使用激光的無(wú)線(xiàn)音頻傳輸

在本文中，我們將討論如何通過(guò)激光傳輸音頻。這是一個(gè)有趣的小項(xiàng)目，其概念與我們?cè)诠饫w電纜中看到的類(lèi)似，我們將使用激光將數(shù)據(jù)從一個(gè)點(diǎn)發(fā)送到另一個(gè)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將把我們的聲音從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)點(diǎn)通過(guò)在太陽(yáng)能板上照射激光。這是由光保真度(簡(jiǎn)稱(chēng)Li-Fi)實(shí)現(xiàn)的，簡(jiǎn)而言之，對(duì)于那些新的人來(lái)說(shuō)，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(gè)項(xiàng)目的亮點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性，您可以在一個(gè)周末內(nèi)使用常用的組件輕松構(gòu)建它。如果您對(duì)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(xiàng)目。

因此，不要再拖延了，讓我們開(kāi)始構(gòu)建項(xiàng)目。

如何使用激光轉(zhuǎn)印音頻?

通過(guò)激光傳輸音頻比聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單。在發(fā)射端，我們有一個(gè)麥克風(fēng)，它把我們的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用一個(gè)音頻放大器放大這個(gè)信號(hào)，這個(gè)放大器的輸出直接連接到一個(gè)激光二極管。然后，這些光被指向我們接收電路上的太陽(yáng)能電池板。同樣，在接收器一側(cè)，太陽(yáng)能電池板連接為另一個(gè)音頻放大器的音頻輸入，該音頻放大器放大這些信號(hào)并在揚(yáng)聲器上播放。所有這一切都是因?yàn)楣鈹y帶數(shù)據(jù)的能力。

發(fā)射機(jī)的一面

音頻到電信號(hào)：

我們的目標(biāo)是傳輸實(shí)時(shí)音頻信號(hào)，所以在這種情況下，我們需要某種麥克風(fēng)將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。實(shí)際上，要實(shí)現(xiàn)完美的輸出，需要一點(diǎn)復(fù)雜的電路。因此，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(guò)激光傳輸?shù)碾娦盘?hào)。

到激光束的電信號(hào)：

在上述過(guò)程中，我們已經(jīng)接收到了電信號(hào)。現(xiàn)在這個(gè)電信號(hào)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光光束。它可以通過(guò)多種方式完成，例如使用一些模擬電路(即開(kāi)關(guān)MOSFET)。但為了使其更簡(jiǎn)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(gè)的原因很簡(jiǎn)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(gè)內(nèi)置的電位器來(lái)調(diào)節(jié)輸出的幅度，更重要的是，它更實(shí)惠。你可以使用任何放大器板，你甚至創(chuàng)建自己的電路來(lái)做正確的工作。盡管如此，我還是建議使用音頻放大器板來(lái)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(gè)簡(jiǎn)單的DIY藍(lán)牙揚(yáng)聲器，如果你感興趣，你可以看看。

現(xiàn)在，一個(gè)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(gè)最小值的電阻。在這里，我們使用的激光器有一個(gè)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(guò)串聯(lián)增加一個(gè)額外的電阻，甚至調(diào)整PAM8403模塊中的電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

接收方

激光到電信號(hào)：

在最后一步中，我們已經(jīng)完成了發(fā)送端，現(xiàn)在我們開(kāi)始接收端。因此，主要的過(guò)程是將激光光束發(fā)出的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的原始狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，我們可以使用任何基于光的傳感器(即LDR，光電二極管等)來(lái)完成這項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目中，我將使用更大的光電二極管陣列，也被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池板。

我要用一個(gè)小的玩具太陽(yáng)能電池板。盡管它的功率輸出很小，但它對(duì)我們的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)綽綽有余。所以，通過(guò)使用這個(gè)太陽(yáng)能電池板，我們將把激光束轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

