Arduino - émetteur de diffusion AM micropuissant

Beaucoup ont encore des radios avec des bandes CB et LW, et la réception radio amateur dans ces bandes demeure également. Aux ondes moyennes, en l'absence d'interférences (en dehors de la ville, dans le parc, sur le balcon, avec une antenne extérieure ou, dans les cas extrêmes, par la fenêtre de l'appartement), de nombreuses stations de radio à distance sont reçues le soir, mais seul du bruit est entendu dans les airs pendant la journée. Dans la gamme DV, il n'y a pas de stations de radio du tout.

Corrigez la situation à l'aide d'un simple émetteur radio de faible puissance fonctionnant dans un rayon de plusieurs mètres. Dans le processus d'assemblage de l'une de ces conceptions, l'auteur a eu l'idée d'essayer de fabriquer un tel émetteur basé sur Arduino.

Exigences de base pour l'appareil: la carte Arduino UNO ou Arduino Leonardo disponible, la simplicité maximale du circuit (pas plus compliqué que les émetteurs les plus simples sur un seul transistor) et une qualité sonore satisfaisante pour la gamme AM.

En tant que porteuse pour nos besoins, vous pouvez utiliser un signal à onde carrée, qui est facile à recevoir et à recevoir sur l'une des harmoniques. Compte tenu de la faible puissance de l'émetteur, les signaux des harmoniques "supplémentaires" ne se propageront pas au-delà des limites de la pièce et n'interféreront pas avec les autres.

Des difficultés surviennent avec le contrôle de l'amplitude: le signal aux sorties ne peut prendre que deux valeurs, et l'utilisation même du DAC le plus simple ajoutera une douzaine de résistances à la conception.


D'autre part, le contrôle de la largeur d'impulsion est simplement implémenté. Voyons comment ce paramètre affectera les amplitudes des harmoniques incluses dans le signal.

Nous dénotons $$$f (t)$ fonction d'onde carrée avec période $$$T$ durée d'impulsion $$$L$ et amplitude A:

En décomposition $$$f (t)$ Série de Fourier

$$

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

les cotes $$$b_n$ en vertu de la parité $$$f (t)$ égal à zéro. Par conséquent, l'amplitude $$$n-$ e harmonique coïncide avec le coefficient

$$

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

$$

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

Mais $$$\ sin (x) = x + o (x ^ 2)$ à $$$x \ à 0$ et $$$\ sin (x)$ approche bien $$$x$ si $$$x$ pas assez. Par conséquent, pour les petits $$$L$ dépendance d'amplitude $$$n-$ e harmoniques de $$$L$ proche du linéaire, et au lieu de l'amplitude de la porteuse, vous pouvez modifier la durée d'impulsion, en veillant à ce qu'elle ne dépasse pas une valeur suffisamment petite!

Il est facile d'écrire un croquis pour former un tel signal, mais ce n'est pas nécessaire: un signal prêt à l'emploi de la forme souhaitée peut être obtenu à la sortie avec une modulation de largeur d'impulsion. Avec une fréquence PWM de 62,5 kHz, la fréquence de la troisième harmonique est de 187,5 kHz, et elle tombe dans la gamme de diffusion des ondes longues. Il suffit d'appliquer un signal basse fréquence à la sortie Arduino correspondante et d'y connecter une antenne, le PWM fera le reste. Il est seulement important que la valeur du paramètre value de la fonction analogWrite ne dépasse pas la limite déterminée par la valeur des distorsions admissibles. Évaluez cette limite.

Soit $$$L = \ alpha T$ où $$$\ alpha \ in [0, 1]$ - durée d'impulsion en fractions de période. Alors

$$

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

.
Écart relatif $$$a_n (\ alpha)$ de la fonction linéaire $$$2A \ alpha$

$$

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

à $$$\ alpha \ à 0$ . Avec augmentation $$$\ alpha$ l'écart augmente. Pour $$$\ alpha = 0,085$ et $$$n = 3$ c'est environ 10%, ce qui est beaucoup. Lors du choix d'une harmonique d'ordre supérieur, l'écart devient encore plus important. Depuis une durée d'impulsion PWM de 8 bits $$$\ alpha = 1$ correspond à la valeur = 255, puis pour pour $$$\ alpha \ leq 0,085$ il faut que la valeur ne dépasse pas $$ . L'estimation qui en résulte vous permet de vous faire une idée de l'ordre des valeurs acceptables, puis de sélectionner expérimentalement les valeurs appropriées.

Le résultat du bloc de théorie volumineux est un schéma simple:

et un croquis très 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); } 

Comme antenne, un segment d'un fil de montage de 1 mètre de long a été utilisé.

SHIFT définit la valeur à la sortie PWM lorsqu'il n'y a pas de signal d'entrée. En cours de modulation, elle varie de 1 à 15, la durée d'impulsion dans ce cas est de 1/255 à 15/255 de la période.

La constante SCALE est sélectionnée expérimentalement afin que le signal provenant de la sortie téléphonique s'adapte dans la plage de valeurs acceptable à la sortie PWM.

Lorsqu'une sinusoïde de 1 kHz est envoyée à l'entrée de l'appareil par le GSS, un signal fort d'une forme non déformée est obtenu à la sortie du récepteur réglé sur une fréquence de 187,5 kHz:


La portée de réception du superhétérodyne de poche est d'environ un mètre et demi.

La deuxième fois dans la gamme DW, le signal est reçu à une fréquence de 250 kHz. La perte de qualité par l'oreille lors du passage à la quatrième harmonique est imperceptible. Avec une augmentation du nombre d'harmoniques, les distorsions augmentent, mais avec les paramètres sélectionnés et à la neuvième harmonique 562,5 kHz, qui tombe dans la partie inférieure de la gamme des ondes moyennes, la qualité reste acceptable.

En augmentant (dans des limites raisonnables) la valeur SHIFT, vous pouvez essayer d'améliorer la qualité sonore en recherchant un compromis entre une augmentation du nombre de niveaux d'échantillonnage et une augmentation de la distorsion. SCALE dans ce cas doit être réduit afin de conserver le coefficient de modulation. Cependant, la possibilité de recevoir à des harmoniques plus élevées est perdue. Par exemple, une expérience avec SHIFT = 16 et SCALE = 4 a montré un bon résultat à une fréquence de 187,5 kHz, mais dans la gamme CB, les distorsions étaient très importantes.

Le résultat est un appareil simple qui ne contient pas d'inductances faites maison. Ses avantages incluent la stabilité de la fréquence porteuse et l'absence de modulation de fréquence parasite, ce qui est généralement un problème pour les conceptions simples.

A la fin de l'article, une vidéo démontrant le fonctionnement du micro émetteur.