使用激光的無線音頻傳輸

在本文中，我們將討論如何通過激光傳輸音頻。這是一個有趣的小項目，其概念與我們在光纖電纜中看到的類似，我們將使用激光將數(shù)據(jù)從一個點發(fā)送到另一個點。具體來說，在這個項目中，我們將把我們的聲音從一個點轉(zhuǎn)移到另一個點通過在太陽能板上照射激光。這是由光保真度(簡稱Li-Fi)實現(xiàn)的，簡而言之，對于那些新的人來說，Li-Fi是一種可以使用光傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，在我們的情況下，我們將聲音作為數(shù)據(jù)發(fā)送，并使用激光作為光源。

這個項目的亮點是它的簡單性，您可以在一個周末內(nèi)使用常用的組件輕松構(gòu)建它。如果您對Li-Fi感興趣，您也可以查看我們的Li-Fi文本通信和Li-Fi音頻傳輸項目。

因此，不要再拖延了，讓我們開始構(gòu)建項目。

如何使用激光轉(zhuǎn)印音頻?

通過激光傳輸音頻比聽起來簡單。在發(fā)射端，我們有一個麥克風(fēng)，它把我們的聲音轉(zhuǎn)換成電信號，然后用一個音頻放大器放大這個信號，這個放大器的輸出直接連接到一個激光二極管。然后，這些光被指向我們接收電路上的太陽能電池板。同樣，在接收器一側(cè)，太陽能電池板連接為另一個音頻放大器的音頻輸入，該音頻放大器放大這些信號并在揚聲器上播放。所有這一切都是因為光攜帶數(shù)據(jù)的能力。

發(fā)射機的一面

音頻到電信號：

我們的目標是傳輸實時音頻信號，所以在這種情況下，我們需要某種麥克風(fēng)將音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號。實際上，要實現(xiàn)完美的輸出，需要一點復(fù)雜的電路。因此，為了簡單起見，我們將使用MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊。

上面，您可以看到代表MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊工作的GIF視頻?，F(xiàn)在我們有了需要通過激光傳輸?shù)碾娦盘枴?

到激光束的電信號：

在上述過程中，我們已經(jīng)接收到了電信號?，F(xiàn)在這個電信號被用來驅(qū)動激光光束。它可以通過多種方式完成，例如使用一些模擬電路(即開關(guān)MOSFET)。但為了使其更簡單有效，我們使用基于PAM8403的迷你5V音頻放大器模塊，如下圖所示。

選擇這個的原因很簡單。它工作在5V范圍內(nèi)，因此它可以很容易地與MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊集成。它還有一個內(nèi)置的電位器來調(diào)節(jié)輸出的幅度，更重要的是，它更實惠。你可以使用任何放大器板，你甚至創(chuàng)建自己的電路來做正確的工作。盡管如此，我還是建議使用音頻放大器板來獲得更好的輸出和輕松的工作。我們以前使用PAM8403也建立了一個簡單的DIY藍牙揚聲器，如果你感興趣，你可以看看。

現(xiàn)在，一個激光二極管可以連接到PAM8403模塊的輸出端。

上面，你可以看到我們正在使用的激光二極管。如果你想減少電流饋送到激光，你可以使用一個最小值的電阻。在這里，我們使用的激光器有一個內(nèi)置的30歐姆電阻與電源輸入串聯(lián)。如果您想降低功率，可以通過串聯(lián)增加一個額外的電阻，甚至調(diào)整PAM8403模塊中的電位器來實現(xiàn)。

接收方

激光到電信號：

在最后一步中，我們已經(jīng)完成了發(fā)送端，現(xiàn)在我們開始接收端。因此，主要的過程是將激光光束發(fā)出的音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號的原始狀態(tài)。一般來說，我們可以使用任何基于光的傳感器(即LDR，光電二極管等)來完成這項工作，但那些接收區(qū)域較小的傳感器很難使用。然而，它們并非不可用;你甚至可以使用它們。但在這個項目中，我將使用更大的光電二極管陣列，也被稱為太陽能電池板。

我要用一個小的玩具太陽能電池板。盡管它的功率輸出很小，但它對我們的項目來說綽綽有余。所以，通過使用這個太陽能電池板，我們將把激光束轉(zhuǎn)換成電信號。

對揚聲器的電信號：

由于太陽能電池板的低功率輸出，它的電信號不能直接饋送到揚聲器。即使使用較大的太陽能電池板，照射到面板上的小光點也不會對輸出產(chǎn)生重大變化;我們只會得到更高的直流電壓與更大的面板。然而，我們需要一個模擬電壓。

為了解決這個問題，我將使用我們在發(fā)送端使用的相同的放大器模塊，以便輸出電信號可以有效地放大并傳遞到揚聲器。

關(guān)于揚聲器，您可以使用與放大器模塊兼容的任何揚聲器。我使用的是4歐姆，10瓦的揚聲器，如上圖所示。

因此，我們已經(jīng)成功地完成了理論部分。我希望你們都能理解選擇組件和項目運作背后的主要概念。那么，讓我們轉(zhuǎn)到項目的硬件部分。

使用激光項目進行無線音頻傳輸所需的組件

下面是使用激光項目構(gòu)建無線音頻傳輸所需組件的列表。有些組件可能有替代品。要了解更多關(guān)于這一點，請閱讀“通過激光音頻傳輸?shù)母拍?解釋”上面提供。