對(duì)揚(yáng)聲器的電信號(hào)：

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

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我將使用我們?cè)诎l(fā)送端使用的相同的放大器模塊，以便輸出電信號(hào)可以有效地放大并傳遞到揚(yáng)聲器。

關(guān)于揚(yáng)聲器，您可以使用與放大器模塊兼容的任何揚(yáng)聲器。我使用的是4歐姆，10瓦的揚(yáng)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(xiàng)目運(yùn)作背后的主要概念。那么，讓我們轉(zhuǎn)到項(xiàng)目的硬件部分。

使用激光項(xiàng)目進(jìn)行無(wú)線(xiàn)音頻傳輸所需的組件

下面是使用激光項(xiàng)目構(gòu)建無(wú)線(xiàn)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(diǎn)，請(qǐng)閱讀“通過(guò)激光音頻傳輸?shù)母拍?解釋”上面提供。

1.太陽(yáng)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(yáng)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(xiàn)-所需數(shù)量

激光無(wú)線(xiàn)音頻傳輸工程電路圖

在這里，這個(gè)項(xiàng)目是通過(guò)記住使它簡(jiǎn)單和只使用最小的組件來(lái)構(gòu)建的。因此，作為結(jié)果，電路對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都很容易理解和重建。

發(fā)射機(jī)部分:

在這里你可以看到發(fā)射機(jī)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(jī)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(xiàn)性穩(wěn)壓器有效地將9V轉(zhuǎn)換為5V。

發(fā)射機(jī)部分:

在本節(jié)中，只使用了四個(gè)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(dú)使用一個(gè)通道，也可以像我一樣使用兩個(gè)通道。然而，我們將只驅(qū)動(dòng)一個(gè)激光器。激光器的正負(fù)極與其中一個(gè)通道并聯(lián)連接。在連接時(shí)，我提到使用一個(gè)30歐姆的電阻串聯(lián)。這是為了限制流過(guò)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(gè)電阻是不需要的，因?yàn)樗呀?jīng)有一個(gè)30歐姆的電阻連接內(nèi)部。

接收機(jī)的部分:

下面您可以看到接收器部分的原理圖。您可能會(huì)注意到這里有一個(gè)類(lèi)似于發(fā)射器部分的功率部分，因?yàn)槲覀兊囊笕匀幌嗤?。我們?V給系統(tǒng)供電。

接收機(jī)部分:

這里，太陽(yáng)能板的負(fù)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(gè)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(yáng)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(lái)，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(lái)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(biāo)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(gè)發(fā)射器中，有兩個(gè)可配置的區(qū)域。一個(gè)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(gè)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(xiàng)允許精確的信號(hào)控制。

上圖，你可以看到接收器的組裝圖像。像揚(yáng)聲器，太陽(yáng)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(xiàn)上并固定到面包板上。

像發(fā)射器一樣，接收器也有兩個(gè)可配置的選項(xiàng)。PAM8403模塊的輸入端有一個(gè)電位器，用于設(shè)置輸入信號(hào)的直流偏置。PAM8403模塊本身有一個(gè)電位器來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入揚(yáng)聲器的信號(hào)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(lái)，工作演示。

無(wú)線(xiàn)音頻傳輸項(xiàng)目工作演示

在成功地組裝組件之后，我們開(kāi)始測(cè)試項(xiàng)目。無(wú)論在什么條件下，它在室內(nèi)和室外都能很好地工作。無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆秶钊擞∠笊羁蹋驗(yàn)樵谇缋实奶鞖鈼l件下，激光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱。只要激光束擊中太陽(yáng)能電池板，音頻就會(huì)無(wú)縫傳輸。我們還從多個(gè)角度測(cè)試了該設(shè)置，沒(méi)有遇到任何問(wèn)題。

上面的圖像是在戶(hù)外測(cè)試設(shè)置時(shí)拍攝的。與其他項(xiàng)目不同，我沒(méi)有包括任何gif來(lái)展示工作過(guò)程，但我們制作了一個(gè)視頻，您可以在下面觀(guān)看。該視頻提供了該項(xiàng)目的完整演示和解釋。

