Enkel och billig laser digital ljudöverföring: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Ända sedan jag gjorde laserpistolen har jag funderat på att modulera lasern för att skicka över ljud, antingen för skojs skull (en intercom för barn), eller kanske för att överföra data för en mer sofistikerad laserpistol, så att en mottagare kan ta reda på som han träffades. I denna instruerbara kommer jag att fokusera på ljudöverföringen.

Många människor har skapat analoga modulerade överföringssystem genom att lägga till den analoga ljudsignalen till laserdiodens strömförsörjning. Detta fungerar, men det har några allvarliga nackdelar, mestadels av oförmåga att förstärka signalen i den mottagande änden utan att introducera mycket brus. Linjäriteten är också mycket dålig.

Jag ville modulera lasern digitalt med ett PWM -system (Pulse Width Modulation). De billiga laserdioderna som används i laserpistolprojektet kan moduleras ännu snabbare än en vanlig lysdiod, in i miljontals pulser per sekund, så detta borde vara mycket genomförbart.

Steg 1: Principbevis (sändaren)

Det är fullt möjligt att bygga en något anständig sändare med hjälp av en triangel eller sågtandgenerator och jämföra dess utsignal med signalingången med en op-amp. Det är dock ganska svårt att få en bra linjäritet och antalet komponenter växer ganska snabbt och det användbara dynamiska området är ofta begränsat. Dessutom bestämde jag mig för att det var tillåtet att vara lat.

Lite lateralt tänkande pekade mig på en extremt billig ljudförstärkare i D-klass som heter PAM8403. Jag använde den tidigare som en riktig ljudförstärkare i laserpistolen. Den gör precis vad vi vill, pulsbredd som modulerar ljudingången. Små brädor med nödvändiga externa komponenter kan köpas från eBay för under 1 euro.

PAM8404-chipet är en stereoförstärkare med full H-bridge-utgång, vilket innebär att den kan driva båda ledningarna till högtalaren till Vcc (plus) -skenan eller till jord, vilket effektivt fyrdubblar uteffekten jämfört med att bara driva en tråd. För detta projekt kan vi helt enkelt använda en av de två utmatningskablarna, endast en kanal. När det är helt tyst kommer utmatningen att drivas till en fyrkantvåg på cirka 230 kHz. Modulering av ljudsignalen ändrar pulsbredden på utsignalen.

Laserdioder är extremt känsliga för överström. Även en 1 mikrosekundpuls kan förstöra den helt. Kretsen som visas förhindrar exakt det. Den kommer att driva lasern med 30 milliampere oberoende av VCC. Men det är till och med den minsta frånkopplingen av dioderna, normalt stängs transistorns grundspänning till 1,2 volt, laserdioden förstörs omedelbart. Jag har blåst två lasermoduler så här. Jag rekommenderar att inte bygga laserdrivrutinen på en brödbräda, utan lödda den på en liten PCB-bit eller i fri form i ett krymprör på baksidan av lasermodulen.

Tillbaka till sändaren. Anslut utgången från PAM8403 till ingången till laserdrivkretsen och sändaren är klar! När den tänds är lasern visuellt på och ingen modulering kan detekteras optiskt. Detta är faktiskt meningsfullt eftersom signalen svävar runt ett 50/50 procent av/på -läge på en 230 kHz bärfrekvens. Någon synlig modulering skulle inte ha varit signalens volym, utan det verkliga värdet av signalen. Endast vid mycket, mycket låga frekvenser kommer moduleringen att märkas.

Steg 2: Principbevis (mottagaren, version av solceller)

Jag undersökte många principer för mottagaren, till exempel negativt förspända PIN -fotodioder, icke -partiska versioner, etcetra. Olika scheman hade olika fördelar och nackdelar, till exempel hastighet kontra känslighet, men mest av allt var komplexa.

