Paprastas ir pigus lazerinis skaitmeninis garso perdavimas: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Nuo tada, kai sukūriau lazerinį pistoletą, galvojau apie lazerio moduliavimą, kad būtų siunčiamas garsas, kad būtų smagu (vaikų domofonas), o gal perduoti duomenis įmantresniam lazeriniam pistoletui, kad imtuvas galėtų suprasti į kurį jis nukentėjo. Šioje pamokoje aš sutelksiu dėmesį į garso perdavimą.

Daugelis žmonių sukūrė analogines moduliuotas perdavimo sistemas, pridėję analoginį garso signalą prie lazerinio diodo maitinimo šaltinio. Tai veikia, tačiau turi keletą rimtų trūkumų, dažniausiai nesugebėjimą sustiprinti signalo priimančiame gale, nesukeliant daug triukšmo. Taip pat linijiškumas yra labai prastas.

Norėjau moduliuoti lazerį skaitmeniniu būdu, naudojant PWM (Pulse Width Modulation) sistemą. Pigūs lazeriniai diodai, naudojami lazerinio pistoleto projekte, gali būti moduliuojami net greičiau nei įprastas šviesos diodas, iki milijonų impulsų per sekundę, todėl tai turėtų būti labai įmanoma.

1 žingsnis: principo įrodymas (siųstuvas)

Visiškai įmanoma sukurti šiek tiek padorų siųstuvą naudojant trikampį arba pjūklo dantų generatorių ir palyginus jo išvestį su signalo įvestimi naudojant „op-amp“. Tačiau gana sunku pasiekti gerą tiesiškumą, o komponentų skaičius išauga gana greitai, o naudojamas dinaminis diapazonas dažnai yra ribotas. Be to, nusprendžiau, kad leidžiama tingėti.

Šiek tiek šoninis mąstymas nukreipė mane į itin pigų D klasės garso stiprintuvą, vadinamą PAM8403. Aš jį anksčiau naudoju kaip tikrą garso stiprintuvą lazerinio pistoleto projekte. Tai daro tai, ko mes norime, impulsų plotis moduliuoja garso įvestį. Mažų plokščių su reikiamais išoriniais komponentais galima įsigyti iš „eBay“už mažiau nei 1 eurą.

„PAM8404“lustas yra stereofoninis stiprintuvas, turintis visą H tilto išvestį, o tai reiškia, kad jis gali nuvesti abu laidus prie garsiakalbio prie „Vcc“(pliuso) bėgio arba įžeminti, efektyviai padvigubindamas išėjimo galią, palyginti su tik vieno laido vedimu. Šiam projektui mes galime tiesiog naudoti vieną iš dviejų išvesties laidų, tik vieno kanalo. Visiškoje tyloje išėjimas bus nukreiptas į maždaug 230 kHz kvadratinę bangą. Moduliavimas pagal garso signalą keičia išėjimo impulsų plotį.

Lazeriniai diodai yra labai jautrūs pernelyg didelei srovei. Net 1 mikrosekundės impulsas gali jį visiškai sunaikinti. Parodyta grandinė to neleidžia. Jis valdys lazerį 30 miliamperų nepriklausomai nuo VCC. Tačiau jei yra net menkiausias diodų atjungimas, paprastai tranzistoriaus bazinė įtampa nukerpama iki 1,2 volto, lazerinis diodas nedelsiant sunaikinamas. Aš išpūtiau du tokius lazerio modulius. Aš rekomenduoju lazerio tvarkyklę ne statyti ant duonos lentos, o lituoti ją ant mažo PCB gabalo arba laisvos formos susitraukiančio vamzdžio gabalo, esančio lazerio modulio gale.

Grįžkime prie siųstuvo. Prijunkite PAM8403 išvestį prie lazerio tvarkyklės grandinės įvesties ir siųstuvas bus baigtas! Užsidegus lazeris yra vizualiai įjungtas ir jo moduliacija negali būti aptikta. Tai iš tikrųjų yra prasminga, nes signalas sklinda apie 50/50 procentų įjungimo/išjungimo būsenos 230 kHz nešiklio dažniu. Bet koks matomas moduliavimas būtų ne signalo garsumas, o tikroji signalo vertė. Tik labai, labai žemais dažniais moduliacija bus pastebima.

2 žingsnis: principo įrodymas (imtuvas, saulės elementų versija)

Aš ištyriau daugelį imtuvo principų, pvz., Neigiamai nukreiptus PIN fotodiodus, nešališkas versijas ir kt. Skirtingos schemos turėjo skirtingus privalumus ir trūkumus, pavyzdžiui, greitį ir jautrumą, tačiau dauguma dalykų buvo sudėtingi.