一些改進(jìn)的想法和額外的可能性，為這個(gè)無(wú)線(xiàn)音頻傳輸項(xiàng)目

這些是我對(duì)擴(kuò)展這個(gè)項(xiàng)目的一些想法，你可以試一試。

改進(jìn)的想法:

使用更靈敏的光電探測(cè)器，而不是玩具太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)一個(gè)聚焦透鏡系統(tǒng)，將激光集中在光電探測(cè)器的一個(gè)更小、更敏感的區(qū)域。

引入降噪技術(shù)和濾波器來(lái)改善音頻信號(hào)的質(zhì)量。

某種類(lèi)型的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，以確保最佳的信號(hào)傳輸，即使運(yùn)動(dòng)或不對(duì)準(zhǔn)。

更多的可能性:

通過(guò)在兩端合并類(lèi)似的設(shè)置，擴(kuò)展項(xiàng)目以支持雙向通信，允許雙向音頻傳輸。

通過(guò)結(jié)合適當(dāng)?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(lèi)型的數(shù)據(jù)，例如用于互聯(lián)網(wǎng)通信的數(shù)字信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)不同的激光波長(zhǎng)和功率水平，擴(kuò)大有效通信范圍，保證遠(yuǎn)距離傳輸能力。

設(shè)計(jì)一個(gè)緊湊的，電池供電的便攜版本的系統(tǒng)，使其適合移動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

常見(jiàn)問(wèn)題

1) Li-Fi可以使用激光嗎?

當(dāng)然，你也可以在Li-Fi系統(tǒng)中使用激光。實(shí)際上，任何光源及其傳感器都可以用來(lái)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(diǎn)和缺點(diǎn)。要了解詳細(xì)的解釋?zhuān)?qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的文章LiFi vs WiFi。

3) LiFi對(duì)人類(lèi)安全嗎?

是的，LiFi(光保真度)通常被認(rèn)為對(duì)人類(lèi)是安全的，因?yàn)樗姆请婋x輻射，低功率水平，有限的范圍等。總的來(lái)說(shuō)，LiFi是一種有前途且安全的無(wú)線(xiàn)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(diǎn)和缺點(diǎn)?

Li-Fi的優(yōu)點(diǎn)

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

增強(qiáng)的安全性：由于光不能穿過(guò)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(fǎng)問(wèn)。

無(wú)射頻干擾：Li-Fi避免了與射頻干擾有關(guān)的問(wèn)題，使其適用于對(duì)此類(lèi)干擾敏感的環(huán)境。

降低延遲：與Wi-Fi相比，Li-Fi可以實(shí)現(xiàn)更低的延遲，有利于需要實(shí)時(shí)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(diǎn)

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(huì)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?yàn)樗蕾?lài)于可見(jiàn)光。

僅限室內(nèi)使用：Li-Fi主要適用于光線(xiàn)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(huì)中斷通信，影響可靠性。

成本和基礎(chǔ)設(shè)施：實(shí)施Li-Fi可能需要更高的初始成本和對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的更改，例如升級(jí)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(wú)線(xiàn)通信，利用可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)和紅外輻射進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它用于各種環(huán)境，例如無(wú)線(xiàn)電頻率(RF)信號(hào)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(shì)，并以其優(yōu)越的帶寬和低延遲用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(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(guò)光促進(jìn)通信的技術(shù)。與從單點(diǎn)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(jiàn)光實(shí)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(lèi)似級(jí)別的項(xiàng)目

1)基于li - fi的兩個(gè)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(pán)傳輸，并在接收端使用LDR進(jìn)行解碼。這展示了Li-Fi促進(jìn)高速光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?

2)利用Li-Fi技術(shù)進(jìn)行音頻傳輸

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

本文編譯自circuitdigest