Transmission audio numérique laser simple et bon marché : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Depuis que j'ai fabriqué le pistolet laser, j'ai pensé à moduler le laser pour envoyer de l'audio, soit pour le plaisir (un interphone pour enfants), soit pour transmettre des données pour un pistolet laser plus sophistiqué, permettant à un récepteur de comprendre par qui il a été touché. Dans ce instructable je me concentrerai sur la transmission audio.

De nombreuses personnes ont créé des systèmes de transmission modulés analogiques en ajoutant le signal audio analogique à l'alimentation de la diode laser. Cela fonctionne, mais il présente quelques inconvénients sérieux, principalement l'incapacité d'amplifier le signal à la réception sans introduire beaucoup de bruit. De plus, la linéarité est très mauvaise.

Je voulais moduler le laser numériquement à l'aide d'un système de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Les diodes laser bon marché utilisées dans le projet de pistolet laser peuvent être modulées encore plus rapidement qu'une LED normale, jusqu'à des millions d'impulsions par seconde, donc cela devrait être très faisable.

Étape 1: Preuve de principe (l'émetteur)

Il est tout à fait possible de construire un émetteur assez décent en utilisant un générateur triangulaire ou en dents de scie et en comparant sa sortie avec le signal d'entrée avec un ampli-op. Cependant, il est assez difficile d'obtenir une bonne linéarité et le nombre de composants augmente assez rapidement, et la plage dynamique utilisable est souvent limitée. D'ailleurs, j'ai décidé qu'il était permis d'être paresseux.

Un peu de réflexion latérale m'a orienté vers un amplificateur audio de classe D ultra bon marché appelé PAM8403. Je l'utilisais auparavant comme un véritable amplificateur audio dans le projet de pistolet laser. Il fait exactement ce que nous voulons, en modulant la largeur d'impulsion de l'entrée audio. Les petites cartes avec les composants externes nécessaires peuvent être achetées sur eBay pour moins de 1 euro.

La puce PAM8404 est un amplificateur stéréo avec une sortie complète en pont en H, ce qui signifie qu'elle peut conduire les deux fils du haut-parleur au rail Vcc (plus) ou à la terre, quadruplant efficacement la puissance de sortie par rapport à un seul fil. Pour ce projet, nous pouvons simplement utiliser l'un des deux fils de sortie, d'un seul canal. En cas de silence complet, la sortie sera entraînée vers une onde carrée d'environ 230 kHz. La modulation par le signal audio modifie la largeur d'impulsion de la sortie.

Les diodes laser sont extrêmement sensibles aux surintensités. Même une impulsion de 1 microseconde peut le détruire complètement. Le circuit illustré empêche exactement cela. Il pilotera le laser avec 30 milliampères indépendant de VCC. Cependant, s'il y a même la moindre déconnexion des diodes, écrêtant normalement la tension de base du transistor à 1,2 volt, la diode laser est immédiatement détruite. J'ai soufflé deux modules laser comme celui-ci. Je recommande de ne pas construire le pilote laser sur une maquette, mais de le souder sur un petit morceau de PCB ou de forme libre dans un morceau de tube thermorétractable à l'arrière du module laser.

Retour à l'émetteur. Connectez la sortie du PAM8403 à l'entrée du circuit de commande laser et l'émetteur est terminé ! Lorsqu'il est allumé, le laser est visuellement allumé et aucune modulation ne peut être détectée optiquement. Cela a en fait du sens car le signal oscille autour d'un état marche/arrêt de 50/50 pour cent sur une fréquence porteuse de 230 kHz. Toute modulation visible n'aurait pas été le volume du signal, mais la valeur réelle du signal. Ce n'est qu'à des fréquences très, très basses que la modulation sera perceptible.

Étape 2: Preuve de principe (le récepteur, version cellule solaire)

J'ai étudié de nombreux principes pour le récepteur, tels que les photodiodes PIN polarisées négativement, les versions non polarisées, etc. Différents schémas présentaient des avantages et des inconvénients différents, tels que la vitesse par rapport à la sensibilité, mais la plupart des choses étaient complexes.

