在本文中，我們將討論如何通過激光傳輸音頻。這是一個有趣的小項目，其概念與我們在光纖電纜中看到的類似，我們將使用激光將數(shù)據(jù)從一個點發(fā)送到另一個點。具體來說，在這個項目中，我們將把我們的聲音從一個點轉移到另一個點通過在太陽能板上照射激光。這是由光保真度(簡稱Li-Fi)實現(xiàn)的，簡而言之，對于那些新的人來說，Li-Fi是一種可以使用光傳輸數(shù)據(jù)的技術，在我們的情況下，我們將聲音作為數(shù)據(jù)發(fā)送，并使用激光作為光源。

這個項目的亮點是它的簡單性，您可以在一個周末內(nèi)使用常用的組件輕松構建它。如果您對Li-Fi感興趣，您也可以查看我們的Li-Fi文本通信和Li-Fi音頻傳輸項目。

因此，不要再拖延了，讓我們開始構建項目。

如何使用激光轉印音頻?

通過激光傳輸音頻比聽起來簡單。在發(fā)射端，我們有一個麥克風，它把我們的聲音轉換成電信號，然后用一個音頻放大器放大這個信號，這個放大器的輸出直接連接到一個激光二極管。然后，這些光被指向我們接收電路上的太陽能電池板。同樣，在接收器一側，太陽能電池板連接為另一個音頻放大器的音頻輸入，該音頻放大器放大這些信號并在揚聲器上播放。所有這一切都是因為光攜帶數(shù)據(jù)的能力。

發(fā)射機的一面

音頻到電信號：

我們的目標是傳輸實時音頻信號，所以在這種情況下，我們需要某種麥克風將音頻信號轉換為電信號。實際上，要實現(xiàn)完美的輸出，需要一點復雜的電路。因此，為了簡單起見，我們將使用MAX4466麥克風放大器模塊。

上面，您可以看到代表MAX4466麥克風放大器模塊工作的GIF視頻。現(xiàn)在我們有了需要通過激光傳輸?shù)碾娦盘枴?

到激光束的電信號：

在上述過程中，我們已經(jīng)接收到了電信號?，F(xiàn)在這個電信號被用來驅動激光光束。它可以通過多種方式完成，例如使用一些模擬電路(即開關MOSFET)。但為了使其更簡單有效，我們使用基于PAM8403的迷你5V音頻放大器模塊，如下圖所示。

選擇這個的原因很簡單。它工作在5V范圍內(nèi)，因此它可以很容易地與MAX4466麥克風放大器模塊集成。它還有一個內(nèi)置的電位器來調(diào)節(jié)輸出的幅度，更重要的是，它更實惠。你可以使用任何放大器板，你甚至創(chuàng)建自己的電路來做正確的工作。盡管如此，我還是建議使用音頻放大器板來獲得更好的輸出和輕松的工作。我們以前使用PAM8403也建立了一個簡單的DIY藍牙揚聲器，如果你感興趣，你可以看看。

現(xiàn)在，一個激光二極管可以連接到PAM8403模塊的輸出端。

上面，你可以看到我們正在使用的激光二極管。如果你想減少電流饋送到激光，你可以使用一個最小值的電阻。在這里，我們使用的激光器有一個內(nèi)置的30歐姆電阻與電源輸入串聯(lián)。如果您想降低功率，可以通過串聯(lián)增加一個額外的電阻，甚至調(diào)整PAM8403模塊中的電位器來實現(xiàn)。

接收方

激光到電信號：

在最后一步中，我們已經(jīng)完成了發(fā)送端，現(xiàn)在我們開始接收端。因此，主要的過程是將激光光束發(fā)出的音頻信號轉換為電信號的原始狀態(tài)。一般來說，我們可以使用任何基于光的傳感器(即LDR，光電二極管等)來完成這項工作，但那些接收區(qū)域較小的傳感器很難使用。然而，它們并非不可用;你甚至可以使用它們。但在這個項目中，我將使用更大的光電二極管陣列，也被稱為太陽能電池板。

我要用一個小的玩具太陽能電池板。盡管它的功率輸出很小，但它對我們的項目來說綽綽有余。所以，通過使用這個太陽能電池板，我們將把激光束轉換成電信號。

對揚聲器的電信號：

由于太陽能電池板的低功率輸出，它的電信號不能直接饋送到揚聲器。即使使用較大的太陽能電池板，照射到面板上的小光點也不會對輸出產(chǎn)生重大變化;我們只會得到更高的直流電壓與更大的面板。然而，我們需要一個模擬電壓。

