🥁 👨🏻 🔢 Arduino - mikropowerful AM Broadcast Sender ➖ 🈁 🌮

Viele haben noch Radios mit CB- und LW-Bands, und der Amateurfunkempfang in diesen Bands bleibt ebenfalls bestehen. Bei mittleren Wellen, wenn keine Störungen auftreten (außerhalb der Stadt, im Park, auf dem Balkon, mit einer externen Antenne oder im Extremfall am Fenster der Wohnung), werden abends viele entfernte Radiosender empfangen, tagsüber ist jedoch nur Lärm in der Luft zu hören. Im DV-Bereich gibt es überhaupt keine Radiosender.

Korrigieren Sie die Situation mit einem einfachen Funksender mit geringem Stromverbrauch, der in einem Radius von mehreren Metern arbeitet. Bei der Zusammenstellung eines dieser Designs kam der Autor auf die Idee, einen solchen Sender auf Arduino-Basis herzustellen.

Grundlegende Anforderungen an das Gerät: die verfügbare Arduino UNO- oder Arduino Leonardo-Karte, die maximale Einfachheit des Stromkreises (nicht komplizierter als die einfachsten Sender auf einem Transistor) und die für den AM-Bereich zufriedenstellende Klangqualität.

Als Träger für unsere Zwecke können Sie ein Rechtecksignal verwenden, das leicht zu empfangen ist und an einer der Harmonischen empfangen wird. Angesichts der geringen Leistung des Senders breiten sich die Signale der "zusätzlichen" Harmonischen nicht über die Raumgrenzen hinaus aus und stören andere nicht.

Bei der Amplitudensteuerung treten Schwierigkeiten auf: Das Signal an den Ausgängen kann nur zwei Werte annehmen, und die Verwendung selbst des einfachsten DAC fügt dem Design ein Dutzend Widerstände hinzu.

Ein außer Kontrolle geratener Hinweis zu analogWrite

Beachten Sie, dass die Verwendung von PWM und analogWrite in der klassischen Version aufgrund der hohen Trägerfrequenz von mindestens 150 kHz für die untere Grenze des DW-Bereichs nicht erfolgreich ist. Obwohl es sich um PWM handelt, das jedoch in einer anderen Kapazität verwendet wird, hilft es, eine Lösung zu finden.

Andererseits wird die Impulsbreitensteuerung einfach implementiert. Lassen Sie uns herausfinden, wie sich dieser Parameter auf die Amplituden der im Signal enthaltenen Harmonischen auswirkt.

Wir bezeichnen

f (t)

$f (t)$ Rechteckwellenfunktion mit Periode

T

$T$ Pulsdauer

L

$L$ und Amplitude A:

In Zersetzung

f (t)

$f (t)$ Fourier-Reihe

f (t) = f r a c a_{0} 2 + s u m_{n = 1}^{i n f t y} l e f t [a_{n} c o s l e f t (f r a c 2 p i n t T r i g h t) + b_{n} s i n l e f t (f r a c 2 p i n t T r i g h t) r i g h t]

$f (t) = \ frac {a_0} {2} + \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} \ left [a_n \ cos \ left (\ frac {2 \ pi nt} {T} \ right) + b_n \ sin \ left (\ frac {2 \ pi nt} {T} \ right) \ right]$

Gewinnchancen

b_{n}

$b_n$ kraft der Parität

f (t)

$f (t)$ gleich Null. Daher die Amplitude

n -

$n-$ Die Harmonische stimmt mit dem Koeffizienten überein

a_{n} = f r a c 2 T i n t_{- T}^{T} f (s) c o s l e f t (f r a c 2 p i n s T r i g h t) d s = f r a c 2 T i n t_{- L / 2}^{L / 2} A c o s l e f t (f r a c 2 p i n s T r i g h t) d s =

$a_n = \ frac {2} {T} \ int _ {- T} ^ {T} f (s) \ cos \ left (\ frac {2 \ pi ns} {T} \ right) ds = \ frac {2 } {T} \ int _ {- L / 2} ^ {L / 2} A \ cos \ left (\ frac {2 \ pi ns} {T} \ right) ds =$

= l e f t . f r a c A p i n s i n l e f t (f r a c 2 p i n s T r i g h t) r i g h t |_{- L / 2}^{L / 2} = f r a c 2 A p i n s i n l e f t (f r a c p i n L T r i g h t) .

$= \ left. \ frac {A} {\ pi n} \ sin \ left (\ frac {2 \ pi ns} {T} \ right) \ right | _ {- L / 2} ^ {L / 2} = \ frac {2A} {\ pi n} \ sin \ left (\ frac {\ pi n L} {T} \ right).$

Aber

s i n (x) = x + o (x^{2})

$\ sin (x) = x + o (x ^ 2)$ bei

x b i s 0

$x \ bis 0$ und

s i n (x)

$\ sin (x)$ sich gut nähern

x

$x$ wenn

x

$x$ nicht genug. Daher für kleine

L

$L$ Amplitudenabhängigkeit

n -

$n-$ Oberschwingungen von

L

$L$ Nahezu linear, und anstelle der Amplitude des Trägers können Sie die Pulsdauer ändern, wobei darauf zu achten ist, dass ein ausreichend kleiner Wert nicht überschritten wird!

