使用激光的无线音频传输

在本文中，我们将讨论如何通过激光传输音频。这是一个有趣的小项目，其概念与我们在光纤电缆中看到的类似，我们将使用激光将数据从一个点发送到另一个点。具体来说，在这个项目中，我们将把我们的声音从一个点转移到另一个点通过在太阳能板上照射激光。这是由光保真度(简称Li-Fi)实现的，简而言之，对于那些新的人来说，Li-Fi是一种可以使用光传输数据的技术，在我们的情况下，我们将声音作为数据发送，并使用激光作为光源。

这个项目的亮点是它的简单性，您可以在一个周末内使用常用的组件轻松构建它。如果您对Li-Fi感兴趣，您也可以查看我们的Li-Fi文本通信和Li-Fi音频传输项目。

因此，不要再拖延了，让我们开始构建项目。

如何使用激光转印音频?

通过激光传输音频比听起来简单。在发射端，我们有一个麦克风，它把我们的声音转换成电信号，然后用一个音频放大器放大这个信号，这个放大器的输出直接连接到一个激光二极管。然后，这些光被指向我们接收电路上的太阳能电池板。同样，在接收器一侧，太阳能电池板连接为另一个音频放大器的音频输入，该音频放大器放大这些信号并在扬声器上播放。所有这一切都是因为光携带数据的能力。

发射机的一面

音频到电信号：

我们的目标是传输实时音频信号，所以在这种情况下，我们需要某种麦克风将音频信号转换为电信号。实际上，要实现完美的输出，需要一点复杂的电路。因此，为了简单起见，我们将使用MAX4466麦克风放大器模块。

上面，您可以看到代表MAX4466麦克风放大器模块工作的GIF视频。现在我们有了需要通过激光传输的电信号。

到激光束的电信号：

在上述过程中，我们已经接收到了电信号。现在这个电信号被用来驱动激光光束。它可以通过多种方式完成，例如使用一些模拟电路(即开关MOSFET)。但为了使其更简单有效，我们使用基于PAM8403的迷你5V音频放大器模块，如下图所示。

选择这个的原因很简单。它工作在5V范围内，因此它可以很容易地与MAX4466麦克风放大器模块集成。它还有一个内置的电位器来调节输出的幅度，更重要的是，它更实惠。你可以使用任何放大器板，你甚至创建自己的电路来做正确的工作。尽管如此，我还是建议使用音频放大器板来获得更好的输出和轻松的工作。我们以前使用PAM8403也建立了一个简单的DIY蓝牙扬声器，如果你感兴趣，你可以看看。

现在，一个激光二极管可以连接到PAM8403模块的输出端。

上面，你可以看到我们正在使用的激光二极管。如果你想减少电流馈送到激光，你可以使用一个最小值的电阻。在这里，我们使用的激光器有一个内置的30欧姆电阻与电源输入串联。如果您想降低功率，可以通过串联增加一个额外的电阻，甚至调整PAM8403模块中的电位器来实现。

接收方

激光到电信号：

在最后一步中，我们已经完成了发送端，现在我们开始接收端。因此，主要的过程是将激光光束发出的音频信号转换为电信号的原始状态。一般来说，我们可以使用任何基于光的传感器(即LDR，光电二极管等)来完成这项工作，但那些接收区域较小的传感器很难使用。然而，它们并非不可用;你甚至可以使用它们。但在这个项目中，我将使用更大的光电二极管阵列，也被称为太阳能电池板。

我要用一个小的玩具太阳能电池板。尽管它的功率输出很小，但它对我们的项目来说绰绰有余。所以，通过使用这个太阳能电池板，我们将把激光束转换成电信号。

对扬声器的电信号：

由于太阳能电池板的低功率输出，它的电信号不能直接馈送到扬声器。即使使用较大的太阳能电池板，照射到面板上的小光点也不会对输出产生重大变化;我们只会得到更高的直流电压与更大的面板。然而，我们需要一个模拟电压。