為了解決這個問題，我將使用我們在發(fā)送端使用的相同的放大器模塊，以便輸出電信號可以有效地放大并傳遞到揚聲器。

關于揚聲器，您可以使用與放大器模塊兼容的任何揚聲器。我使用的是4歐姆，10瓦的揚聲器，如上圖所示。

因此，我們已經(jīng)成功地完成了理論部分。我希望你們都能理解選擇組件和項目運作背后的主要概念。那么，讓我們轉到項目的硬件部分。

使用激光項目進行無線音頻傳輸所需的組件

下面是使用激光項目構建無線音頻傳輸所需組件的列表。有些組件可能有替代品。要了解更多關于這一點，請閱讀“通過激光音頻傳輸?shù)母拍?解釋”上面提供。

1.太陽能電池板- x1

2.激光二極管- x1

3.電阻(30歐姆)- x1

4.電位器(100k) - x1

5.揚聲器(4歐姆，10W) - x1

6.MAX4466麥克風放大器模塊- x1

7.7805 5V電壓調(diào)節(jié)器- x2

8.PAM8403音頻放大器模塊與電位器- x2

9.9V電池- x2

10.面包板- x2

11.跳線-所需數(shù)量

激光無線音頻傳輸工程電路圖

在這里，這個項目是通過記住使它簡單和只使用最小的組件來構建的。因此，作為結果，電路對每個人來說都很容易理解和重建。

發(fā)射機部分:

在這里你可以看到發(fā)射機部分的原理圖。這些聯(lián)系不言自明。

我們可以將原理圖分為兩部分：電源和發(fā)射機部分。

電源部分:

這里選擇的電源是9V電池。由于電路的其余部分工作在5V，我使用7805 5V線性穩(wěn)壓器有效地將9V轉換為5V。

發(fā)射機部分:

在本節(jié)中，只使用了四個組件。

MAX4466和PAM8403模塊都使用穩(wěn)壓器的5V輸出供電。MAX4466麥克風放大器模塊的輸出直接連接到PAM8403音頻放大器模塊。

PAM8403支持2通道。你可以單獨使用一個通道，也可以像我一樣使用兩個通道。然而，我們將只驅動一個激光器。激光器的正負極與其中一個通道并聯(lián)連接。在連接時，我提到使用一個30歐姆的電阻串聯(lián)。這是為了限制流過激光二極管的電流。如果你使用相同的激光二極管作為我，這個電阻是不需要的，因為它已經(jīng)有一個30歐姆的電阻連接內(nèi)部。

接收機的部分:

下面您可以看到接收器部分的原理圖。您可能會注意到這里有一個類似于發(fā)射器部分的功率部分，因為我們的要求仍然相同。我們用5V給系統(tǒng)供電。

接收機部分:

這里，太陽能板的負極接地，正極連接到PAM8403音頻放大器模塊的輸入端。像發(fā)射器一樣，我保持兩個輸入通道連接。額外的步驟是使用電位器將偏置電壓施加到輸入端，這將設置放大器輸入端的直流偏置。最后，揚聲器連接到PAM8403放大器模塊的輸出端。

這就完成了我們的電路。接下來，讓我們轉到組裝部分。

構建電路

讓我們根據(jù)原理圖構建電路。我使用面包板來組裝所有組件。

上圖中，您可以看到發(fā)射器的組裝圖像，其部件標記供您參考。激光二極管是直接焊接到2x2貝格帶連接器，允許它很容易地固定到面包板。同樣，電池連接器也配有貝格帶，便于面包板集成。

在這個發(fā)射器中，有兩個可配置的區(qū)域。一個是MAX4466麥克風放大器模塊中的增益調(diào)節(jié)，它控制麥克風的靈敏度。另一個是PAM8403模塊中的幅度調(diào)節(jié)，控制激光二極管的輸出功率。這些可配置的選項允許精確的信號控制。

上圖，你可以看到接收器的組裝圖像。像揚聲器，太陽能電池板和電池這樣的部件使用Berg公帶連接到面包板，我已經(jīng)焊接到電線上并固定到面包板上。

像發(fā)射器一樣，接收器也有兩個可配置的選項。PAM8403模塊的輸入端有一個電位器，用于設置輸入信號的直流偏置。PAM8403模塊本身有一個電位器來調(diào)節(jié)進入揚聲器的信號的幅度，有效地允許音量調(diào)節(jié)。

至此，我們已經(jīng)按照原理圖完成了電路的構建。接下來，工作演示。

無線音頻傳輸項目工作演示

在成功地組裝組件之后，我們開始測試項目。無論在什么條件下，它在室內(nèi)和室外都能很好地工作。無線傳輸?shù)姆秶钊擞∠笊羁?，因為在晴朗的天氣條件下，激光的強度不會明顯減弱。只要激光束擊中太陽能電池板，音頻就會無縫傳輸。我們還從多個角度測試了該設置，沒有遇到任何問題。

上面的圖像是在戶外測試設置時拍攝的。與其他項目不同，我沒有包括任何gif來展示工作過程，但我們制作了一個視頻，您可以在下面觀看。該視頻提供了該項目的完整演示和解釋。

一些改進的想法和額外的可能性，為這個無線音頻傳輸項目

這些是我對擴展這個項目的一些想法，你可以試一試。

改進的想法:

