух и дълги линии на зрение, прочетете: планини. И техните приемници са с много специален дизайн. Забавни неща, които могат да бъдат намерени в интернет.