Basit ve Ucuz Lazer Dijital Ses İletimi: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Lazer silahını yaptığımdan beri, ya eğlence için (bir çocuk interkomu) ya da belki daha karmaşık bir lazer silahı için veri iletmek için, bir alıcının anlamasını sağlamak için, lazeri ses üzerinden göndermek için modüle etmeyi düşünüyorum. kime vuruldu. Bu talimatta ses iletimine odaklanacağım.

Birçok kişi, analog ses sinyalini lazer diyotun güç kaynağına ekleyerek analog modülasyonlu iletim sistemleri oluşturmuştur. Bu işe yarar, ancak birkaç ciddi dezavantajı vardır, çoğunlukla çok fazla gürültü getirmeden alıcı uçta sinyali yükseltememek. Ayrıca doğrusallık çok zayıf.

Bir Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) sistemi kullanarak lazeri dijital olarak modüle etmek istedim. Lazer tabancası projesinde kullanılan ucuz lazer diyotları, normal bir LED'den bile daha hızlı, saniyede milyonlarca darbeye kadar modüle edilebilir, bu nedenle bu çok yapılabilir olmalıdır.

Adım 1: Prensip Kanıtı (Verici)

Bir üçgen veya testere dişi üreteci kullanarak ve çıkışını bir op-amp ile sinyal girişi ile karşılaştırarak biraz iyi bir verici oluşturmak tamamen mümkündür. Bununla birlikte, iyi bir doğrusallık elde etmek oldukça zordur ve bileşenlerin sayısı oldukça hızlı bir şekilde patlak verir ve kullanılabilir dinamik aralık genellikle sınırlıdır. Ayrıca tembelliğe izin verildiğine karar verdim.

Biraz yanal düşünme, beni PAM8403 adlı ultra ucuz D sınıfı bir ses yükselticisine yönlendirdi. Daha önce lazer silah projesinde gerçek bir ses yükseltici olarak kullanmıştım. Tam olarak istediğimizi yapıyor, ses girişini modüle eden darbe genişliği. Gerekli harici bileşenlere sahip küçük panolar eBay'den 1 Euro'nun altında satın alınabilir.

PAM8404 yongası, tam H-köprü çıkışına sahip bir stereo amplifikatördür; bu, hoparlöre giden her iki kabloyu da Vcc (artı) rayına veya toprağa götürebileceği anlamına gelir, böylece yalnızca bir kabloyu sürmeye kıyasla çıkış gücünü etkin bir şekilde dört katına çıkarır. Bu proje için sadece bir kanalın iki çıkış kablosundan birini kullanabiliriz. Tam sessizlikteyken çıkış yaklaşık 230 kHz kare dalgaya sürülecektir. Ses sinyali ile modülasyon, çıkışın darbe genişliğini değiştirir.

Lazer diyotlar aşırı akıma karşı son derece hassastır. 1 mikrosaniyelik bir darbe bile onu tamamen yok edebilir. Gösterilen devre tam olarak bunu engelliyor. Lazeri VCC'den bağımsız olarak 30 miliamper ile çalıştıracaktır. Bununla birlikte, diyotların en ufak bir bağlantısı olsa bile, normalde transistörün temel voltajını 1,2 volta düşürür, lazer diyotu hemen yok olur. Bunun gibi iki lazer modülünü patlattım. Lazer sürücüsünü bir devre tahtası üzerine kurmamanızı, ancak lazer modülünün arkasındaki küçük bir PCB parçasına veya serbest biçimli bir büzülme borusu parçasına lehimlemenizi öneririm.

Vericiye geri dön. PAM8403'ün çıkışını lazer sürücü devresinin girişine bağlayın ve verici tamamlandı! Ateşlendiğinde, lazer görsel olarak açıktır ve optik olarak herhangi bir modülasyon tespit edilemez. Bu aslında, sinyal 230 kHz'lik bir taşıyıcı frekansta yüzde 50/50 açık/kapalı durumu civarında gezindiği için mantıklıdır. Herhangi bir görünür modülasyon, sinyalin hacmi değil, sinyalin gerçek değeri olurdu. Sadece çok, çok düşük frekanslarda modülasyon fark edilebilir olacaktır.

Adım 2: Prensip Kanıtı (Alıcı, Güneş Pili Versiyonu)

Negatif kutuplu PIN foto diyotları, önyargısız versiyonlar vb. gibi alıcı için birçok ilkeyi araştırdım. Farklı şemaların hıza karşı hassasiyet gibi farklı avantajları ve dezavantajları vardı, ancak her şeyin çoğu karmaşıktı.