使用更靈敏的光電探測器，而不是玩具太陽能電池板，如雪崩光電二極管(APD)，以提高接收質(zhì)量和范圍。

實現(xiàn)一個聚焦透鏡系統(tǒng)，將激光集中在光電探測器的一個更小、更敏感的區(qū)域。

引入降噪技術和濾波器來改善音頻信號的質(zhì)量。

某種類型的自動對準系統(tǒng)，以確保最佳的信號傳輸，即使運動或不對準。

更多的可能性:

通過在兩端合并類似的設置，擴展項目以支持雙向通信，允許雙向音頻傳輸。

通過結合適當?shù)恼{(diào)制技術，使系統(tǒng)不僅可以傳輸音頻，還可以傳輸其他類型的數(shù)據(jù)，例如用于互聯(lián)網(wǎng)通信的數(shù)字信號。

實驗不同的激光波長和功率水平，擴大有效通信范圍，保證遠距離傳輸能力。

設計一個緊湊的，電池供電的便攜版本的系統(tǒng)，使其適合移動和現(xiàn)場應用。

常見問題

1) Li-Fi可以使用激光嗎?

當然，你也可以在Li-Fi系統(tǒng)中使用激光。實際上，任何光源及其傳感器都可以用來創(chuàng)建Li-Fi系統(tǒng)。

2) LiFi比Wi-Fi好嗎?

確定Li-Fi是否優(yōu)于Wi-Fi取決于多種因素。兩者都有各自的優(yōu)點和缺點。要了解詳細的解釋，請訪問我們的文章LiFi vs WiFi。

3) LiFi對人類安全嗎?

是的，LiFi(光保真度)通常被認為對人類是安全的，因為它的非電離輻射，低功率水平，有限的范圍等?？偟膩碚f，LiFi是一種有前途且安全的無線通信技術，為傳統(tǒng)的基于射頻的系統(tǒng)提供了一種安全高效的替代方案。

4) LiFi的優(yōu)點和缺點?

Li-Fi的優(yōu)點

高速數(shù)據(jù)傳輸：利用可見光，Li-Fi提供異?？斓臄?shù)據(jù)傳輸速率，通常超過傳統(tǒng)Wi-Fi。

增強的安全性：由于光不能穿過墻壁，與射頻系統(tǒng)相比，Li-Fi提供了更好的安全性，防止未經(jīng)授權的訪問。

無射頻干擾：Li-Fi避免了與射頻干擾有關的問題，使其適用于對此類干擾敏感的環(huán)境。

降低延遲：與Wi-Fi相比，Li-Fi可以實現(xiàn)更低的延遲，有利于需要實時通信和流媒體的應用。

能源效率：Li-Fi可以利用現(xiàn)有的LED照明系統(tǒng)，這是節(jié)能的，有助于降低整體能耗。

Li-Fi的缺點

視距要求：Li-Fi需要發(fā)射器和接收器之間的直接視距，這可能會限制其范圍和靈活性。

有限的范圍：Li-Fi的工作范圍比Wi-Fi短，因為它依賴于可見光。

僅限室內(nèi)使用：Li-Fi主要適用于光線易于管理和控制的室內(nèi)環(huán)境。

光路阻塞：光路的任何阻塞或中斷都會中斷通信，影響可靠性。

成本和基礎設施：實施Li-Fi可能需要更高的初始成本和對現(xiàn)有基礎設施的更改，例如升級到合適的照明系統(tǒng)。

LiFi的用途是什么?

Li-Fi(光保真)提供高速無線通信，利用可見光、紫外線和紅外輻射進行數(shù)據(jù)傳輸。它用于各種環(huán)境，例如無線電頻率(RF)信號受限的安全環(huán)境，包括軍事和醫(yī)療設施。Li-Fi提供快速互聯(lián)網(wǎng)接入，可以與LED照明系統(tǒng)集成，提供照明和數(shù)據(jù)傳輸。它在高射頻干擾區(qū)域具有優(yōu)勢，并以其優(yōu)越的帶寬和低延遲用于增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)等應用。

6)什么是SLD激光LiFi?

SLD(表面發(fā)光二極管)激光Li-Fi是指利用表面發(fā)光激光二極管通過光促進通信的技術。與從單點發(fā)光的傳統(tǒng)led不同，sld將光分布在更大的表面積上，從而提高了Li-Fi系統(tǒng)的效率和性能。在SLD激光Li-Fi設置中，這些激光二極管使用可見光實現(xiàn)高速，高帶寬通信，與傳統(tǒng)的基于led的系統(tǒng)相比，提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。該技術適用于要求快速數(shù)據(jù)傳輸和可靠性能的應用，例如城市環(huán)境和工業(yè)環(huán)境。

類似級別的項目

1)基于li - fi的兩個Arduino之間的文本通信

使用兩塊Arduino板演示Li-Fi通信：文本數(shù)據(jù)從LED和4x4鍵盤傳輸，并在接收端使用LDR進行解碼。這展示了Li-Fi促進高速光學數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?

2)利用Li-Fi技術進行音頻傳輸

在這個項目中，我們將構建一個使用Li-Fi技術傳輸音頻數(shù)據(jù)的電路。

本文編譯自circuitdigest