Nu hade jag en gammal IKEA Solvinden soldriven lampa i trädgården som förstördes av regninträngning, så jag bärgade de två små (4 x 5 cm) solcellerna och försökte hur mycket signal som skulle produceras genom att helt enkelt rikta den modulerade röda laserdioden på en av dem. Detta visade sig vara en överraskande bra mottagare. Modestly känsligt och bra dynamiskt omfång, som i, det fungerar med även ganska ljus belysning från strålande solljus.

Naturligtvis kan du söka på dvs eBay efter små solceller som detta. De borde handla för under 2 euro.

Jag kopplade till ett annat mottagarkort i PAM8403 D -klass (som också blev av med DC -komponenten) och anslöt en enkel högtalare ansluten till den. Resultatet var imponerande. Ljudet var ganska högt och distorsionsfritt.

Nackdelen med att använda en solcell är att de är extremt långsamma. Den digitala bäraren är helt utplånad och det är den faktiska demodulerade ljudfrekvensen som kommer som en signal. Fördelen är att det inte behövs någon demodulator alls: anslut bara förstärkaren och högtalaren så är du igång. Nackdelen är att eftersom den digitala bäraren inte är närvarande och därför inte kan återställas, är mottagarens prestanda helt beroende av ljusintensiteten och ljudet kommer att förvrängas av alla ströande ljuskällor som är modulerade i ljudfrekvensområdet, t.ex. glödlampor, tv och datorskärmar.

Steg 3: Testa

Jag tog ut sändaren och mottagaren på natten för att enkelt se strålen och ha maximal känslighet för solcellen, och det blev omedelbar framgång. Signalen plockades enkelt upp 200 meter nedåt, där strålens bredd inte var mer än 20 cm. Inte dåligt för en 60 cent lasermodul med en icke-precisionskollimatorlins, en rensad solcell och två förstärkarmoduler.

Mindre ansvarsfriskrivning: Jag gjorde inte den här bilden, tog den bara från en välkänd sökplats. Eftersom det var lite fuktigt i luften den natten såg strålen verkligen ut så här när man tittade tillbaka mot lasern. Mycket coolt, men det är bredvid poängen.

Steg 4: Efter tankar: Bygga en digital mottagare

Bygga en digital mottagare, PIN -diodversion

Som sagt, utan att regenerera den högfrekventa PMW -signalen, är stray -signaler mycket hörbara. Utan att PMW-signalen återskapas till en fast amplitud är volymen och därmed signal-brus-förhållandet hos mottagaren helt beroende av hur mycket laserljus som fångas av mottagaren. Om själva PMW -signalen skulle vara tillräckligt tillgänglig vid ljussensorns utgång bör det vara mycket enkelt att filtrera bort dessa stray -ljussignaler, eftersom i princip allt under moduleringsfrekvensen bör betraktas som avvikande. Därefter bör förstärkning av den återstående signalen ge en fast amplitud, regenererad PWM -signal.

Om du ännu inte har byggt en digital mottagare, men det kan vara mycket genomförbart med en BWP34 PIN -diod som detektor. Man måste bestämma sig för ett linssystem för att öka fotograferingsområdet, eftersom BWP34 har en mycket liten öppning, cirka 4x4 mm. Gör sedan en känslig detektor, lägg till ett högpassfilter, inställt på ungefär 200 kHz. Efter filtrering bör signalen förstärkas, klippas för att återställa den ursprungliga signalen så bra som möjligt. Om allt skulle fungera har vi i princip återställt signalen eftersom den producerades av PAM -chipet och kunde matas direkt till en liten högtalare.

Kanske för ett senare datum!

Olika tillvägagångssätt, proffsen!

Det finns människor som gör ljusöverföringar över betydligt större avstånd (flera tiotals kilometer) än som presenteras här. De använder inte lasrar eftersom monokromatiskt ljus faktiskt bleknar snabbare över avståndet i ett icke-vakuum än multikromatiskt ljus. De använder LED -kluster, stora fresnel -linser och reser naturligtvis stora avstånd för att hitta ren luft och långa siktlinjer, läs: berg. Och deras mottagare är av mycket speciell design. Roliga saker som finns på internet.