Comunicación de datos láser: cómo funciona Idea y concepto general [duplicado]

Trabajemos desde el altavoz hacia atrás hasta la fuente de sonido.

Para mover un altavoz para generar sonido y, por lo tanto, reproducir música, necesitamos aplicar un voltaje variable (con suficiente corriente).

Entonces, ¿podría una fotocélula proporcionar voltajes variables con suficiente corriente para mover un altavoz? Tal vez. El voltaje y la corriente de salida de una fotocélula varían con la iluminación que recibe; Más energía de su iluminación, mayor es el voltaje que produce. (Sin embargo, es posible que no haya suficiente potencia para conducir el altavoz directamente desde algo con una potencia tan baja como un puntero láser, pero consulte a continuación).

Hay varios artículos en la red que describen experimentos para transferir energía a una célula solar utilizando láseres. El área de aplicación fue la potencia de satélites y naves espaciales. Un documento es 'Respuesta de la célula solar de silicio a la iluminación láser pulsada'

No es un papel ideal, pero es gratis. Utilizaron un láser pulsado a 20 kHz para iluminar la célula solar y, por lo tanto, transferirle energía.

Descubrieron que la célula solar integraba pulsos de láser bastante cortos a lo largo del tiempo, por lo que la frecuencia más alta que podría transferir la célula solar parece ser aproximadamente 10 kHz (aunque en realidad no estaban tratando de encontrar esta frecuencia, por lo que puede ser extrapolable de algunos de sus gráficos incorrectamente).

Parece que más los pulsos de láser en el mismo período de tiempo dan mayores voltajes y corrientes. Esto no parece sorprendente, pero es tranquilizador.

Resumen hasta ahora: ilumine la célula solar durante más tiempo, a unos 10 kHz (100microsegundos), y la célula solar generará un voltaje más alto. Por lo tanto, sus experimentos de transferencia de energía indican que es capaz de transferir la amplitud al iluminar con láser la célula solar durante más tiempo. (aunque en su caso estaba usando más pulsos).

Entonces, si el láser ilumina la célula solar durante períodos de tiempo variables durante cada período de 100 microsegundos (10 kHz), la célula solar generará la conversión de la duración de la iluminación en un voltaje analógico.

Un puntero láser es solo de unos pocos mW, por lo que incluso con una eficiencia del 50%, la salida de la célula solar no tendrá mucha energía. No he hecho los cálculos, pero supongo que el altavoz tendrá una alta impedancia, es decir. no 8ohms, pero tal vez un parlante piezoeléctrico, o su amplificador es entre la célula solar y el parlante.

Entonces, si muestra audio a aproximadamente 10 kHz (filtrado para eliminar frecuencias más altas que 5 kHz, y por lo tanto elimina los alias), y usa ese valor para controlar la duración de la iluminación con láser, la señal de audio se transferirá a la célula solar.

Como explica Transistor, es posible que el audio ya esté codificado digitalmente, por ejemplo, Modulación de código de pulsos se usa para discos compactos y audio de la computadora.

Por lo tanto, un programa relativamente sencillo podría procesar esos datos a una frecuencia de muestreo y un rango dinámico adecuados.

Como ejemplo concreto, podríamos usar 10 bits (1024) para representar la amplitud de la señal de audio. Por eso queremos transmitir un valor de 10 bits, representado por la cantidad de tiempo que se ilumina el láser, en cada período de 100 microsegundos. Utilizando un reloj de 100 microsegundos / 1024 aproximadamente 10MHz, el hardware podría controlar el tiempo que el puntero láser está encendido usando Modulación de ancho de pulso (PWM). PWM es un hardware muy común en los microcontroladores. El hardware de PWM es esencialmente un contador, que activa un solo pin de salida cuando un conteo coincide con el valor de amplitud, generando un pulso de longitud variable, en este caso un valor de amplitud de 10 bits, representado como una duración variable, cada 100 microsegundos.

Para poner esto en contexto, puedes construir una versión de esto usando un Arduino con un escudo de tarjeta SD para guardar los datos de audio, y uno de los temporizadores de hardware ATmega328 de Arduino para generar la señal PWM. Luego un transistor para encender el puntero láser. Probaría un altavoz piezoeléctrico en la celda solar para saber si funcionaría, aunque esperaría usar un pequeño amplificador para controlar un altavoz.

Todo lo que se requiere es establecer un protocolo de comunicación digital basado en el encendido y apagado del láser con algún medio de codificación de un '1' y un '0'. Este método se utiliza en la comunicación de fibra óptica en telecomunicaciones y, más recientemente, en "banda ancha de fibra". La diferencia en su aplicación es que los datos se transmiten a través del aire.

La mayoría de la música se almacena y, al menos, se transmite parcialmente en formato digital, por lo que hay poco trabajo que hacer para prepararla para la transmisión.