为了解决这个问题，我将使用我们在发送端使用的相同的放大器模块，以便输出电信号可以有效地放大并传递到扬声器。

关于扬声器，您可以使用与放大器模块兼容的任何扬声器。我使用的是4欧姆，10瓦的扬声器，如上图所示。

因此，我们已经成功地完成了理论部分。我希望你们都能理解选择组件和项目运作背后的主要概念。那么，让我们转到项目的硬件部分。

使用激光项目进行无线音频传输所需的组件

下面是使用激光项目构建无线音频传输所需组件的列表。有些组件可能有替代品。要了解更多关于这一点，请阅读“通过激光音频传输的概念-解释”上面提供。

1.太阳能电池板- x1

2.激光二极管- x1

3.电阻(30欧姆)- x1

4.电位器(100k) - x1

5.扬声器(4欧姆，10W) - x1

6.MAX4466麦克风放大器模块- x1

7.7805 5V电压调节器- x2

8.PAM8403音频放大器模块与电位器- x2

9.9V电池- x2

10.面包板- x2

11.跳线-所需数量

激光无线音频传输工程电路图

在这里，这个项目是通过记住使它简单和只使用最小的组件来构建的。因此，作为结果，电路对每个人来说都很容易理解和重建。

发射机部分:

在这里你可以看到发射机部分的原理图。这些联系不言自明。

我们可以将原理图分为两部分：电源和发射机部分。

电源部分:

这里选择的电源是9V电池。由于电路的其余部分工作在5V，我使用7805 5V线性稳压器有效地将9V转换为5V。

发射机部分:

在本节中，只使用了四个组件。

MAX4466和PAM8403模块都使用稳压器的5V输出供电。MAX4466麦克风放大器模块的输出直接连接到PAM8403音频放大器模块。

PAM8403支持2通道。你可以单独使用一个通道，也可以像我一样使用两个通道。然而，我们将只驱动一个激光器。激光器的正负极与其中一个通道并联连接。在连接时，我提到使用一个30欧姆的电阻串联。这是为了限制流过激光二极管的电流。如果你使用相同的激光二极管作为我，这个电阻是不需要的，因为它已经有一个30欧姆的电阻连接内部。

接收机的部分:

下面您可以看到接收器部分的原理图。您可能会注意到这里有一个类似于发射器部分的功率部分，因为我们的要求仍然相同。我们用5V给系统供电。

接收机部分:

这里，太阳能板的负极接地，正极连接到PAM8403音频放大器模块的输入端。像发射器一样，我保持两个输入通道连接。额外的步骤是使用电位器将偏置电压施加到输入端，这将设置放大器输入端的直流偏置。最后，扬声器连接到PAM8403放大器模块的输出端。

这就完成了我们的电路。接下来，让我们转到组装部分。

构建电路

让我们根据原理图构建电路。我使用面包板来组装所有组件。

上图中，您可以看到发射器的组装图像，其部件标记供您参考。激光二极管是直接焊接到2x2贝格带连接器，允许它很容易地固定到面包板。同样，电池连接器也配有贝格带，便于面包板集成。

在这个发射器中，有两个可配置的区域。一个是MAX4466麦克风放大器模块中的增益调节，它控制麦克风的灵敏度。另一个是PAM8403模块中的幅度调节，控制激光二极管的输出功率。这些可配置的选项允许精确的信号控制。

上图，你可以看到接收器的组装图像。像扬声器，太阳能电池板和电池这样的部件使用Berg公带连接到面包板，我已经焊接到电线上并固定到面包板上。

像发射器一样，接收器也有两个可配置的选项。PAM8403模块的输入端有一个电位器，用于设置输入信号的直流偏置。PAM8403模块本身有一个电位器来调节进入扬声器的信号的幅度，有效地允许音量调节。

至此，我们已经按照原理图完成了电路的构建。接下来，工作演示。

无线音频传输项目工作演示

在成功地组装组件之后，我们开始测试项目。无论在什么条件下，它在室内和室外都能很好地工作。无线传输的范围令人印象深刻，因为在晴朗的天气条件下，激光的强度不会明显减弱。只要激光束击中太阳能电池板，音频就会无缝传输。我们还从多个角度测试了该设置，没有遇到任何问题。

上面的图像是在户外测试设置时拍摄的。与其他项目不同，我没有包括任何gif来展示工作过程，但我们制作了一个视频，您可以在下面观看。该视频提供了该项目的完整演示和解释。

