Yksinkertainen ja halpa digitaalinen digitaalinen äänilähetys: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Siitä lähtien, kun tein laserpistoolin, olen ajatellut moduloida laserin lähettämään ääntä joko huvin vuoksi (lasten sisäpuhelin) tai ehkä lähettämään tietoja kehittyneempää laserpistoolia varten, jotta vastaanotin voi selvittää jota hän lyö. Tässä ohjeessa keskityn äänen siirtoon.

Monet ihmiset ovat luoneet analogisia moduloituja siirtojärjestelmiä lisäämällä analogisen audiosignaalin laserdiodin virtalähteeseen. Tämä toimii, mutta sillä on muutamia vakavia haittoja, lähinnä kyvyttömyys vahvistaa signaalia vastaanottopäässä aiheuttamatta paljon kohinaa. Myös lineaarisuus on erittäin heikkoa.

Halusin moduloida laserin digitaalisesti käyttämällä PWM (Pulse Width Modulation) -järjestelmää. Laserpistooliprojektissa käytetyt halvat laserdiodit voidaan moduloida jopa tavallista LEDiä nopeammin miljooniin pulsseihin sekunnissa, joten tämän pitäisi olla erittäin mahdollista.

Vaihe 1: Todiste periaatteesta (lähetin)

On täysin mahdollista rakentaa jonkin verran kunnollinen lähetin käyttämällä kolmio- tai sahahammasgeneraattoria ja vertaamalla sen lähtöä op-vahvistimen signaalituloon. On kuitenkin melko vaikeaa saada hyvää lineaarisuutta, ja komponenttien määrä kasvaa melko nopeasti, ja käyttökelpoinen dynaaminen alue on usein rajallinen. Lisäksi päätin, että se saa olla laiska.

Hieman sivuttainen ajattelu osoitti minulle erittäin halvan D-luokan äänivahvistimen, nimeltään PAM8403. Käytin sitä ennen todellisena vahvistimena laserpistooliprojektissa. Se tekee juuri sitä, mitä haluamme, pulssin leveyden moduloimalla äänituloa. Pienet levyt, joissa on tarvittavat ulkoiset komponentit, voidaan ostaa eBaysta alle 1 eurolla.

PAM8404-siru on stereovahvistin, jossa on täysi H-sillan ulostulo, mikä tarkoittaa, että se voi ajaa molemmat johdot kaiuttimeen Vcc (plus) -kiskoon tai maahan, nelinkertaistaa lähtötehon tehokkaasti verrattuna vain yhden johdon ajamiseen. Tässä projektissa voimme käyttää vain yhtä kahdesta ulostulojohdosta, vain yhdestä kanavasta. Täydessä hiljaisuudessa lähtö ohjataan noin 230 kHz: n neliöaallolle. Äänisignaalin modulointi muuttaa lähdön pulssileveyttä.

Laserdiodit ovat erittäin herkkiä ylivirralle. Jopa 1 mikrosekunnin pulssi voi tuhota sen kokonaan. Esitetty piiri estää juuri sen. Se käyttää laseria 30 milliampeerilla riippumatta VCC: stä. Kuitenkin, jos diodit katkeavat vähiten, tavallisesti leikkaamalla transistorin perusjännite 1,2 volttiin, laserdiodi tuhoutuu välittömästi. Olen puhaltanut kaksi tällaista lasermoduulia. Suosittelen, ettei laserohjainta rakenneta leipälevylle, vaan juotetaan se pienelle PCB-palalle tai vapaamuotoon kutisteputkikappaleeseen lasermoduulin takana.

Takaisin lähettimeen. Liitä PAM8403: n ulostulo laser -ohjainpiirin tuloon ja lähetin on valmis! Sytytettynä laser on visuaalisesti päällä eikä modulaatiota voida havaita optisesti. Tämä on todella järkevää, kun signaali leijuu noin 50/50 prosentin päälle/pois -tilasta 230 kHz: n kantoaaltotaajuudella. Mikä tahansa näkyvä modulaatio ei olisi ollut signaalin äänenvoimakkuus, vaan signaalin todellinen arvo. Vain hyvin, hyvin alhaisilla taajuuksilla modulaatio on havaittavissa.

Vaihe 2: Todiste periaatteesta (vastaanotin, aurinkokennoversio)

Tutkin monia vastaanottimen periaatteita, kuten negatiivisesti esijännitetyt PIN -valodiodit, ei -puolueelliset versiot jne. Erilaisilla kaavioilla oli erilaisia etuja ja haittoja, kuten nopeus vs. herkkyys, mutta ennen kaikkea asiat olivat monimutkaisia.

Nyt minulla oli puutarhassa vanha IKEA Solvinden aurinkokennovalaisin, joka tuhoutui sateen tunkeutumisen vuoksi, joten pelastin kaksi pientä (4 x 5 cm) aurinkokennoa ja kokeilin kuinka paljon signaalia tuotettaisiin osoittamalla vain moduloitu punainen laserdiodi yhdellä niistä. Tästä tuli yllättävän hyvä vastaanotin. Kohtuullisen herkkä ja hyvä dynaaminen alue, kuten myös, se toimii jopa melko kirkkaalla valaistuksella hajavalolta.