Es ist leicht, eine Skizze zu schreiben, um ein solches Signal zu bilden, aber dies ist nicht notwendig: Ein vorgefertigtes Signal der gewünschten Form kann am Ausgang mit Pulsweitenmodulation erhalten werden. Bei einer PWM-Frequenz von 62,5 kHz beträgt die Frequenz der dritten Harmonischen 187,5 kHz und fällt in den Sendebereich langer Wellen. Es reicht aus, ein Niederfrequenzsignal an den entsprechenden Arduino-Ausgang anzulegen und eine Antenne daran anzuschließen. Den Rest erledigt die PWM. Es ist nur wichtig, dass der Wert des Wertparameters der Funktion analogWrite die durch den Wert der zulässigen Verzerrungen bestimmte Grenze nicht überschreitet. Bewerten Sie diese Grenze.

Lass

L = a l p h a T

$L = \ alpha T$ wo

a l p h a i n [0, 1]

$\ alpha \ in [0, 1]$ - Pulsdauer in Bruchteilen der Periode. Dann

a_{n} (a l p h a) = f r a c 2 A p i n s i n (a l p h a p i n)

$a_n (\ alpha) = \ frac {2A} {\ pi n} \ sin (\ alpha \ pi n)$

.
Relative Abweichung

a_{n} (a l p h a)

$a_n (\ alpha)$ von der linearen Funktion

2 A a l p h a

$2A \ alpha$

f r a c 2 A a l p h a - f r a c 2 A p i n s i n (a l p h a p i n) 2 A a l p h a = f r a c a l p h a p i n - s i n (a l p h a p i n) a l p h a p i n b i s 0

$\ frac {2A \ alpha - \ frac {2A} {\ pi n} \ sin (\ alpha \ pi n)} {2A \ alpha} = \ frac {\ alpha \ pi n - \ sin (\ alpha \ pi n)} {\ alpha \ pi n} \ bis 0$

bei

a l p h a b i s 0

$\ alpha \ bis 0$ . Mit zunehmender Zunahme

a l p h a

$\ alpha$ Die Abweichung nimmt zu. Für

a l p h a = 0, 085

$\ alpha = 0,085$ und

n = 3

$n = 3$ es sind ungefähr 10%, was ziemlich viel ist. Bei Auswahl einer Harmonischen höherer Ordnung wird die Abweichung noch größer. Da bei 8 Bit PWM Pulsdauer

a l p h a = 1

$\ alpha = 1$ entspricht Wert = 255, dann für für

a l p h a l e q $ 0.08

$\ alpha \ leq $ 0.08$ Der Wert darf nicht überschritten werden

255 c d o t 0, 085 c a . 22

$255 \ cdot 0,085 \ ca. 22$ . Mit der resultierenden Schätzung können Sie sich ein Bild von der Reihenfolge der akzeptablen Werte machen und dann die entsprechenden Werte experimentell auswählen.

Das Ergebnis des sperrigen Theorieblocks ist ein einfaches Schema:

und eine sehr einfache Skizze:

void setup() { //   TCCR1A = TCCR1A & 0xe0 | 1; TCCR1B = TCCR1B & 0xe0 | 0x09; } int const SHIFT = 8; int const SCALE = 8; void loop() { analogWrite(9, (analogRead(A0) - 512) / SCALE + SHIFT); }

Als Antenne wurde ein 1 Meter langes Segment eines Montagedrahtes verwendet.

SHIFT setzt den Wert am PWM-Ausgang, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist. Während des Modulationsprozesses variiert sie von 1 bis 15, die Impulsdauer beträgt in diesem Fall 1/255 bis 15/255 der Periode.

Die SCALE-Konstante wird experimentell so gewählt, dass das Signal vom Telefonausgang in den akzeptablen Wertebereich am PWM-Ausgang passt.

Wenn dem GSS-Eingang des Geräts vom Sinus eine 1-kHz-Sinuskurve zugeführt wird, wird am Ausgang des Empfängers ein auf eine Frequenz von 187,5 kHz abgestimmtes lautes Signal unverzerrter Form erhalten:

Die Empfangsreichweite für Pocket Superheterodyne beträgt etwa eineinhalb Meter.

Beim zweiten Mal im DW-Bereich wird das Signal mit einer Frequenz von 250 kHz empfangen. Der Qualitätsverlust durch das Ohr beim Umschalten auf die vierte Harmonische ist nicht wahrnehmbar. Mit zunehmender Harmonischenzahl nehmen die Verzerrungen zu, aber mit den ausgewählten Parametern und bei der neunten Harmonischen 562,5 kHz, die in den unteren Teil des Mittelwellenbereichs fällt, bleibt die Qualität akzeptabel.

Indem Sie den SHIFT-Wert (innerhalb angemessener Grenzen) erhöhen, können Sie versuchen, die Klangqualität zu verbessern, indem Sie nach einem Kompromiss zwischen einer Erhöhung der Anzahl der Abtastpegel und einer Erhöhung der Verzerrung suchen. Die Skalierung muss in diesem Fall reduziert werden, um den Modulationskoeffizienten beizubehalten. Die Möglichkeit des Empfangs bei höheren Harmonischen geht jedoch verloren. Beispielsweise zeigte ein Experiment mit SHIFT = 16 und SCALE = 4 ein gutes Ergebnis bei einer Frequenz von 187,5 kHz, aber im CB-Bereich waren die Verzerrungen sehr groß.

Das Ergebnis ist ein einfaches Gerät, das keine selbstgebauten Induktivitäten enthält. Zu seinen Vorteilen gehören die Stabilität der Trägerfrequenz und das Fehlen einer Störfrequenzmodulation, was bei einfachen Konstruktionen normalerweise ein Problem darstellt.

Am Ende des Artikels ein Video, das die Funktionsweise des Mikrosenders demonstriert.

Arduino - mikropowerful AM Broadcast Sender

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