Jednostavan i jeftin laserski digitalni audio prijenos: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Otkad sam napravio laserski pištolj, razmišljao sam o moduliranju lasera za slanje zvuka, bilo radi zabave (dječji interfon), bilo možda za prijenos podataka za sofisticiraniji laserski pištolj, što bi prijemniku omogućilo da shvati koga je udario. U ovom uputstvu usredotočit ću se na prijenos zvuka.

Mnogi su ljudi stvorili analogno modulirane sustave prijenosa dodavanjem analognog audio signala napajanju laserske diode. Ovo radi, ali ima nekoliko ozbiljnih nedostataka, uglavnom zbog nemogućnosti pojačanja signala na prijemnom kraju bez unošenja velike buke. Također je linearnost vrlo loša.

Želio sam digitalno modulirati laser pomoću PWM (Pulse Width Modulation) sustava. Jeftine laserske diode koje se koriste u projektu laserskog pištolja mogu se modulirati čak i brže od normalne LED diode, u milijune impulsa u sekundi, pa bi to trebalo biti izvedivo.

Korak 1: Dokaz principa (odašiljač)

Potpuno je moguće izgraditi donekle pristojan odašiljač pomoću trokutastog ili pilastog generatora i usporedbom njegovog izlaza s ulazom signala s op-pojačalom. Međutim, prilično je teško postići dobru linearnost, a broj komponenata raste vrlo brzo, a korisni dinamički raspon često je ograničen. Osim toga, odlučio sam da je dopušteno biti lijen.

Malo lateralnog razmišljanja ukazalo mi je na ultra jeftino audio pojačalo D klase koje se zove PAM8403. Ranije sam ga koristio kao pravo audio pojačalo u projektu laserskog pištolja. Radi točno ono što želimo, širina impulsa modulira audio ulaz. Male ploče sa potrebnim vanjskim komponentama mogu se nabaviti na eBayu za manje od 1 eura.

Čip PAM8404 stereo je pojačalo s punim izlazom H-mosta, što znači da može spojiti obje žice do zvučnika na Vcc (plus) tračnicu ili na masu, učinkovito učetverostručivši izlaznu snagu u odnosu na samo jednu žicu. Za ovaj projekt jednostavno možemo upotrijebiti jednu od dvije izlazne žice, samo jednog kanala. U potpunoj tišini izlaz će se dovesti do kvadratnog vala od približno 230 kHz. Modulacija audio signalom mijenja širinu impulsa na izlazu.

Laserske diode iznimno su osjetljive na prekomjernu struju. Čak i 1 mikrosekundni impuls može ga potpuno uništiti. Prikazani krug upravo to sprječava. On će pokretati laser s 30 miliampera neovisno o VCC -u. Međutim, ako postoji čak i najmanji prekid dioda, obično se presiječe osnovni napon tranzistora na 1,2 volta, laserska dioda se odmah uništava. Napuhao sam dva ovakva laserska modula. Preporučujem da ne instalirate upravljački program lasera na ploču, već ga lemite na mali komad PCB-a ili u slobodnom obliku u komadu skupljajuće cijevi na stražnjoj strani laserskog modula.

Natrag na odašiljač. Spojite izlaz PAM8403 na ulaz kruga upravljačkog programa lasera i odašiljač je gotov! Kada se uključi, laser je vizualno uključen i modulacija se ne može optički detektirati. To zapravo ima smisla jer signal lebdi oko 50/50 posto stanja uključivanja/isključivanja na frekvenciji nositelja 230 kHz. Svaka vidljiva modulacija ne bi bila volumen signala, već stvarna vrijednost signala. Samo na vrlo, vrlo niskim frekvencijama modulacija će biti zamjetna.

Korak 2: Dokaz principa (prijemnik, verzija solarne ćelije)

Istražio sam mnoge principe za prijemnik, poput negativnih foto dioda s PIN -om, nepristrane verzije itd. Različite sheme imale su različite prednosti i nedostatke, poput brzine u odnosu na osjetljivost, ali su uglavnom sve bile složene.

Sada sam imao staro IKEA Solvinden svjetlo na solarni pogon u vrtu koje je uništeno prodorom kiše, pa sam spasio dvije male (4 x 5 cm) solarne ćelije i isprobao koliko će se signala proizvesti jednostavnim usmjeravanjem modulirane crvene laserske diode na jednom od njih. Pokazalo se da je ovo iznenađujuće dobar prijemnik. Skromno osjetljiv i dobar dinamički raspon, kao u, radi čak i s prilično jakim osvjetljenjem od zalutale sunčeve svjetlosti.

