Enkel og billig laser digital lydtransmission: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Lige siden jeg lavede laserpistolen, har jeg tænkt på at modulere laseren til at sende lyd, enten for sjov (en børnesamtaler), eller måske for at overføre data til en mere sofistikeret laserpistol, så en modtager kan finde ud af hvem han blev ramt. I denne instruktive vil jeg fokusere på lydtransmission.

Mange mennesker har skabt analoge modulerede transmissionssystemer ved at tilføje det analoge lydsignal til laserdiodens strømforsyning. Dette virker, men det har et par alvorlige ulemper, for det meste er manglende evne til at forstærke signalet i den modtagende ende uden at indføre meget støj. Også lineariteten er meget dårlig.

Jeg ville modulere laseren digitalt ved hjælp af et PWM -system (Pulse Width Modulation). De billige laserdioder, der bruges i laserpistolprojektet, kan moduleres endnu hurtigere end en normal LED, ned i millioner af pulser pr. Sekund, så dette burde være meget gennemførligt.

Trin 1: Princip -proof (senderen)

Det er helt muligt at bygge en noget anstændig sender ved hjælp af en trekant eller savtandgenerator og sammenligne dens output med signalindgangen med en op-amp. Det er imidlertid ret svært at få god linearitet, og antallet af komponenter vokser ret hurtigt ud af det, og det anvendelige dynamiske område er ofte begrænset. Desuden besluttede jeg, at det var tilladt at være doven.

Lidt lateral tankegang pegede mig på en ultra billig D-klasse lydforstærker kaldet en PAM8403. Jeg brugte det før som en rigtig lydforstærker i laserpistolprojektet. Det gør præcis, hvad vi vil, pulsbredde modulerer lydindgangen. Små tavler med de nødvendige eksterne komponenter kan købes fra eBay for under 1 Euro.

PAM8404-chippen er en stereoforstærker med fuld H-bridge-udgang, hvilket betyder, at den kan drive begge ledninger til højttaleren til Vcc (plus) -skinnen eller til jord, og effektivt firedoble udgangseffekten i forhold til bare at køre en ledning. Til dette projekt kan vi simpelthen bruge en af de to udgangstråde, kun af en kanal. I fuldstændig stilhed vil output blive drevet til en firkantbølge på cirka 230 kHz. Modulation af lydsignalet ændrer pulsbredden på udgangen.

Laserdioder er ekstremt følsomme over for overstrøm. Selv en 1 mikrosekund puls kan ødelægge den fuldstændigt. Det viste kredsløb forhindrer præcis det. Det vil køre laseren med 30 milliamp uafhængigt af VCC. Imidlertid er det selv den mindste afbrydelse af dioderne, som normalt klipper transistorens grundspænding til 1,2 volt, og laserdioden ødelægges øjeblikkeligt. Jeg har blæst to lasermoduler som denne. Jeg anbefaler ikke at bygge laserdriveren på et brødbræt, men lodde den på et lille print eller fri form i et stykke krympeslange bag på lasermodulet.

Tilbage til senderen. Tilslut udgangen fra PAM8403 til indgangen på laserdriverkredsløbet, og senderen er færdig! Når den tændes, er laseren visuelt tændt, og ingen modulering kan optisk detekteres. Dette giver faktisk mening, da signalet svæver omkring en 50/50 procent tænd/sluk -tilstand på en 230 kHz bærefrekvens. Enhver synlig modulering ville ikke have været signalets volumen, men den faktiske værdi af signalet. Kun ved meget, meget lave frekvenser vil moduleringen være mærkbar.

Trin 2: Principbevis (modtageren, version af solceller)

Jeg undersøgte mange principper for modtageren, såsom negativt forudindtagede PIN -fotodioder, ikke -forudindtaget versioner osv. Forskellige skemaer havde forskellige fordele og ulemper, såsom hastighed kontra følsomhed, men mest af alt var komplekse.

