การส่งสัญญาณเสียงดิจิตอลเลเซอร์ที่ง่ายและราคาถูก: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ตั้งแต่ฉันทำปืนเลเซอร์ ฉันเคยคิดที่จะปรับเลเซอร์ให้ส่งเสียง ไม่ว่าจะเพื่อความสนุกสนาน (อินเตอร์คอมสำหรับเด็ก) หรืออาจจะส่งข้อมูลสำหรับปืนเลเซอร์ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น ที่เขาโดน ในคำแนะนำนี้ฉันจะเน้นที่การส่งสัญญาณเสียง

หลายคนได้สร้างระบบส่งสัญญาณแบบมอดูเลตแบบแอนะล็อกโดยการเพิ่มสัญญาณเสียงแอนะล็อกไปยังแหล่งจ่ายไฟของเลเซอร์ไดโอด ใช้งานได้ แต่มีข้อเสียที่ร้ายแรงบางประการ ส่วนใหญ่คือการไม่สามารถขยายสัญญาณที่ปลายรับได้โดยไม่ทำให้เกิดเสียงรบกวนมากนัก ความเป็นเส้นตรงยังแย่มาก

ฉันต้องการมอดูเลตเลเซอร์แบบดิจิทัลโดยใช้ระบบ Pulse Width Modulation (PWM) เลเซอร์ไดโอดราคาถูกที่ใช้ในโครงการปืนเลเซอร์สามารถมอดูเลตได้เร็วกว่า LED ปกติ โดยมีค่าเป็นล้านพัลส์ต่อวินาที ดังนั้นสิ่งนี้น่าจะเป็นไปได้มาก

ขั้นตอนที่ 1: การพิสูจน์หลักการ (เครื่องส่ง)

เป็นไปได้ทั้งหมดที่จะสร้างเครื่องส่งสัญญาณที่ดีโดยใช้เครื่องกำเนิดรูปสามเหลี่ยมหรือฟันเลื่อย และเปรียบเทียบเอาท์พุตกับอินพุตสัญญาณด้วย op-amp อย่างไรก็ตาม มันค่อนข้างยากที่จะได้รับความเป็นเส้นตรงที่ดีและจำนวนของส่วนประกอบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และช่วงไดนามิกที่ใช้งานได้มักจะถูกจำกัด นอกจากนี้ ฉันตัดสินใจว่ามันได้รับอนุญาตให้ขี้เกียจ

การคิดนอกกรอบเล็กน้อยชี้ให้ฉันไปที่เครื่องขยายเสียง D-class ราคาถูกเป็นพิเศษที่เรียกว่า PAM8403 ก่อนหน้านี้ฉันเคยใช้เป็นเครื่องขยายเสียงจริงในโครงการปืนเลเซอร์ มันทำในสิ่งที่เราต้องการ ความกว้างของพัลส์ปรับอินพุตเสียง บอร์ดขนาดเล็กที่มีส่วนประกอบภายนอกที่จำเป็นสามารถซื้อได้จาก eBay ในราคาต่ำกว่า 1 ยูโร

ชิป PAM8404 เป็นแอมพลิฟายเออร์สเตอริโอที่มีเอาต์พุต H-bridge เต็มรูปแบบ ซึ่งหมายความว่าสามารถขับสายไฟทั้งสองสายไปยังลำโพงไปยังราง Vcc (บวก) หรือลงกราวด์ ส่งผลให้กำลังขับเพิ่มขึ้นสี่เท่าเมื่อเทียบกับการขับเพียงสายเดียว สำหรับโครงการนี้ เราสามารถใช้หนึ่งในสองสายเอาท์พุตของช่องสัญญาณเดียวเท่านั้น เมื่ออยู่ในความเงียบสนิท เอาต์พุตจะถูกส่งไปยังคลื่นสี่เหลี่ยมประมาณ 230 kHz การมอดูเลตโดยสัญญาณเสียงจะเปลี่ยนความกว้างพัลส์ของเอาต์พุต

