انتقال صوتی دیجیتال لیزری ساده و ارزان: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

از زمانی که تفنگ لیزری را ساختم ، به این فکر می کردم که لیزر را برای ارسال صدا از طریق سرگرمی (برای سرگرمی بچه ها) ، یا شاید برای انتقال داده ها برای تفنگ لیزری پیچیده تر ، و گیرنده را قادر سازد تا با به او ضربه زد در این قسمت آموزشی من روی انتقال صدا تمرکز می کنم.

بسیاری از افراد با افزودن سیگنال صوتی آنالوگ به منبع تغذیه دیود لیزری ، سیستم های انتقال مدولاسیون آنالوگ را ایجاد کرده اند. این کار می کند ، اما دارای چند اشکال جدی است ، عمدتا عدم توانایی تقویت سیگنال در قسمت دریافت کننده بدون ایجاد سر و صدای زیاد. همچنین خطی بودن بسیار ضعیف است.

من می خواستم لیزر را به صورت دیجیتالی با استفاده از یک سیستم مدولاسیون عرض پالس (PWM) تعدیل کنم. دیودهای لیزری ارزان قیمت مورد استفاده در پروژه تفنگ لیزری را می توان حتی سریعتر از یک LED معمولی تنظیم کرد و به میلیون ها پالس در ثانیه رسید ، بنابراین این باید بسیار امکان پذیر باشد.

مرحله 1: اثبات اصل (فرستنده)

ساخت یک فرستنده تا حدودی مناسب با استفاده از یک مثلث یا ژنراتور دندان اره ای و مقایسه خروجی آن با سیگنال ورودی با یک امپ آمپر کاملاً امکان پذیر است. با این حال ، بدست آوردن خطی بودن بسیار دشوار است و تعداد اجزای آن به سرعت افزایش می یابد و دامنه دینامیکی قابل استفاده اغلب محدود است. علاوه بر این ، من تصمیم گرفتم که مجاز به تنبلی است.

کمی تفکر جانبی مرا به سمت تقویت کننده صوتی بسیار ارزان کلاس D به نام PAM8403 سوق داد. من قبلاً از آن به عنوان یک تقویت کننده صوتی واقعی در پروژه تفنگ لیزری استفاده کردم. این دقیقاً همان چیزی را که ما می خواهیم انجام می دهد ، عرض پالس را تعدیل می کند ورودی صدا. تخته های کوچک با اجزای خارجی مورد نیاز را می توان از eBay با قیمت کمتر از 1 یورو تهیه کرد.

تراشه PAM8404 یک تقویت کننده استریو با خروجی کامل پل H است ، به این معنی که می تواند هر دو سیم را به بلندگو به ریل Vcc (plus) یا زمین هدایت کند ، و قدرت خروجی را در مقایسه با رانندگی یک سیم چهار برابر کند. برای این پروژه می توانیم به سادگی از یکی از دو سیم خروجی ، فقط از یک کانال استفاده کنیم. هنگامی که در سکوت کامل خروجی به یک موج مربع تقریبا 230 کیلوهرتز هدایت می شود. مدولاسیون توسط سیگنال صوتی عرض پالس خروجی را تغییر می دهد.

دیودهای لیزری به شدت بیش از حد حساس هستند. حتی یک نبض 1 میکروثانیه می تواند آن را به طور کامل از بین ببرد. مدار نشان داده شده دقیقاً از این امر جلوگیری می کند. لیزر را با 30 میلی آمپر مستقل از VCC هدایت می کند. با این حال ، حتی اگر کوچکترین قطع دیودها وجود داشته باشد ، معمولاً ولتاژ پایه ترانزیستور را به 1.2 ولت برسانید ، دیود لیزر بلافاصله از بین می رود. من دو ماژول لیزری به این شکل دمیده ام. من توصیه می کنم درایور لیزر را روی تخته نان نسازید ، بلکه آن را روی یک قطعه کوچک PCB یا به صورت آزاد در یک تکه لوله کوچک در پشت ماژول لیزر لحیم کنید.

بازگشت به فرستنده. خروجی PAM8403 را به ورودی مدار درایور لیزر متصل کنید و فرستنده تمام می شود! وقتی لیزر روشن می شود ، بصری روشن است و هیچ مدولاسیون را نمی توان به صورت نوری تشخیص داد. این در واقع منطقی است زیرا سیگنال در حالت روشن/خاموش 50/50 درصد در فرکانس حامل 230 کیلوهرتز حرکت می کند. هرگونه تعدیل قابل مشاهده ، حجم سیگنال نبوده ، بلکه مقدار واقعی سیگنال بوده است. فقط در فرکانس های بسیار بسیار پایین مدولاسیون قابل توجه خواهد بود.

مرحله 2: اثبات اصل (گیرنده ، نسخه سلول خورشیدی)

من بسیاری از اصول مربوط به گیرنده را بررسی کردم ، مانند دیودهای عکس PIN با سوگیری منفی ، نسخه های غیر مغرضانه و غیره. طرحواره های مختلف مزایا و معایب متفاوتی داشتند ، مانند سرعت در مقابل حساسیت ، اما بیشتر از همه چیز پیچیده بود.

