🐪 💥 🎀 Arduino - transmisor de radiodifusión AM micropoderoso 🐙 🦎 🛍️

Muchos todavía tienen radios con bandas CB y LW, y la recepción de radioaficionados en estas bandas también permanece. A olas medias, en ausencia de interferencia (fuera de la ciudad, en el parque, en el balcón, con una antena externa o, en casos extremos, junto a la ventana del apartamento), se reciben muchas estaciones de radio remotas por la noche, pero solo se escucha ruido en el aire durante el día. En el rango DV, no hay estaciones de radio en absoluto.

Corrija la situación utilizando un simple transmisor de radio de baja potencia que funcione en un radio de varios metros. En el proceso de ensamblar uno de estos diseños, el autor tuvo la idea de intentar hacer un transmisor basado en Arduino.

Requisitos básicos para el dispositivo: la placa Arduino UNO o Arduino Leonardo disponible, la máxima simplicidad del circuito eléctrico (no más complicado que los transmisores más simples en un transistor) y una calidad de sonido satisfactoria para el rango AM.

Como transportista para nuestros propósitos, puede usar una señal de onda cuadrada, que es fácil de recibir y recibir en uno de los armónicos. Dada la baja potencia del transmisor, las señales de los armónicos "extra" no se extenderán más allá de los límites de la sala y no interferirán con los demás.

Las dificultades surgen con el control de amplitud: la señal en las salidas puede tomar solo dos valores, y el uso de incluso el DAC más simple agregará una docena de resistencias al diseño.

Una nota fuera de control sobre analogWrite

Tenga en cuenta que el uso de PWM y analogWrite en su versión clásica no tendrá éxito debido a la alta frecuencia de la portadora, al menos 150 kHz para el límite inferior del rango DW. Aunque es PWM, pero se usa en una capacidad diferente, ayudará a encontrar una solución.

Por otro lado, el control de ancho de pulso simplemente se implementa. Veamos cómo este parámetro afectará las amplitudes de los armónicos incluidos en la señal.

Denotamos

f (t)

$f (t)$ función de onda cuadrada con periodo

T

$T$ duración del pulso

L

$L$ y amplitud A:

En descomposición

f (t)

$f (t)$ Series de Fourier

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]

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

probabilidades

b_{n}

$b_n$ en virtud de la paridad

f (t)

$f (t)$ igual a cero Por lo tanto, la amplitud

n -

$n-$ El armónico th coincide con el coeficiente

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) .

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

Pero

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

$\ sin (x) = x + o (x ^ 2)$ a las

x a 0

$x \ a 0$ y

s i n (x)

$\ sin (x)$ acercándose bien

x

$x$ si

x

$x$ no es suficiente Por lo tanto, para pequeños

L

$L$ dependencia de amplitud

n -

$n-$ th armónicos de

L

$L$ cerca de lineal, y en lugar de la amplitud de la portadora, puede cambiar la duración del pulso, ¡teniendo cuidado de que no exceda un valor suficientemente pequeño!

Es fácil escribir un boceto para formar tal señal, pero esto no es necesario: se puede obtener una señal preparada de la forma deseada en la salida con modulación de ancho de pulso. Con una frecuencia PWM de 62.5 kHz, la frecuencia del tercer armónico es de 187.5 kHz, y cae dentro del rango de transmisión de ondas largas. Es suficiente aplicar una señal de baja frecuencia a la salida Arduino correspondiente y conectarle una antena, el PWM hará el resto. Solo es importante que el valor del parámetro de valor de la función analogWrite no exceda el límite determinado por el valor de las distorsiones permitidas. Califica este límite.

Dejar

L = a l p h a T

$L = \ alpha T$ donde

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

$\ alpha \ en [0, 1]$ - duración del pulso en fracciones del período. Entonces

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)

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

.
Desviación relativa

a_{n} (a l p h a)

$a_n (\ alpha)$ de la función lineal

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 a 0

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

a las

a l p h a a 0

$\ alpha \ a 0$ . Con aumento

a l p h a

$\ alpha$ La desviación está creciendo. Para

a l p h a = 0.085

$\ alpha = 0.085$ y

n = 3

$n = 3$ es aproximadamente el 10%, que es bastante. Al elegir un armónico de orden superior, la desviación se vuelve aún mayor. Dado que a 8 bits PWM duración del pulso

a l p h a = 1

$\ alpha = 1$ corresponde al valor = 255, luego para

a l p h a l e q $ 0.08

$\ alpha \ leq $ 0.08$ es necesario que el valor no exceda

255 c d o t 0, 085 a p r o x i m a d a m e n t e 22

$255 \ cdot 0,085 \ aproximadamente 22$ . La estimación resultante le permite tener una idea del orden de los valores aceptables y luego seleccionar los valores apropiados experimentalmente.

El resultado del bloque de teoría voluminosa es un esquema simple:

y un boceto muy simple:

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); }

Como antena, se usó un segmento de un cable de montaje de 1 metro de largo.

SHIFT establece el valor en la salida PWM cuando no hay señal de entrada. En el proceso de modulación, varía de 1 a 15, la duración del pulso en este caso es de 1/255 a 15/255 del período.

La constante ESCALA se selecciona experimentalmente para que la señal de la salida del teléfono se ajuste al rango aceptable de valores en la salida PWM.

Cuando se alimenta una sinusoide de 1 kHz a la entrada del dispositivo desde el GSS, se obtiene una señal fuerte de una forma no distorsionada a la salida del receptor sintonizado a una frecuencia de 187.5 kHz:

El rango de recepción para el superheterodino de bolsillo es de aproximadamente un metro y medio.

La segunda vez en el rango DW, la señal se recibe a una frecuencia de 250 kHz. La pérdida de calidad del oído al cambiar al cuarto armónico es imperceptible. Con un aumento en el número armónico, las distorsiones aumentan, pero con los parámetros seleccionados y en el noveno armónico 562.5 kHz, que cae en la parte inferior del rango de onda media, la calidad sigue siendo aceptable.

Al aumentar (dentro de límites razonables) el valor de SHIFT, puede intentar mejorar la calidad del sonido buscando un compromiso entre un aumento en el número de niveles de muestreo y un aumento en la distorsión. La ESCALA en este caso debe reducirse para preservar el coeficiente de modulación. Sin embargo, se pierde la posibilidad de recibir a armónicos superiores. Por ejemplo, un experimento con SHIFT = 16 y SCALE = 4 mostró un buen resultado a una frecuencia de 187.5 kHz, pero en el rango CB las distorsiones fueron muy grandes.

El resultado es un dispositivo simple que no contiene inductores caseros. Sus ventajas incluyen la estabilidad de la frecuencia portadora y la ausencia de modulación de frecuencia espuria, que generalmente es un problema para diseños simples.

Al final del artículo, un video que demuestra el funcionamiento del micro transmisor.

Arduino - transmisor de radiodifusión AM micropoderoso

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