Şimdi bahçede yağmur nedeniyle bozulan eski bir IKEA Solvinden güneş enerjili ışığım vardı, bu yüzden iki küçük (4 x 5 cm) güneş pilini kurtardım ve modüle edilmiş kırmızı lazer diyotu işaret ederek ne kadar sinyal üretileceğini denedim. onlardan birinde. Bu şaşırtıcı derecede iyi bir alıcı olduğu ortaya çıktı. Mütevazı derecede hassas ve iyi dinamik aralık, olduğu gibi, başıboş güneş ışığından bile oldukça parlak aydınlatma ile çalışır.

Elbette bunun gibi küçük güneş pilleri için eBay'de arama yapabilirsiniz. 2 Euro'nun altında perakende satış yapmaları gerekir.

Buna başka bir PAM8403 D sınıfı alıcı kartı bağladım (bu da DC bileşeninden kurtuldu) ve ona bağlı basit bir hoparlör bağladım. Sonuç etkileyiciydi. Ses oldukça yüksek ve distorsiyonsuzdu.

Bir güneş pili kullanmanın dezavantajı, aşırı yavaş olmalarıdır. Dijital taşıyıcı tamamen silinir ve sinyal olarak gelen gerçek demodüle edilmiş ses frekansıdır. Avantajı, hiçbir demodülatöre gerek olmamasıdır: sadece amplifikatörü ve hoparlörü bağlayın ve işinize başlayın. Dezavantajı ise, dijital taşıyıcı mevcut olmadığından ve bu nedenle geri yüklenemediğinden, alıcının performansının tamamen ışık yoğunluğuna bağlı olması ve sesin, ampuller gibi ses frekansı aralığında modüle edilen tüm başıboş ışık kaynakları tarafından bozulacak olmasıdır., televizyonlar ve bilgisayar ekranları.

3. Adım: Test edin

Işını kolayca görmek ve güneş pilinin maksimum hassasiyetine sahip olmak için vericiyi ve alıcıyı gece dışarı çıkardım ve hemen başarı geldi. Sinyal, ışının genişliğinin 20 cm'den fazla olmadığı 200 metre aşağı menzilden kolayca alındı. Hassas olmayan kolimatör lensi, süpürülmüş güneş pili ve iki amplifikatör modülü olan 60 sentlik bir lazer modülü için fena değil.

Küçük sorumluluk reddi: Bu resmi ben yapmadım, sadece iyi bilinen bir arama sitesinden aldım. O gece havada biraz nemli olduğu için, lazere doğru geriye bakıldığında ışın gerçekten de böyle görünüyordu. Çok güzel, ama bu konunun dışında.

Adım 4: Düşüncelerden Sonra: Dijital Alıcı Oluşturma

Dijital Alıcı Oluşturma, PIN Diyot Versiyonu

Söylendiği gibi, yüksek frekanslı PMW sinyalini yeniden oluşturmadan, başıboş sinyaller çok duyulabilir. Ayrıca, sabit bir genlikte yeniden oluşturulan PMW sinyali olmadan, alıcının hacmi ve dolayısıyla sinyal-gürültü oranı, tamamen alıcı tarafından ne kadar lazer ışığının yakalandığına bağlıdır. Eğer PMW sinyalinin kendisi ışık sensörünün çıkışında yeterince mevcut olacaksa, bu kaçak ışık sinyallerini filtrelemek çok kolay olacaktır, çünkü temelde modülasyon frekansı altındaki her şey kaçak olarak kabul edilmelidir. Bundan sonra, kalan sinyalin basitçe yükseltilmesi, sabit bir genlikli, yeniden oluşturulmuş PWM sinyali üretmelidir.

Henüz bir dijital alıcı oluşturmadıysanız, ancak dedektör olarak bir BWP34 PIN diyotu kullanarak çok yapılabilir olabilir. BWP34'ün yaklaşık 4x4mm'lik çok küçük bir açıklığı olduğundan, yakalama alanını artırmak için bir lens sistemine karar vermek gerekir. Ardından hassas bir dedektör yapın, kabaca 200 kHz'e ayarlanmış bir yüksek geçiş filtresi ekleyin. Filtrelemeden sonra, orijinal sinyali mümkün olduğunca iyi hale getirmek için sinyal güçlendirilmeli, kırpılmalıdır. Bunların hepsi işe yararsa, sinyali PAM çipi tarafından üretildiği ve doğrudan küçük bir hoparlöre beslendiği için temel olarak geri yükledik.

Belki daha sonraki bir tarih için!

Farklı yaklaşım, profesyoneller!

Burada sunulandan çok daha uzun mesafelerde (birkaç on kilometre) ışık iletimi yapan insanlar var. Lazer kullanmazlar çünkü monokromatik ışık aslında vakumsuz bir ortamda çok renkli ışıktan daha hızlı kaybolur. LED kümeleri, devasa fresnel lensler kullanırlar ve elbette temiz hava ve uzun görüş hatları bulmak için uzun mesafeler kat ederler, okuyun: dağlar. Ve alıcıları çok özel bir tasarıma sahiptir. İnternette bulunabilecek eğlenceli şeyler.