เลเซอร์ไดโอดมีความไวต่อกระแสเกินอย่างมาก แม้แต่ชีพจร 1 ไมโครวินาทีก็สามารถทำลายมันได้อย่างสมบูรณ์ วงจรที่แสดงไว้ป้องกันสิ่งนั้น มันจะขับเลเซอร์ด้วย 30 มิลลิแอมป์ที่เป็นอิสระจาก VCC อย่างไรก็ตาม มีแม้กระทั่งการตัดการเชื่อมต่อของไดโอดเพียงเล็กน้อย โดยปกติแล้วจะตัดแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานของทรานซิสเตอร์เป็น 1.2 โวลต์ เลเซอร์ไดโอดจะถูกทำลายทันที ฉันได้เป่าโมดูลเลเซอร์สองโมดูลเช่นนี้ ฉันแนะนำว่าอย่าสร้างไดรเวอร์เลเซอร์บนเขียงหั่นขนม แต่บัดกรีบน PCB ชิ้นเล็ก ๆ หรือรูปแบบอิสระในชิ้นส่วนของท่อหดที่ด้านหลังของโมดูลเลเซอร์

กลับไปที่เครื่องส่ง เชื่อมต่อเอาต์พุตของ PAM8403 เข้ากับอินพุตของวงจรขับเลเซอร์และเครื่องส่งสัญญาณเสร็จสิ้น! เมื่อถูกยิง เลเซอร์จะเปิดขึ้นด้วยสายตาและไม่สามารถตรวจจับการมอดูเลตแบบออปติคัลได้ สิ่งนี้สมเหตุสมผลจริง ๆ เมื่อสัญญาณอยู่ในสถานะเปิด/ปิดประมาณ 50/50 เปอร์เซ็นต์บนความถี่พาหะ 230 kHz การมอดูเลตที่มองเห็นได้จะไม่ใช่ปริมาตรของสัญญาณ แต่เป็นค่าที่แท้จริงของสัญญาณ เฉพาะที่ความถี่ต่ำมากเท่านั้นที่การมอดูเลตจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน

ขั้นตอนที่ 2: การพิสูจน์หลักการ (ตัวรับ เวอร์ชันโซลาร์เซลล์)

ฉันได้ตรวจสอบหลักการต่างๆ มากมายสำหรับเครื่องรับ เช่น โฟโต้ไดโอด PIN ที่มีเอนเอียงในเชิงลบ รุ่นที่ไม่เอนเอียง ฯลฯ แผนผังที่ต่างกันมีข้อดีและข้อเสียต่างกัน เช่น ความเร็วกับความไว แต่ส่วนใหญ่แล้วทุกอย่างซับซ้อน

ตอนนี้ ฉันมีโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์แบบเก่าของ IKEA Solvinden ในสวนที่ถูกทำลายโดยน้ำฝน ดังนั้นฉันจึงกู้เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็ก (4 x 5 ซม.) สองเซลล์และลองใช้สัญญาณว่าจะให้กำเนิดสัญญาณได้มากเพียงใดโดยเพียงแค่ชี้เลเซอร์ไดโอดสีแดงแบบมอดูเลต หนึ่งในนั้น สิ่งนี้กลายเป็นเครื่องรับที่ดีอย่างน่าประหลาดใจ มีความละเอียดอ่อนพอประมาณและช่วงไดนามิกที่ดี ใช้งานได้แม้แสงจ้าจากแสงแดดที่เล็ดลอดเข้ามา

แน่นอน คุณสามารถค้นหาบนอีเบย์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กเช่นนี้ พวกเขาควรขายปลีกต่ำกว่า 2 ยูโร

ฉันต่อบอร์ดตัวรับคลาส PAM8403 D อีกอันเข้ากับบอร์ดนั้น (ซึ่งได้กำจัดส่วนประกอบ DC ด้วย) และเชื่อมต่อลำโพงธรรมดาที่ต่ออยู่กับมัน ผลลัพธ์ก็น่าประทับใจ เสียงดังพอสมควรและไม่มีความผิดเพี้ยน

ข้อเสียของการใช้โซลาร์เซลล์คือมันทำงานช้ามาก ผู้ให้บริการดิจิตอลถูกลบออกโดยสมบูรณ์และเป็นความถี่เสียงที่แยกส่วนจริงที่ผ่านเข้ามาเป็นสัญญาณ ข้อดีคือไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องดีมอดูเลเตอร์เลย แค่ต่อแอมพลิฟายเออร์และลำโพงเข้าด้วยกัน เท่านี้คุณก็พร้อมทำธุรกิจแล้ว ข้อเสียคือ เนื่องจากไม่มีตัวรับส่งสัญญาณดิจิทัล และไม่สามารถกู้คืนได้ ประสิทธิภาพของเครื่องรับจึงขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงทั้งหมด และเสียงจะบิดเบี้ยวโดยแหล่งกำเนิดแสงที่หลงทางทั้งหมดที่มีการปรับในช่วงความถี่เสียง เช่น หลอดไฟ,โทรทัศน์และจอคอมพิวเตอร์