حالا من یک چراغ IKEA Solvinden خورشیدی قدیمی در باغ داشتم که در اثر بارندگی از بین رفت ، بنابراین من دو سلول خورشیدی کوچک (4 5 5 سانتی متر) را نجات دادم و سعی کردم با نشان دادن دیود لیزری قرمز تعدیل شده ، چقدر سیگنال تولید شود. روی یکی از آنها این یک گیرنده شگفت آور خوب بود. محدوده نسبتاً حساس و پویای خوب ، مانند ، حتی با نور بسیار روشن از نور خورشید سرگردان کار می کند.

البته می توانید در eBay سلولهای خورشیدی کوچکی مانند این را جستجو کنید. آنها باید زیر 2 یورو خرده فروشی کنند.

یک برد گیرنده دیگر کلاس PAM8403 D را به آن وصل کردم (که از شرط DC نیز خلاص شد) و یک بلندگوی ساده متصل به آن را وصل کردم. نتیجه چشمگیر بود. صدا به طرز معقولی بلند و بدون اعوجاج بود.

نقطه ضعف استفاده از سلول خورشیدی این است که آنها بسیار کند هستند. حامل دیجیتال کاملاً از بین می رود و این فرکانس صوتی تغییر یافته واقعی است که به عنوان سیگنال از راه می رسد. مزیت آن این است که به هیچ وجه نیازی به تعدیل کننده نیست: فقط آمپلی فایر و بلندگو را وصل کنید و در کار هستید. نکته منفی این است که از آنجا که حامل دیجیتال وجود ندارد و بنابراین نمی توان آن را بازیابی کرد ، عملکرد گیرنده کاملاً به شدت نور بستگی دارد و صدا توسط همه منابع ناهنجار سرگردان که در محدوده فرکانس صوتی مانند لامپها تغییر شکل می دهند ، مخدوش می شود. ، تلویزیون و صفحه کامپیوتر.

مرحله 3: آزمایش کنید

من شب هنگام فرستنده و گیرنده را بیرون آوردم تا پرتو را به راحتی ببینم و حداکثر حساسیت سلول خورشیدی را داشته باشم ، و بلافاصله موفقیت آمیز بود. سیگنال به راحتی در فاصله 200 متری پایین برد ، جایی که عرض پرتو بیش از 20 سانتی متر نبود. برای یک ماژول لیزری 60 سنت با یک لنز کولیماتور غیر دقیق ، یک سلول خورشیدی پاک شده و دو ماژول تقویت کننده بد نیست.

سلب مسئولیت جزئی: من این عکس را نساختم ، فقط آن را از یک سایت جستجوی معروف گرفتم. از آنجایی که آن شب مقدار کمی مرطوب در هوا وجود داشت ، وقتی به عقب به لیزر نگاه می کردید ، پرتو واقعاً شبیه این بود. بسیار عالی است ، اما این نکته حائز اهمیت است.

مرحله 4: پس از اندیشه: ساخت گیرنده دیجیتال

ساخت گیرنده دیجیتال ، نسخه دیود PIN

همانطور که گفته شد ، بدون بازسازی سیگنال PMW با فرکانس بالا ، سیگنال های سرگردان بسیار شنیدنی هستند. همچنین ، بدون تولید سیگنال PMW در دامنه ثابت ، حجم ، و نسبت سیگنال به نویز گیرنده بستگی به میزان جذب نور لیزر توسط گیرنده دارد. اگر سیگنال PMW به تنهایی در خروجی سنسور نور به اندازه کافی در دسترس باشد ، فیلتر کردن این سیگنال های نوری سرگردان بسیار آسان است زیرا اساساً همه چیز در فرکانس مدولاسیون باید منحرف تلقی شود. پس از آن ، به سادگی تقویت سیگنال باقیمانده باید یک سیگنال PWM با دامنه ثابت تولید شده تولید کند.

اگر هنوز گیرنده دیجیتالی ایجاد نکرده اید ، اما ممکن است با استفاده از دیود PIN BWP34 به عنوان آشکارساز بسیار امکان پذیر باشد. برای افزایش ناحیه ضبط ، باید در مورد سیستم لنز تصمیم گیری کرد ، زیرا BWP34 دارای یک دهانه بسیار کوچک ، در حدود 4x4 میلی متر است. سپس یک آشکارساز حساس بسازید ، یک فیلتر بالا گذر اضافه کنید که تقریباً 200 کیلوهرتز تنظیم شده است. پس از فیلتر کردن ، سیگنال باید تقویت شود ، قطع شود تا سیگنال اصلی تا آنجا که ممکن است بازیابی شود. اگر همه اینها کار کند ، ما اساساً سیگنال را همانطور که توسط تراشه PAM تولید شده است و می تواند مستقیماً در یک بلندگوی کوچک تغذیه شود ، بازیابی کرده ایم.

شاید برای قرار بعدی!

رویکرد متفاوت ، حرفه ای!

افرادی هستند که انتقال نور را در فواصل بسیار بیشتر (چندین ده کیلومتر) از آنچه در اینجا ارائه شده است انجام می دهند. آنها از لیزر استفاده نمی کنند زیرا نور تک رنگ در واقع در فاصله ای غیر خلاء سریعتر از نورهای چند رنگ زودتر محو می شود. آنها از خوشه های LED ، لنزهای عریض بزرگ استفاده می کنند و البته مسافتهای زیادی را برای یافتن هوای پاک و خطوط دید طولانی ، مانند کوهها ، طی می کنند. گیرنده های آنها از طراحی بسیار خاصی برخوردار هستند. مطالب جالبی که در اینترنت یافت می شود.