一些改进的想法和额外的可能性，为这个无线音频传输项目

这些是我对扩展这个项目的一些想法，你可以试一试。

改进的想法:

使用更灵敏的光电探测器，而不是玩具太阳能电池板，如雪崩光电二极管(APD)，以提高接收质量和范围。

实现一个聚焦透镜系统，将激光集中在光电探测器的一个更小、更敏感的区域。

引入降噪技术和滤波器来改善音频信号的质量。

某种类型的自动对准系统，以确保最佳的信号传输，即使运动或不对准。

更多的可能性:

通过在两端合并类似的设置，扩展项目以支持双向通信，允许双向音频传输。

通过结合适当的调制技术，使系统不仅可以传输音频，还可以传输其他类型的数据，例如用于互联网通信的数字信号。

实验不同的激光波长和功率水平，扩大有效通信范围，保证远距离传输能力。

设计一个紧凑的，电池供电的便携版本的系统，使其适合移动和现场应用。

常见问题

1) Li-Fi可以使用激光吗?

当然，你也可以在Li-Fi系统中使用激光。实际上，任何光源及其传感器都可以用来创建Li-Fi系统。

2) LiFi比Wi-Fi好吗?

确定Li-Fi是否优于Wi-Fi取决于多种因素。两者都有各自的优点和缺点。要了解详细的解释，请访问我们的文章LiFi vs WiFi。

3) LiFi对人类安全吗?

是的，LiFi(光保真度)通常被认为对人类是安全的，因为它的非电离辐射，低功率水平，有限的范围等。总的来说，LiFi是一种有前途且安全的无线通信技术，为传统的基于射频的系统提供了一种安全高效的替代方案。

4) LiFi的优点和缺点?

Li-Fi的优点

高速数据传输：利用可见光，Li-Fi提供异常快的数据传输速率，通常超过传统Wi-Fi。

增强的安全性：由于光不能穿过墙壁，与射频系统相比，Li-Fi提供了更好的安全性，防止未经授权的访问。

无射频干扰：Li-Fi避免了与射频干扰有关的问题，使其适用于对此类干扰敏感的环境。

降低延迟：与Wi-Fi相比，Li-Fi可以实现更低的延迟，有利于需要实时通信和流媒体的应用。

能源效率：Li-Fi可以利用现有的LED照明系统，这是节能的，有助于降低整体能耗。

Li-Fi的缺点

视距要求：Li-Fi需要发射器和接收器之间的直接视距，这可能会限制其范围和灵活性。

有限的范围：Li-Fi的工作范围比Wi-Fi短，因为它依赖于可见光。

仅限室内使用：Li-Fi主要适用于光线易于管理和控制的室内环境。

光路阻塞：光路的任何阻塞或中断都会中断通信，影响可靠性。

成本和基础设施：实施Li-Fi可能需要更高的初始成本和对现有基础设施的更改，例如升级到合适的照明系统。

LiFi的用途是什么?

Li-Fi(光保真)提供高速无线通信，利用可见光、紫外线和红外辐射进行数据传输。它用于各种环境，例如无线电频率(RF)信号受限的安全环境，包括军事和医疗设施。Li-Fi提供快速互联网接入，可以与LED照明系统集成，提供照明和数据传输。它在高射频干扰区域具有优势，并以其优越的带宽和低延迟用于增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等应用。

6)什么是SLD激光LiFi?

SLD(表面发光二极管)激光Li-Fi是指利用表面发光激光二极管通过光促进通信的技术。与从单点发光的传统led不同，sld将光分布在更大的表面积上，从而提高了Li-Fi系统的效率和性能。在SLD激光Li-Fi设置中，这些激光二极管使用可见光实现高速，高带宽通信，与传统的基于led的系统相比，提供更快的数据传输速率。该技术适用于要求快速数据传输和可靠性能的应用，例如城市环境和工业环境。

类似级别的项目

1)基于li - fi的两个Arduino之间的文本通信

使用两块Arduino板演示Li-Fi通信：文本数据从LED和4x4键盘传输，并在接收端使用LDR进行解码。这展示了Li-Fi促进高速光学数据传输的能力。

2)利用Li-Fi技术进行音频传输

在这个项目中，我们将构建一个使用Li-Fi技术传输音频数据的电路。

本文编译自circuitdigest