Dabar sode turėjau seną IKEA „Solvinden“saulės energiją naudojančią lemputę, kurią sunaikino lietus, todėl išgelbėjau du mažus (4 x 5 cm) saulės elementus ir pabandžiau, kiek signalo bus pagaminta tiesiog nukreipus moduliuotą raudoną lazerinį diodą ant vieno iš jų. Tai pasirodė stebėtinai geras imtuvas. Kukliai jautrus ir geras dinaminis diapazonas, kaip ir dabar, jis veikia net esant gana ryškiam apšvietimui nuo klaidinančių saulės spindulių.

Žinoma, tokių mažų saulės elementų galite ieškoti „eBay“. Jie turėtų būti parduodami už mažiau nei 2 eurus.

Prie jo prijungiau kitą PAM8403 D klasės imtuvo plokštę (kuri taip pat atsikratė nuolatinės srovės komponento) ir prijungiau prie jos prijungtą paprastą garsiakalbį. Rezultatas buvo įspūdingas. Garsas buvo pakankamai stiprus ir be iškraipymų.

Saulės elementų naudojimo trūkumas yra tas, kad jie veikia labai lėtai. Skaitmeninis nešiklis yra visiškai sunaikintas ir kaip tikrasis demoduliuotas garso dažnis perduodamas kaip signalas. Privalumas yra tas, kad jokio demoduliatoriaus nereikia: tiesiog prijunkite stiprintuvą ir garsiakalbį ir pradėsite verslą. Neigiama yra tai, kad kadangi skaitmeninio nešiklio nėra ir todėl jo negalima atkurti, imtuvo veikimas visiškai priklauso nuo šviesos intensyvumo, o garsas bus iškraipytas visų išsklaidytų šviesos šaltinių, moduliuojamų garso dažnių diapazone, pvz., Lempučių., televizoriai ir kompiuterių ekranai.

3 žingsnis: išbandykite

Naktį išėmiau siųstuvą ir imtuvą, kad galėčiau lengvai pamatyti spindulį ir turėti maksimalų saulės elemento jautrumą, ir tai iškart pavyko. Signalas buvo lengvai paimtas 200 metrų atstumu, kur spindulio plotis buvo ne didesnis kaip 20 cm. Neblogai tinka 60 centų lazerinis modulis su netiksliu kolimatoriaus lęšiu, nuvalytas saulės elementas ir du stiprintuvo moduliai.

Nedidelis atsisakymas: Aš nepadariau šios nuotraukos, tiesiog paėmiau ją iš gerai žinomos paieškos svetainės. Kadangi tą naktį ore buvo šiek tiek drėgmės, žvilgsnis atgal į lazerį spindulys tikrai atrodė taip. Labai šaunu, bet tai yra esmė.

4 žingsnis: po minčių: skaitmeninio imtuvo kūrimas

Skaitmeninio imtuvo kūrimas, PIN diodo versija

Kaip minėta, neatkuriant aukšto dažnio PMW signalo, klaidinantys signalai yra labai girdimi. Be to, be PMW signalo, regeneruoto į fiksuotą amplitudę, garsumas ir dėl to imtuvo signalo ir triukšmo santykis visiškai priklauso nuo to, kiek imtuvas užfiksuoja lazerio šviesos. Jei pats PMW signalas būtų pakankamai prieinamas šviesos jutiklio išėjime, turėtų būti labai lengva išblaškyti šiuos išsklaidytus šviesos signalus, nes iš esmės viskas, kas yra moduliacijos dažniu, turėtų būti laikoma klaidinančia. Po to, tiesiog sustiprinus likusį signalą, turėtų atsirasti fiksuotos amplitudės, regeneruotas PWM signalas.

Jei dar nesukūrėte skaitmeninio imtuvo, bet tai gali būti labai įmanoma, naudojant detektorių naudojant BWP34 PIN diodą. Reikėtų nuspręsti dėl objektyvo sistemos, kad padidintumėte fiksavimo plotą, nes BWP34 anga yra labai maža, apie 4x4 mm. Tada sukurkite jautrų detektorių, pridėkite aukšto dažnio filtrą, nustatytą maždaug 200 kHz dažniu. Po filtravimo signalas turėtų būti sustiprintas, nukirptas, kad būtų kuo geriau atkurtas pradinis signalas. Jei visa tai pavyktų, mes iš esmės atkūrėme signalą, nes jis buvo sukurtas naudojant PAM lustą ir galėtų būti tiesiogiai nukreiptas į mažą garsiakalbį.

Galbūt vėlesniam laikui!

Skirtingas požiūris, profesionalai!

Yra žmonių, kurie praleidžia šviesą daug didesniais atstumais (keliasdešimt kilometrų), nei čia pateikiama. Jie nenaudoja lazerių, nes vienspalvė šviesa išnyksta greičiau per atstumą ne vakuume nei daugiaspalvė šviesa. Jie naudoja šviesos diodų grupes, didžiulius Fresnel lęšius ir, žinoma, nukeliauja didelius atstumus, kad surastų švarų orą ir ilgas regėjimo linijas, skaitykite: kalnai. Ir jų imtuvai yra labai ypatingo dizaino. Linksmų dalykų, kuriuos galima rasti internete.