♻️ 💅 🏀 Arduino - micropoderoso transmissor AM 👴🏽 🐣 👂🏼

Muitos ainda possuem rádios com bandas CB e LW, e a recepção de rádio amador nessas bandas também permanece. Em ondas médias, na ausência de interferência (fora da cidade, no parque, na varanda, com uma antena externa ou, em casos extremos, pela janela do apartamento), muitas estações de rádio remotas são recebidas à noite, mas apenas o ruído é ouvido no ar durante o dia. Na faixa DV, não há estações de rádio.

Corrija a situação usando um simples transmissor de rádio de baixa potência operando em um raio de vários metros. No processo de montagem de um desses projetos, o autor teve a idéia de tentar fabricar um transmissor baseado em Arduino.

Requisitos básicos para o dispositivo: a placa Arduino UNO ou Leonardo disponível para Arduino, a simplicidade máxima do circuito elétrico (não mais complicado que os transmissores mais simples de um transistor) e a qualidade do som satisfatória para a faixa AM.

Como portadora para nossos propósitos, você pode usar um sinal de onda quadrada, fácil de receber e receber em um dos harmônicos. Dada a baixa potência do transmissor, os sinais das harmônicas "extras" não se espalharão além dos limites da sala e não interferirão nos outros.

Dificuldades surgem com o controle de amplitude: o sinal nas saídas pode ter apenas dois valores, e o uso do DAC mais simples adicionará uma dúzia de resistores ao projeto.

Uma nota explicativa sobre analogWrite

Observe que o uso do PWM e analogWrite em sua versão clássica não terá êxito devido à alta frequência da portadora, pelo menos 150 kHz para o limite inferior da faixa DW. Embora seja PWM, mas usado em uma capacidade diferente, ajudará a obter uma solução.

Por outro lado, o controle de largura de pulso é simplesmente implementado. Vamos descobrir como esse parâmetro afetará as amplitudes dos harmônicos incluídos no sinal.

Nós denotamos

f (t)

$f (t)$ função de onda quadrada com período

T

$T$ duração do pulso

L

$L$ e amplitude A:

Em decomposição

f (t)

$f (t)$ Série Fourier

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

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

probabilidades

b_{n}

$b_n$ em virtude da paridade

f (t)

$f (t)$ igual a zero. Portanto, a amplitude

n -

$n-$ harmônica coincide com o 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) .

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

Mas

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

$\ sin (x) = x + o (x ^ 2)$ às

x a 0

$x \ a 0$ e

s i n (x)

$\ sin (x)$ aproximando-se bem

x

$x$ se

x

$x$ não é suficiente. Portanto, para pequenas

L

$L$ dependência de amplitude

n -

$n-$ th harmônicos de

L

$L$ próximo de linear e, em vez da amplitude da portadora, você pode alterar a duração do pulso, tomando cuidado para que não exceda algum valor suficientemente pequeno!

É fácil escrever um esboço para formar esse sinal, mas isso não é necessário: um sinal pronto da forma desejada pode ser obtido na saída com modulação por largura de pulso. Com uma frequência PWM de 62,5 kHz, a frequência do terceiro harmônico é de 187,5 kHz e cai na faixa de transmissão de ondas longas. Basta aplicar um sinal de baixa frequência à saída correspondente do Arduino e conectar uma antena a ela; o PWM fará o resto. É importante apenas que o valor do parâmetro value da função analogWrite não exceda o limite determinado pelo valor das distorções permitidas. Classifique esse limite.

Vamos

L = a l p h a T

$L = \ alpha T$ onde

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

$\ alpha \ em [0, 1]$ - duração do pulso em frações do período. Então

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)

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

.
Desvio relativo

a_{n} (a l p h a)

$a_n (\ alpha)$ da função linear

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

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

às

a l p h a a 0

$\ alpha \ a 0$ . Com aumento

a l p h a

$\ alpha$ o desvio está crescendo. Para

a l p h a = 0, 085

$\ alpha = 0,085$ e

n = 3

$n = 3$ é cerca de 10%, o que é bastante. Ao escolher um harmônico de ordem superior, o desvio se torna ainda maior. Como na duração do pulso PWM de 8 bits

a l p h a = 1

$\ alpha = 1$ corresponde ao valor = 255, então para

a l p h a l e q $ 0, 08

$\ alpha \ leq $ 0,08$ é necessário que o valor não exceda

$inline$ . A estimativa resultante permite que você tenha uma idéia da ordem dos valores aceitáveis e, em seguida, selecione os valores apropriados experimentalmente.

O resultado do bloco de teoria volumoso é um esquema simples:

e um esboço muito simples:

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, foi utilizado um segmento de um fio de montagem com 1 metro de comprimento.

SHIFT define o valor na saída PWM quando não há sinal de entrada. No processo de modulação, varia de 1 a 15, neste caso a duração do pulso é de 1/255 a 15/255 do período.

A constante SCALE é selecionada experimentalmente para que o sinal da saída do telefone se ajuste ao intervalo aceitável de valores na saída PWM.

Quando um sinusóide de 1 kHz é alimentado à entrada do dispositivo a partir do GSS, um sinal alto de forma não distorcida é obtido na saída do receptor sintonizado com uma frequência de 187,5 kHz:

O alcance da recepção do super-heterodino de bolso é de cerca de um metro e meio.

Na segunda vez na faixa DW, o sinal é recebido na frequência de 250 kHz. A perda de qualidade pelo ouvido ao mudar para o quarto harmônico é imperceptível. Com um aumento no número harmônico, as distorções aumentam, mas com os parâmetros selecionados e no nono harmônico 562,5 kHz, que cai na parte inferior da faixa de ondas médias, a qualidade permanece aceitável.

Ao aumentar (dentro de limites razoáveis) o valor SHIFT, você pode tentar melhorar a qualidade do som procurando um compromisso entre um aumento no número de níveis de amostragem e um aumento na distorção. A ESCALA neste caso deve ser reduzida para preservar o coeficiente de modulação. No entanto, a possibilidade de receber harmônicos mais altos é perdida. Por exemplo, um experimento com SHIFT = 16 e SCALE = 4 mostrou um bom resultado a uma frequência de 187,5 kHz, mas na faixa CB as distorções foram muito grandes.

O resultado é um dispositivo simples que não contém indutores caseiros. Suas vantagens incluem a estabilidade da frequência portadora e a ausência de modulação de frequência espúria, o que geralmente é um problema para projetos simples.

No final do artigo, um vídeo demonstrando a operação do micro transmissor.

Arduino - micropoderoso transmissor AM

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