نقل الصوت الرقمي بالليزر البسيط والرخيص: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

منذ أن صنعت مسدس الليزر ، كنت أفكر في تعديل الليزر لإرسال الصوت ، إما من أجل المتعة (جهاز اتصال داخلي للأطفال) ، أو ربما لنقل البيانات لمسدس ليزر أكثر تعقيدًا ، مما يتيح لجهاز الاستقبال اكتشافه من خلال الذي أصيب. في هذا الدليل ، سأركز على نقل الصوت.

أنشأ العديد من الأشخاص أنظمة إرسال تم تعديلها تمثيلية عن طريق إضافة إشارة الصوت التناظرية إلى مصدر الطاقة الخاص بصمام الليزر. يعمل هذا ، لكن له بعض العيوب الخطيرة ، ومعظمها عدم القدرة على تضخيم الإشارة عند الطرف المستقبل دون إحداث الكثير من الضوضاء. أيضا الخطية رديئة جدا.

أردت تعديل الليزر رقميًا باستخدام نظام تعديل عرض النبض (PWM). يمكن تعديل ثنائيات الليزر الرخيصة المستخدمة في مشروع مدفع الليزر بشكل أسرع من LED العادي ، وصولاً إلى ملايين النبضات في الثانية ، لذلك يجب أن يكون هذا ممكنًا جدًا.

الخطوة 1: إثبات المبدأ (المرسل)

من الممكن تمامًا إنشاء جهاز إرسال لائق إلى حد ما باستخدام مولد مثلث أو سن المنشار ومقارنة خرجه بإدخال الإشارة مع جهاز op-amp. ومع ذلك ، من الصعب جدًا الحصول على خطية جيدة وعدد المكونات ينمو بسرعة كبيرة ، وغالبًا ما يكون النطاق الديناميكي القابل للاستخدام محدودًا. إلى جانب ذلك ، قررت أنه مسموح لي أن أكون كسولًا.

وجهني القليل من التفكير الجانبي إلى مكبر صوت رخيص للغاية من الفئة D يسمى PAM8403. لقد استخدمته من قبل كمكبر صوت حقيقي في مشروع مسدس الليزر. إنه يفعل بالضبط ما نريده ، عرض النبض يعدل إدخال الصوت. يمكن شراء اللوحات الصغيرة ذات المكونات الخارجية المطلوبة من eBay بسعر أقل من 1 يورو.

شريحة PAM8404 عبارة عن مضخم صوت استريو بإخراج H-bridge كامل ، مما يعني أنه يمكن توصيل كلا الأسلاك إلى السماعة إلى سكة Vcc (زائد) أو إلى الأرض ، مما يؤدي إلى مضاعفة طاقة الإخراج أربع مرات مقارنةً بسلك واحد فقط. بالنسبة لهذا المشروع ، يمكننا ببساطة استخدام أحد سلكي الإخراج ، لقناة واحدة فقط. في حالة الصمت التام ، سينتقل الخرج إلى موجة مربعة تبلغ حوالي 230 كيلو هرتز. يؤدي التعديل بواسطة الإشارة الصوتية إلى تغيير عرض النبض للإخراج.

الثنائيات الليزرية حساسة للغاية للتيار الزائد. حتى نبضة تبلغ 1 ميكرو ثانية يمكنها تدميرها تمامًا. الدائرة الموضحة تمنع ذلك بالضبط. سيقود الليزر بـ 30 مللي أمبير بشكل مستقل عن VCC. ومع ذلك ، هناك أدنى فصل من الثنائيات ، وعادة ما يتم قطع الجهد الأساسي للترانزستور إلى 1.2 فولت ، ويتم تدمير الصمام الثنائي لليزر على الفور. لقد قمت بتفجير وحدتي ليزر مثل هذا. أوصي بعدم إنشاء برنامج تشغيل الليزر على اللوح ، ولكن قم بلحامه على قطعة صغيرة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو شكل حر في قطعة من أنبوب الانكماش في الجزء الخلفي من وحدة الليزر.

رجوع إلى جهاز الإرسال. قم بتوصيل خرج PAM8403 بإدخال دائرة مشغل الليزر ويتم عمل جهاز الإرسال! عند إطلاقه ، يتم تشغيل الليزر بصريًا ولا يمكن اكتشاف أي تعديل بصريًا. هذا منطقي في الواقع لأن الإشارة تحوم حول حالة تشغيل / إيقاف بنسبة 50/50 بالمائة على تردد ناقل 230 كيلو هرتز. أي تعديل مرئي لن يكون حجم الإشارة ، ولكن القيمة الفعلية للإشارة. فقط عند الترددات المنخفضة جدًا ، سيكون التعديل ملحوظًا.

الخطوة 2: إثبات المبدأ (جهاز الاستقبال ، إصدار الخلايا الشمسية)

لقد بحثت في العديد من المبادئ الخاصة بجهاز الاستقبال ، مثل ثنائيات صور PIN المنحازة بشكل سلبي ، والإصدارات غير المتحيزة ، وما إلى ذلك. كان للخطط المختلفة مزايا وعيوب مختلفة ، مثل السرعة في مقابل الحساسية ، ولكن معظم الأشياء كانت معقدة.