Tietenkin voit etsiä esimerkiksi eBayssa tällaisia pieniä aurinkokennoja. Niiden pitäisi maksaa alle 2 euroa.

Liitin siihen toisen PAM8403 D -luokan vastaanotinkortin (joka myös pääsi eroon DC -komponentista) ja liitin siihen yksinkertaisen kaiuttimen. Tulos oli vaikuttava. Ääni oli kohtuullisen kova ja vääristymätön.

Aurinkokennojen käytön haittapuoli on, että ne ovat erittäin hitaita. Digitaalinen kantoaalto on täysin pyyhitty pois, ja se on todellinen demoduloitu äänitaajuus, joka tulee signaalina. Etuna on, että demodulaattoria ei tarvita ollenkaan: liitä vain vahvistin ja kaiutin ja olet liiketoiminnassa. Haittapuoli on se, että koska digitaalista kantoaaltoa ei ole läsnä eikä sitä voida palauttaa, vastaanottimen suorituskyky on täysin riippuvainen valon voimakkuudesta ja ääntä vääristävät kaikki hajavalonlähteet, jotka on moduloitu äänitaajuusalueella, kuten hehkulamput, televisiot ja tietokoneen näytöt.

Vaihe 3: Testaa

Otin lähettimen ja vastaanottimen ulos yöllä nähdäkseni säteen helposti ja saadakseen aurinkokennon maksimaalisen herkkyyden, ja menestys tapahtui välittömästi. Signaali otettiin helposti 200 metrin alaspäin, missä säteen leveys oli enintään 20 cm. Ei paha 60 sentin lasermoduulille, jossa on ei-tarkka kollimaattorilinssi, kuorittu aurinkokenno ja kaksi vahvistinmoduulia.

Pieni vastuuvapauslauseke: En tehnyt tätä kuvaa, otin sen vain tunnetulta hakusivustolta. Koska illalla oli hieman kosteaa ilmassa, säde näytti todella tältä, kun katsot taaksepäin kohti laseria. Erittäin siistiä, mutta se on asian vieressä.

Vaihe 4: Ajatuksien jälkeen: Digitaalisen vastaanottimen rakentaminen

Digitaalisen vastaanottimen rakentaminen, PIN -diodiversio

Kuten sanottu, ilman korkeataajuisen PMW -signaalin regenerointia, hajaantuneet signaalit ovat hyvin kuultavia. Lisäksi ilman PMW-signaalia, joka on regeneroitu kiinteään amplitudiin, äänenvoimakkuus ja siten vastaanottimen signaali-kohinasuhde ovat täysin riippuvaisia siitä, kuinka paljon vastaanotin kaappaa laservaloa. Jos itse PMW -signaali olisi riittävästi saatavilla valotunnistimen ulostulossa, näiden hajavalosignaalien pitäisi olla erittäin helppoa suodattaa pois, koska pohjimmiltaan kaikki modulaatiotaajuuden alla olevat on pidettävä harhaisena. Sen jälkeen yksinkertaisesti vahvistamalla jäljellä oleva signaali pitäisi tuottaa kiinteä amplitudinen, regeneroitu PWM -signaali.

Jos et ole vielä rakentanut digitaalivastaanotinta, mutta se voi olla hyvin toteutettavissa käyttämällä BWP34 PIN -diodia ilmaisimena. Pitäisi päättää linssijärjestelmästä kaappausalueen lisäämiseksi, koska BWP34: n aukko on hyvin pieni, noin 4x4 mm. Tee sitten herkkä ilmaisin, lisää ylipäästösuodatin, jonka arvo on noin 200 kHz. Suodatuksen jälkeen signaalia on vahvistettava, leikattava alkuperäisen signaalin palauttamiseksi mahdollisimman hyväksi. Jos tämä kaikki toimisi, olemme periaatteessa palauttaneet signaalin sellaisena kuin se on PAM -sirun tuottama ja se voidaan syöttää suoraan pieneen kaiuttimeen.

Ehkä myöhemmin!

Erilainen lähestymistapa, ammattilaiset!

On ihmisiä, jotka suorittavat valonsiirtoja huomattavasti suuremmilla etäisyyksillä (useita kymmeniä kilometrejä) kuin tässä esitetään. He eivät käytä lasereita, koska yksivärinen valo haalistuu nopeammin etäisyydellä ei-tyhjiössä kuin monivärinen valo. He käyttävät LED -klustereita, valtavia fresnel -linssit ja tietysti matkustavat pitkiä matkoja löytääkseen puhdasta ilmaa ja pitkiä näkölinjoja, lue: vuoret. Hauskoja juttuja, joita löytyy Internetistä.