Maintenant, j'avais une vieille lampe solaire IKEA Solvinden dans le jardin qui avait été détruite par la pluie, j'ai donc récupéré les deux petites cellules solaires (4 x 5 cm) et essayé la quantité de signal qui serait produite en pointant simplement la diode laser rouge modulée sur l'un d'eux. Cela s'est avéré être un récepteur étonnamment bon. Modestement sensible et bonne plage dynamique, comme dans, il fonctionne même avec un éclairage assez brillant de la lumière du soleil parasite.

Bien sûr, vous pouvez rechercher sur eBay, par exemple, de petites cellules solaires comme celle-ci. Ils devraient être vendus au prix de moins de 2 euros.

J'y ai branché une autre carte récepteur PAM8403 de classe D (qui s'est également débarrassée du composant DC) et j'y ai connecté un simple haut-parleur. Le résultat était impressionnant. Le son était raisonnablement fort et sans distorsion.

L'inconvénient de l'utilisation d'une cellule solaire est qu'elle est extrêmement lente. La porteuse numérique est complètement effacée et c'est la fréquence audio démodulée réelle qui est transmise en tant que signal. L'avantage est qu'aucun démodulateur n'est nécessaire: il suffit de brancher l'amplificateur et le haut-parleur et le tour est joué. L'inconvénient est que, puisque la porteuse numérique n'est pas présente et ne peut donc pas être restaurée, les performances du récepteur dépendent entièrement de l'intensité lumineuse et le son sera déformé par toutes les sources de lumière parasite modulées dans la plage de fréquences audio telles que les ampoules., téléviseurs et écrans d'ordinateur.

Étape 3: Testez

J'ai sorti l'émetteur et le récepteur la nuit pour voir facilement le faisceau et avoir une sensibilité maximale de la cellule solaire, et le succès a été immédiat. Le signal a été facilement capté à 200 mètres de distance, où la largeur du faisceau ne dépassait pas 20 cm. Pas mal pour un module laser à 60 cents avec une lentille collimatrice de non-précision, une cellule solaire récupérée et deux modules amplificateurs.

Avertissement mineur: je n'ai pas fait cette photo, je l'ai juste prise d'un site de recherche bien connu. Comme il y avait un peu d'humidité dans l'air cette nuit-là, le faisceau ressemblait en effet à ceci en regardant en arrière vers le laser. Très cool, mais c'est hors de propos.

Étape 4: après réflexion: Construire un récepteur numérique

Construire un récepteur numérique, version à diode PIN

Comme dit, sans régénérer le signal PMW haute fréquence, les signaux parasites sont très audibles. De plus, sans le signal PMW régénéré à une amplitude fixe, le volume et donc le rapport signal sur bruit du récepteur dépendent totalement de la quantité de lumière laser capturée par le récepteur. Si le signal PMW lui-même est suffisamment disponible à la sortie du capteur de lumière, il devrait être très facile de filtrer ces signaux lumineux parasites, car tout ce qui se trouve sous la fréquence de modulation devrait être considéré comme parasite. Après cela, la simple amplification du signal restant devrait produire un signal PWM régénéré à amplitude fixe.

Si vous n'avez pas encore construit de récepteur numérique, cela peut être tout à fait faisable en utilisant une diode PIN BWP34 comme détecteur. Il faudrait choisir un système d'objectif pour augmenter la zone de capture, car le BWP34 a une très petite ouverture, environ 4x4 mm. Fabriquez ensuite un détecteur sensible, ajoutez un filtre passe-haut, réglé à environ 200 kHz. Après filtrage, le signal doit être amplifié, écrêté pour restituer au mieux le signal d'origine. Si tout cela fonctionnait, nous avons essentiellement restauré le signal tel qu'il était produit par la puce PAM et pourrait être directement introduit dans un petit haut-parleur.

Peut-être pour une date ultérieure !

Approche différente, les pros !

Il y a des gens qui transmettent de la lumière sur des distances beaucoup plus grandes (plusieurs dizaines de kilomètres) que celles présentées ici. Ils n'utilisent pas de laser car la lumière monochromatique s'estompe en fait plus rapidement sur la distance dans un non-vide que la lumière multichromatique. Ils utilisent des grappes de LED, d'énormes lentilles de Fresnel et, bien sûr, parcourent de grandes distances pour trouver de l'air pur et de longues lignes de visée, lisez: des montagnes. Et leurs récepteurs sont d'une conception très spéciale. Des trucs amusants qui peuvent être trouvés sur Internet.