الآن كان لدي مصباح IKEA Solvinden القديم الذي يعمل بالطاقة الشمسية في الحديقة والذي تم تدميره بسبب دخول المطر ، لذلك قمت بإنقاذ خليتين شمسيتين صغيرتين (4 × 5 سم) وجربت مقدار الإشارة التي سيتم إنتاجها عن طريق توجيه الصمام الثنائي الليزري الأحمر المعدل. على واحد منهم. اتضح أن هذا جهاز استقبال جيد بشكل مدهش. نطاق ديناميكي متوسط حساس وجيد ، كما هو الحال في ، يعمل مع إضاءة ساطعة جدًا من أشعة الشمس الشاردة.

بالطبع يمكنك البحث على موقع eBay عن خلايا شمسية صغيرة كهذه. يجب عليهم البيع بالتجزئة بأقل من 2 يورو.

لقد قمت بتوصيل لوحة مستقبل PAM8403 D أخرى بها (والتي تخلصت أيضًا من مكون DC) ، وقمت بتوصيل مكبر صوت بسيط متصل به. كانت النتيجة رائعة. كان الصوت مرتفعًا بشكل معقول وخالي من التشويه.

الجانب السلبي من استخدام الخلايا الشمسية هو أنها بطيئة للغاية. يتم محو الناقل الرقمي تمامًا وهو التردد الصوتي الفعلي الذي يتم إزالته كإشارة. الميزة هي أنه ليس هناك حاجة إلى مزيل التشكيل على الإطلاق: فقط قم بتوصيل مكبر الصوت ومكبر الصوت وأنت في العمل. الجانب السلبي هو أنه نظرًا لعدم وجود الناقل الرقمي ، وبالتالي لا يمكن استعادته ، فإن أداء جهاز الاستقبال يعتمد تمامًا على شدة الضوء وسيتم تشويه الصوت بواسطة جميع مصادر الإضاءة الشاردة المعدلة في نطاق تردد الصوت مثل المصابيح الكهربائية والتلفزيونات وشاشات الكمبيوتر.

الخطوة الثالثة: الاختبار

أخرجت جهاز الإرسال والاستقبال ليلاً لرؤية الشعاع بسهولة ولديك أقصى حساسية للخلية الشمسية ، وكان هناك نجاح فوري. تم التقاط الإشارة بسهولة من مسافة 200 متر ، حيث لا يزيد عرض الحزمة عن 20 سم. ليس سيئًا بالنسبة لوحدة ليزر 60 سنتًا مع عدسة موازاة غير دقيقة وخلية شمسية مكسوبة ووحدتي مكبر للصوت.

إخلاء بسيط: لم أقم بتصوير هذه الصورة ، بل التقطتها من موقع بحث معروف. نظرًا لوجود القليل من الرطوبة في الهواء في تلك الليلة ، بدا الشعاع بالفعل هكذا عند النظر إلى الخلف باتجاه الليزر. رائع جدا ، لكن هذا خارج عن الموضوع.

الخطوة 4: بعد الأفكار: بناء مستقبل رقمي

بناء جهاز استقبال رقمي ، إصدار PIN Diode

كما قيل ، بدون إعادة توليد إشارة PMW عالية التردد ، تكون الإشارات الضالة مسموعة للغاية. أيضًا ، بدون إعادة توليد إشارة PMW إلى اتساع ثابت ، فإن الحجم وبالتالي نسبة الإشارة إلى الضوضاء في المستقبل يعتمد كليًا على كمية ضوء الليزر التي يلتقطها المستقبل. إذا كانت إشارة PMW نفسها متاحة بشكل كافٍ عند خرج مستشعر الضوء ، فيجب أن يكون من السهل جدًا تصفية إشارات الضوء الشاردة هذه ، حيث يجب اعتبار كل شيء تحت تردد التعديل ضالًا. بعد ذلك ، يجب أن يؤدي تضخيم الإشارة المتبقية ببساطة إلى إنتاج إشارة PWM ذات سعة ثابتة ومتجددة.

إذا لم تكن قد قمت ببناء جهاز استقبال رقمي بعد ، فقد يكون من الممكن جدًا استخدام الصمام الثنائي BWP34 PIN ككاشف. سيتعين على المرء اتخاذ قرار بشأن نظام العدسة لزيادة مساحة الالتقاط ، حيث أن BWP34 بها فتحة صغيرة جدًا ، حوالي 4x4 مم. ثم قم بعمل كاشف حساس ، أضف مرشح تمرير عالي ، مضبوطًا على 200 كيلو هرتز تقريبًا. بعد التصفية ، يجب تضخيم الإشارة وقصها لاستعادة الإشارة الأصلية إلى أقصى حد ممكن. إذا نجح كل ذلك ، فقد استعدنا الإشارة بشكل أساسي حيث تم إنتاجها بواسطة شريحة PAM ويمكن إدخالها مباشرة في مكبر صوت صغير.

ربما في تاريخ لاحق!

نهج مختلف ، للمحترفين!

هناك أشخاص يقومون بنقل الضوء عبر مسافات أكبر بكثير (عدة عشرات من الكيلومترات) من المعروضة هنا. لا يستخدمون الليزر لأن الضوء أحادي اللون يتلاشى في الواقع بشكل أسرع على مسافة في غير الفراغ من الضوء متعدد الألوان. يستخدمون مجموعات LED ، وعدسات فريسنل ضخمة وبالطبع يسافرون لمسافات طويلة للعثور على هواء نظيف وخطوط رؤية طويلة ، اقرأ: الجبال. وأجهزة الاستقبال الخاصة بهم ذات تصميم خاص جدًا. أشياء ممتعة يمكن العثور عليها على الإنترنت.