1.太陽能電池板- x1

2.激光二極管- x1

3.電阻(30歐姆)- x1

4.電位器(100k) - x1

5.揚聲器(4歐姆，10W) - x1

6.MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊- x1

7.7805 5V電壓調(diào)節(jié)器- x2

8.PAM8403音頻放大器模塊與電位器- x2

9.9V電池- x2

10.面包板- x2

11.跳線-所需數(shù)量

激光無線音頻傳輸工程電路圖

在這里，這個項目是通過記住使它簡單和只使用最小的組件來構(gòu)建的。因此，作為結(jié)果，電路對每個人來說都很容易理解和重建。

發(fā)射機部分:

在這里你可以看到發(fā)射機部分的原理圖。這些聯(lián)系不言自明。

我們可以將原理圖分為兩部分：電源和發(fā)射機部分。

電源部分:

這里選擇的電源是9V電池。由于電路的其余部分工作在5V，我使用7805 5V線性穩(wěn)壓器有效地將9V轉(zhuǎn)換為5V。

發(fā)射機部分:

在本節(jié)中，只使用了四個組件。

MAX4466和PAM8403模塊都使用穩(wěn)壓器的5V輸出供電。MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊的輸出直接連接到PAM8403音頻放大器模塊。

PAM8403支持2通道。你可以單獨使用一個通道，也可以像我一樣使用兩個通道。然而，我們將只驅(qū)動一個激光器。激光器的正負極與其中一個通道并聯(lián)連接。在連接時，我提到使用一個30歐姆的電阻串聯(lián)。這是為了限制流過激光二極管的電流。如果你使用相同的激光二極管作為我，這個電阻是不需要的，因為它已經(jīng)有一個30歐姆的電阻連接內(nèi)部。

接收機的部分:

下面您可以看到接收器部分的原理圖。您可能會注意到這里有一個類似于發(fā)射器部分的功率部分，因為我們的要求仍然相同。我們用5V給系統(tǒng)供電。

接收機部分:

這里，太陽能板的負極接地，正極連接到PAM8403音頻放大器模塊的輸入端。像發(fā)射器一樣，我保持兩個輸入通道連接。額外的步驟是使用電位器將偏置電壓施加到輸入端，這將設(shè)置放大器輸入端的直流偏置。最后，揚聲器連接到PAM8403放大器模塊的輸出端。

這就完成了我們的電路。接下來，讓我們轉(zhuǎn)到組裝部分。

構(gòu)建電路

讓我們根據(jù)原理圖構(gòu)建電路。我使用面包板來組裝所有組件。

上圖中，您可以看到發(fā)射器的組裝圖像，其部件標記供您參考。激光二極管是直接焊接到2x2貝格帶連接器，允許它很容易地固定到面包板。同樣，電池連接器也配有貝格帶，便于面包板集成。

在這個發(fā)射器中，有兩個可配置的區(qū)域。一個是MAX4466麥克風(fēng)放大器模塊中的增益調(diào)節(jié)，它控制麥克風(fēng)的靈敏度。另一個是PAM8403模塊中的幅度調(diào)節(jié)，控制激光二極管的輸出功率。這些可配置的選項允許精確的信號控制。

上圖，你可以看到接收器的組裝圖像。像揚聲器，太陽能電池板和電池這樣的部件使用Berg公帶連接到面包板，我已經(jīng)焊接到電線上并固定到面包板上。

像發(fā)射器一樣，接收器也有兩個可配置的選項。PAM8403模塊的輸入端有一個電位器，用于設(shè)置輸入信號的直流偏置。PAM8403模塊本身有一個電位器來調(diào)節(jié)進入揚聲器的信號的幅度，有效地允許音量調(diào)節(jié)。

至此，我們已經(jīng)按照原理圖完成了電路的構(gòu)建。接下來，工作演示。

無線音頻傳輸項目工作演示

在成功地組裝組件之后，我們開始測試項目。無論在什么條件下，它在室內(nèi)和室外都能很好地工作。無線傳輸?shù)姆秶钊擞∠笊羁?，因為在晴朗的天氣條件下，激光的強度不會明顯減弱。只要激光束擊中太陽能電池板，音頻就會無縫傳輸。我們還從多個角度測試了該設(shè)置，沒有遇到任何問題。

上面的圖像是在戶外測試設(shè)置時拍攝的。與其他項目不同，我沒有包括任何gif來展示工作過程，但我們制作了一個視頻，您可以在下面觀看。該視頻提供了該項目的完整演示和解釋。

一些改進的想法和額外的可能性，為這個無線音頻傳輸項目

這些是我對擴展這個項目的一些想法，你可以試一試。

改進的想法:

使用更靈敏的光電探測器，而不是玩具太陽能電池板，如雪崩光電二極管(APD)，以提高接收質(zhì)量和范圍。

實現(xiàn)一個聚焦透鏡系統(tǒng)，將激光集中在光電探測器的一個更小、更敏感的區(qū)域。

引入降噪技術(shù)和濾波器來改善音頻信號的質(zhì)量。

某種類型的自動對準系統(tǒng)，以確保最佳的信號傳輸，即使運動或不對準。

更多的可能性:

通過在兩端合并類似的設(shè)置，擴展項目以支持雙向通信，允許雙向音頻傳輸。

通過結(jié)合適當?shù)恼{(diào)制技術(shù)，使系統(tǒng)不僅可以傳輸音頻，還可以傳輸其他類型的數(shù)據(jù)，例如用于互聯(lián)網(wǎng)通信的數(shù)字信號。

實驗不同的激光波長和功率水平，擴大有效通信范圍，保證遠距離傳輸能力。

設(shè)計一個緊湊的，電池供電的便攜版本的系統(tǒng)，使其適合移動和現(xiàn)場應(yīng)用。

常見問題

1) Li-Fi可以使用激光嗎?

當然，你也可以在Li-Fi系統(tǒng)中使用激光。實際上，任何光源及其傳感器都可以用來創(chuàng)建Li-Fi系統(tǒng)。

2) LiFi比Wi-Fi好嗎?

確定Li-Fi是否優(yōu)于Wi-Fi取決于多種因素。兩者都有各自的優(yōu)點和缺點。要了解詳細的解釋，請訪問我們的文章LiFi vs WiFi。

3) LiFi對人類安全嗎?

是的，LiFi(光保真度)通常被認為對人類是安全的，因為它的非電離輻射，低功率水平，有限的范圍等?？偟膩碚f，LiFi是一種有前途且安全的無線通信技術(shù)，為傳統(tǒng)的基于射頻的系統(tǒng)提供了一種安全高效的替代方案。

4) LiFi的優(yōu)點和缺點?

Li-Fi的優(yōu)點

高速數(shù)據(jù)傳輸：利用可見光，Li-Fi提供異?？斓臄?shù)據(jù)傳輸速率，通常超過傳統(tǒng)Wi-Fi。

增強的安全性：由于光不能穿過墻壁，與射頻系統(tǒng)相比，Li-Fi提供了更好的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。

無射頻干擾：Li-Fi避免了與射頻干擾有關(guān)的問題，使其適用于對此類干擾敏感的環(huán)境。

降低延遲：與Wi-Fi相比，Li-Fi可以實現(xiàn)更低的延遲，有利于需要實時通信和流媒體的應(yīng)用。

能源效率：Li-Fi可以利用現(xiàn)有的LED照明系統(tǒng)，這是節(jié)能的，有助于降低整體能耗。

Li-Fi的缺點

視距要求：Li-Fi需要發(fā)射器和接收器之間的直接視距，這可能會限制其范圍和靈活性。

有限的范圍：Li-Fi的工作范圍比Wi-Fi短，因為它依賴于可見光。

僅限室內(nèi)使用：Li-Fi主要適用于光線易于管理和控制的室內(nèi)環(huán)境。

光路阻塞：光路的任何阻塞或中斷都會中斷通信，影響可靠性。

成本和基礎(chǔ)設(shè)施：實施Li-Fi可能需要更高的初始成本和對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的更改，例如升級到合適的照明系統(tǒng)。

LiFi的用途是什么?

Li-Fi(光保真)提供高速無線通信，利用可見光、紫外線和紅外輻射進行數(shù)據(jù)傳輸。它用于各種環(huán)境，例如無線電頻率(RF)信號受限的安全環(huán)境，包括軍事和醫(yī)療設(shè)施。Li-Fi提供快速互聯(lián)網(wǎng)接入，可以與LED照明系統(tǒng)集成，提供照明和數(shù)據(jù)傳輸。它在高射頻干擾區(qū)域具有優(yōu)勢，并以其優(yōu)越的帶寬和低延遲用于增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)等應(yīng)用。

6)什么是SLD激光LiFi?

SLD(表面發(fā)光二極管)激光Li-Fi是指利用表面發(fā)光激光二極管通過光促進通信的技術(shù)。與從單點發(fā)光的傳統(tǒng)led不同，sld將光分布在更大的表面積上，從而提高了Li-Fi系統(tǒng)的效率和性能。在SLD激光Li-Fi設(shè)置中，這些激光二極管使用可見光實現(xiàn)高速，高帶寬通信，與傳統(tǒng)的基于led的系統(tǒng)相比，提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。該技術(shù)適用于要求快速數(shù)據(jù)傳輸和可靠性能的應(yīng)用，例如城市環(huán)境和工業(yè)環(huán)境。

類似級別的項目

1)基于li - fi的兩個Arduino之間的文本通信

使用兩塊Arduino板演示Li-Fi通信：文本數(shù)據(jù)從LED和4x4鍵盤傳輸，并在接收端使用LDR進行解碼。這展示了Li-Fi促進高速光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?

2)利用Li-Fi技術(shù)進行音頻傳輸

在這個項目中，我們將構(gòu)建一個使用Li-Fi技術(shù)傳輸音頻數(shù)據(jù)的電路。

本文編譯自circuitdigest