Jednostavan i jeftin laserski digitalni audio prijenos: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

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

Mnogi ljudi su stvorili analogno modulirane sisteme 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. Linearnost je takođe veoma loša.

Htio sam digitalno modulirati laser pomoću PWM (Pulse Width Modulation) sistema. 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 korištenjem trokutastog ili pilastog generatora i usporedbom njegovog izlaza sa ulazom signala s op-pojačalom. Međutim, prilično je teško postići dobru linearnost, a broj komponenti raste vrlo brzo, a upotrebljivi 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 je stereo pojačalo sa potpunim H-most izlazom, što znači da može spojiti obje žice do zvučnika na Vcc (plus) šinu ili na masu, efikasno učetverostručivši izlaznu snagu u odnosu na samo jednu žicu. Za ovaj projekt možemo jednostavno 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 su izuzetno osjetljive na prekomjernu struju. Čak i 1 mikrosekundni impuls može ga potpuno uništiti. Prikazani krug sprečava upravo to. On će pokretati laser sa 30 miliampera nezavisno od VCC. 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 matičnu ploču, već ga lemite na mali komad PCB-a ili u slobodnoj formi u komadu skupljajuće cijevi na stražnjoj strani laserskog modula.

Nazad na predajnik. Spojite izlaz PAM8403 na ulaz kruga upravljačkog programa lasera i odašiljač je gotov! Kada se upali, laser je vizualno uključen i modulacija se ne može optički otkriti. Ovo zapravo ima smisla jer signal lebdi oko 50/50 posto uključenog/isključenog stanja na nosećoj frekvenciji 230 kHz. Bilo koja vidljiva modulacija ne bi bila volumen signala, već stvarna vrijednost signala. Samo na vrlo, vrlo niskim frekvencijama modulacija će biti primjetna.

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 solarno svjetlo u vrtu koje je uništeno prodiranjem kiše, pa sam spasio dvije male (4 x 5 cm) solarne ćelije i pokušao koliko će se signala proizvesti jednostavnim usmjeravanjem modulirane crvene laserske diode na jednom od njih. Ispostavilo se da je ovo iznenađujuće dobar prijemnik. Skromno osjetljiv i s dobrim dinamičkim rasponom, kao i inače, radi čak i sa 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 nju sam priključio drugu prijemnu ploču PAM8403 D klase (koja je također riješila DC komponentu) i spojio jednostavan zvučnik pričvršćen na nju. Rezultat je bio impresivan. Zvuk je bio prilično glasan i bez izobličenja.

Nedostatak upotrebe solarnih ćelija je to što su izuzetno spore. Digitalni nosač je potpuno 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 svjetlosti, a zvuk će biti izobličen od svih izvora lutanja koji su modulirani u audio frekvencijskom rasponu, poput žarulja, televizori i ekrani računara.

Korak 3: Testirajte

Izvukao sam odašiljač i prijemnik noću da bih lako vidio snop i imao maksimalnu osjetljivost solarne ćelije, i to je odmah 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, istrebljenom solarnom ćelijom i dva modula pojačala.

Manje odricanje odgovornosti: Nisam napravio ovu sliku, samo sam je uzeo sa poznate web lokacije za pretraživanje. Kako je te noći bilo malo vlage u zraku, snop je zaista izgledao ovako kad se osvrnuo prema laseru. Vrlo kul, ali to nije bitna stvar.

Korak 4: Nakon razmišljanja: Izgradnja digitalnog prijemnika

Izgradnja digitalnog prijemnika, verzija PIN diode

Kao što je rečeno, bez regeneracije visokofrekventnog PMW signala, zalutali signali se vrlo čuju. Takođe, bez PMW signala regeneriranog na fiksnu amplitudu, jačina zvuka, 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 ove lutajuće svjetlosne signale jer se u osnovi sve pod frekvencijom modulacije smatra lutajućim. 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 bi se odlučiti za sistem objektiva kako bi se povećala površina 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 bi trebalo pojačati, izrezati kako bi se izvorni signal vratio što je moguće bolje. Ako bi sve to uspjelo, u osnovi smo obnovili signal koji je proizveo PAM čip i mogao se direktno uvesti u mali zvučnik.

Možda za kasniji datum!

Drugačiji pristup, profesionalci!

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