Nu havde jeg et gammelt IKEA Solvinden soldrevet lys i haven, der blev ødelagt af regnindtrængning, så jeg bjærgede de to små (4 x 5 cm) solceller og prøvede, hvor meget signal der ville blive produceret ved blot at pege på den modulerede røde laserdiode på en af dem. Dette viste sig at være en overraskende god modtager. Beskedent følsomt og godt dynamisk område, som i, det fungerer med selv temmelig skarp belysning fra vildfaret sollys.

Selvfølgelig kan du søge på f.eks. EBay efter små solceller som denne. De bør sælge for under 2 euro.

Jeg tilsluttede et andet PAM8403 D -modtagerkort til det (som også slap af med DC -komponenten), og sluttede en simpel højttaler til. Resultatet var imponerende. Lyden var rimelig høj og forvrængningsfri.

Ulempen ved at bruge en solcelle er, at de er ekstremt langsomme. Den digitale bærer er helt udslettet, og det er den faktiske demodulerede lydfrekvens, der kommer igennem som signal. Fordelen er, at der slet ikke er brug for nogen demodulator: Bare tilslut forstærkeren og højttaleren, og du er i gang. Bagsiden er, at da den digitale bærer ikke er til stede, og derfor ikke kan gendannes, er modtagerens ydeevne fuldstændigt afhængig af lysintensiteten, og lyden vil blive forvrænget af alle herreløse lyskilder, der er moduleret i lydfrekvensområdet, f.eks. Pærer, fjernsyn og computerskærme.

Trin 3: Test

Jeg tog senderen og modtageren ud om natten for let at se strålen og have maksimal følsomhed for solcellen, og der var øjeblikkelig succes. Signalet blev let hentet 200 meter ned rækkevidde, hvor bredden af bjælken ikke var mere end 20 cm. Ikke dårligt for et 60 cent lasermodul med en ikke-præcision kollimatorlinse, en fjernet solcelle og to forstærkermoduler.

Mindre ansvarsfraskrivelse: Jeg lavede ikke dette billede, tog det bare fra et velkendt søgesite. Da der var en lille smule fugt i luften den nat, så strålen faktisk sådan ud, når man så tilbage mod laseren. Meget cool, men det er ved siden af.

Trin 4: Efter tanker: Opbygning af en digital modtager

Opbygning af en digital modtager, PIN -diodeversion

Som sagt, uden at regenerere det højfrekvente PMW -signal, er vildfarne signaler meget hørbare. Uden PMW-signalet, der er genereret til en fast amplitude, er lydstyrken og dermed signal-støj-forholdet for modtageren totalt afhængig af, hvor meget laserlys der fanges af modtageren. Hvis selve PMW -signalet ville være tilstrækkeligt tilgængeligt ved lyssensorens udgang, bør det være meget let at filtrere disse vildfarne lyssignaler, da stort set alt under moduleringsfrekvensen skal betragtes som omstrejfende. Derefter skulle forstærkning af det resterende signal producere et fast amplitude, regenereret PWM -signal.

Hvis du endnu ikke har bygget en digital modtager, men det kan være meget muligt at bruge en BWP34 PIN -diode som detektor. Man skulle beslutte et linsesystem for at øge optagelsesområdet, da BWP34 har en meget lille åbning, cirka 4x4 mm. Lav derefter en følsom detektor, tilføj et højpasfilter, indstillet til omtrent 200 kHz. Efter filtrering skal signalet forstærkes, klippes for at gendanne det originale signal så godt som muligt. Hvis det hele ville fungere, har vi dybest set gendannet signalet, da det blev produceret af PAM -chippen og direkte kunne føres ind i en lille højttaler.

Måske til et senere tidspunkt!

Anderledes tilgang, profferne!

Der er mennesker, der laver lystransmissioner over langt større afstande (flere titalls kilometer) end præsenteret her. De bruger ikke lasere, fordi monokromatisk lys faktisk falmer hurtigere over afstand i et ikke-vakuum end multikromatisk lys. De bruger LED -klynger, enorme fresnel -linser og rejser naturligvis store afstande for at finde ren luft og lange sigtelinjer, læs: bjerge. Og deres modtagere er af meget specielt design. Sjove ting, der kan findes på internettet.