ขั้นตอนที่ 3: ทดสอบ

ฉันนำเครื่องส่งและเครื่องรับออกตอนกลางคืนเพื่อให้มองเห็นลำแสงได้ง่ายและมีความไวสูงสุดของเซลล์แสงอาทิตย์ และประสบความสำเร็จในทันที รับสัญญาณได้ง่ายในระยะ 200 เมตร โดยที่ความกว้างของลำแสงไม่เกิน 20 ซม. ไม่เลวสำหรับโมดูลเลเซอร์ราคา 60 เซ็นต์ที่มีเลนส์คอลลิเมเตอร์ที่ไม่แม่นยำ โซลาร์เซลล์ที่แยกออกมา และโมดูลแอมพลิฟายเออร์สองตัว

ข้อจำกัดความรับผิดชอบเล็กน้อย: ฉันไม่ได้ทำภาพนี้ แค่เอามาจากไซต์การค้นหาที่รู้จักกันดี ในคืนนั้นมีความชื้นเล็กน้อยในอากาศ ลำแสงจึงมีลักษณะเช่นนี้เมื่อมองย้อนกลับไปทางเลเซอร์ เจ๋งมาก แต่นั่นไม่ใช่ประเด็น

ขั้นตอนที่ 4: หลังจากคิด: สร้างเครื่องรับดิจิทัล

การสร้างเครื่องรับสัญญาณดิจิตอล เวอร์ชัน PIN Diode

ดังที่กล่าวไว้ หากไม่มีการสร้างสัญญาณ PMW ความถี่สูงขึ้นใหม่ สัญญาณที่หลงทางจะได้ยินได้ชัดเจน นอกจากนี้ หากปราศจากสัญญาณ PMW ที่สร้างขึ้นใหม่เป็นแอมพลิจูดคงที่ ระดับเสียง และด้วยเหตุนี้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของเครื่องรับจึงขึ้นอยู่กับปริมาณแสงเลเซอร์ที่เครื่องรับจับได้โดยสิ้นเชิง หากสัญญาณ PMW นั้นมีเพียงพอที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์วัดแสง ก็ควรจะง่ายมากที่จะกรองสัญญาณแสงจรจัดเหล่านี้ออก เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วทุกสิ่งภายใต้ความถี่ของการปรับควรถือเป็นการหลงทาง หลังจากนั้น เพียงแค่ขยายสัญญาณที่เหลือก็ควรสร้างสัญญาณ PWM ที่สร้างแอมพลิจูดคงที่

หากยังไม่ได้สร้างเครื่องรับดิจิตอล แต่อาจทำได้มากโดยใช้ไดโอด PIN BWP34 เป็นเครื่องตรวจจับ เราจะต้องตัดสินใจเลือกระบบเลนส์เพื่อเพิ่มพื้นที่การจับภาพ เนื่องจาก BWP34 มีช่องเปิดขนาดเล็กมากประมาณ 4x4 มม. จากนั้นจึงสร้างตัวตรวจจับที่มีความละเอียดอ่อน เพิ่มตัวกรองความถี่สูงผ่าน ตั้งไว้ที่ประมาณ 200 kHz หลังจากกรองสัญญาณแล้ว ควรขยายสัญญาณ ตัดทอนเพื่อคืนค่าสัญญาณเดิมให้ดีที่สุด หากวิธีนี้ใช้ได้ผล เราได้คืนค่าสัญญาณโดยพื้นฐานแล้วเนื่องจากชิป PAM ผลิตโดยชิป PAM และสามารถป้อนโดยตรงไปยังลำโพงขนาดเล็กได้

อาจจะสำหรับวันที่ภายหลัง!

แนวทางที่แตกต่าง โปรฯ!

มีผู้คนกำลังส่งแสงในระยะทางที่ไกลกว่ามาก (หลายสิบกิโลเมตร) กว่าที่แสดงไว้ที่นี่ พวกเขาไม่ใช้เลเซอร์เนื่องจากแสงสีเดียวจะจางลงเร็วกว่าระยะไกลในสภาวะที่ไม่ใช่สุญญากาศมากกว่าแสงหลากสี พวกเขาใช้หลอด LED เลนส์เฟรสขนาดใหญ่ และแน่นอนว่าเดินทางเป็นระยะทางไกลเพื่อค้นหาอากาศบริสุทธิ์และสายตายาว อ่านว่า: ภูเขา และตัวรับสัญญาณมีการออกแบบที่พิเศษมาก สาระน่ารู้ที่หาได้จากอินเตอร์เน็ต