Naravno da možete pretraživati na tj. EBayu male solarne ćelije poput ove. Oni bi trebali prodavati na malo ispod 2 eura.

Na njega sam priključio drugu prijemnu ploču PAM8403 D klase (koja se također riješila istosmjerne komponente) i na nju spojio jednostavan zvučnik. Rezultat je bio impresivan. Zvuk je bio prilično glasan i bez izobličenja.

Nedostatak korištenja solarnih ćelija je što su izuzetno spore. Digitalni nosač potpuno je izbrisan i to je stvarna demodulirana audio frekvencija koja dolazi kao signal. Prednost je što demodulator uopće nije potreban: samo spojite pojačalo i zvučnik i bit ćete u poslu. Nedostatak je to što budući da digitalni nosač nije prisutan i zbog toga se ne može vratiti, performanse prijemnika u potpunosti ovise o intenzitetu svjetla, a zvuk će biti izobličen zbog svih izvora lutanja koji su modulirani u audio frekvencijskom rasponu, poput žarulja, televizori i ekrani računala.

Korak 3: Testirajte

Noću sam izvadio odašiljač i prijamnik kako bih lako vidio snop i imao maksimalnu osjetljivost solarne ćelije, i odmah je to uspjelo. Signal se lako hvata 200 metara niz domet, gdje širina snopa nije bila veća od 20 cm. Nije loše za laserski modul od 60 centi s nepreciznim kolimatorskim objektivom, očišćenom solarnom ćelijom i dva modula pojačala.

Manje odricanje odgovornosti: Nisam napravio ovu sliku, samo sam je uzeo s poznate web stranice za pretraživanje. Kako je te noći bilo malo vlage u zraku, snop je doista izgledao ovako kad se pogleda prema laseru. Vrlo cool, ali to nije bitno.

Korak 4: Nakon razmišljanja: Izgradnja digitalnog prijemnika

Izrada digitalnog prijemnika, verzija PIN diode

Kao što je rečeno, bez regeneriranja visokofrekventnog PMW signala, zalutali signali su vrlo čujni. Također, bez PMW signala regeneriranog na fiksnu amplitudu, glasnoća, pa omjer signala i šuma prijemnika u potpunosti ovisi o tome koliko laserskog svjetla prijemnik uhvati. Ako bi sam signal PMW -a bio dovoljno dostupan na izlazu svjetlosnog senzora, trebalo bi biti vrlo lako filtrirati te lutajuće svjetlosne signale jer se u osnovi sve što se nalazi pod frekvencijom modulacije smatra lutalicom. Nakon toga, jednostavno pojačavanje preostalog signala trebalo bi proizvesti regenerirani PWM signal fiksne amplitude.

Ako još niste izgradili digitalni prijemnik, ali bi to moglo biti vrlo izvedivo pomoću BWP34 PIN diode kao detektora. Morali bismo se odlučiti za sustav objektiva kako bismo povećali područje snimanja, jer BWP34 ima vrlo mali otvor, oko 4x4 mm. Zatim napravite osjetljivi detektor, dodajte visokopropusni filter, postavljen na otprilike 200 kHz. Nakon filtriranja, signal treba pojačati, izrezati kako bi se izvorni signal vratio što je moguće bolje. Ako bi sve to uspjelo, u osnovi smo vratili signal jer ga je proizveo PAM čip i mogao bi se izravno uvesti u mali zvučnik.

Možda za kasniji datum!

Drugačiji pristup, profesionalci!

Postoje ljudi koji emitiraju svjetlost na znatno većim udaljenostima (nekoliko desetaka kilometara) nego što je ovdje prikazano. Ne koriste lasere jer monokromatsko svjetlo zapravo nestaje brže na udaljenosti u vakuumu od višekromatskog svjetla. Oni koriste LED grozdove, ogromne fresnelove leće i, naravno, putuju na velike udaljenosti kako bi pronašli čisti zrak i dugačke vidne crte, čitajte: planine. A njihovi prijemnici su vrlo posebnog dizajna. Zabavne stvari koje se mogu pronaći na internetu.