В этой статье мастер самодельщик покажет нам, как сделать фотофон используя современные материалы. Мы узнаем, как передавать звук посредством света и как общаться с помощью света. Все это, может быть выполнено с помощью простых бытовых материалов и несколькими различными способами.
Фотофон был изобретен Александром Грэмом Беллом и его помощником Чарльзом Самнером Тейнтером в 1880 году. В отличие от обычного современного телефона, фотофон использовал свет как средство беспроводной передачи вместо электричества.
Фотофон Белла признан предшественником современных волоконно-оптических линий связи, по которым на сегодня передаётся до 80 % всего мирового телекоммуникационного трафика.
Вот описание светового модулятора Белла:
Мы обнаружили, что простейшая форма устройства для создания эффекта состоит из плоского зеркала из гибкого материала, на заднюю часть которого направлен голос говорящего. Под действием голоса зеркало становится то выпуклым, то вогнутым и, таким образом, попеременно рассеивает и конденсирует свет.
Это телекоммуникационное устройство, возможно, не такое практичное в настоящее время, но все же отличный эксперимент. Сделав два таких устройства можно получить двустороннюю связь.
Давайте посмотрим небольшое демонстрационное видео.
Инструменты и материалы:
Для передатчика
-Динамик;
-Палка для селфи;
-Палочка для мороженого;
-Маленькое зеркало;
-Усилитель звука;
-Выключатель;
-Крепеж;
-Изолента;
-Адаптер питания;
-Плата для установки компонентов;
Для приемника
-Солнечные панели;
-Картон
-Труба ПВХ;
-Динамик;
-Усилитель звука;
Для самостоятельного изготовления усилителя
-Микросхема LM386;
-Конденсаторы: 470n, 100n, 47n, 33n 220µ, 10µ;
-Резисторы: 10к, 10 Ом;
-Провода,
-Потенциометр;
-Распределительная коробка;
-Отвертка;
-Плоскогубцы;
-Паяльник;
-Нож;
-Мультиметр;
-Батарейки АА;
-Держатель для батареек;
Шаг первый: передатчик
Этот передатчик работает с использованием солнечного света. Т.е. нужно поймать «солнечный зайчик» и направить на приемник. Если в это время на передатчике будет, динамик с зеркалом, будет проигрываться звук, то и на приемнике будет тот же звук.
Для устройства нужно небольшое косметическое зеркало. В соответствии с его размерами нужно подобрать динамик.
Зеркало нужно закрепить на динамике так, чтобы оно не касалось диффузора. Закрепить можно с помощью термоклея.
Дальше нужно закрепить динамик на сельфи-палке. Мастер использует в качестве кронштейна, палочку от мороженного.
Использование селфи-палки, это простой способ заставить динамик и зеркало двигаться вверх и вниз.
Для этого проекта самая важная часть селфи-палки — это стальной монопод.
Селфи-палка позволяет легко перемещать динамик с зеркалом вверх и вниз, чтобы свет мог попасть в приемник.
В отличие от оригинального фотофона, в этом используется звук, исходящий из динамика, поэтому для его работы понадобится усилитель. Если повторно использовать динамик из старого настольного динамика, также можно повторно использовать усилитель от него. Если усилителя нет, то можно его приобрести или сделать.
Если используется готовая плата моноусилителя, то, скорее всего, подключается она так:
Если посмотреть на плату усилителя, то можно увидеть буквенные обозначения.
IN обозначает вход (это аудиовход, это звук, который фотофон должен передавать)
5v +/- обозначает вход источника питания,
OUT обозначает выход (к нему подключается динамик).
В данном случае в качестве источника питания мастер использовал 4 батарейки AA, помещенные в держатель батареи. Из держателя батареи выходят два провода, один из них (полярность не важна) идет к плате, а другой идет к переключателю и от переключателя к плате.
Для аудиовхода нужно будет преобразовать стерео в моно (если, например, пользователь будет использовать свой смартфон для передачи звука). Если используется что-то вроде микрофона, то преобразователь не нужен.
Если в проекте будет использоваться смартфон (или что-то еще с аудиовыходом 3,5 мм) в качестве источника звука, то понадобится штекер 3,5 мм (его можно утилизировать из старых наушников). Штекер нужно отрезать. Затем зачистить концы проводов. На этом этапе у нас должно быть 4 провода, скручиваем два из ник (одного цвета) вместе. К оставшимся проводам припаиваем ножки резисторов 2100 Ом. Вторые ножки скручиваем между собой и спаиваем.
Если используется другой тип штекера, с тремя проводами, то также отрезаем штекер и зачищаем провода. Дальше нужно прозвонить провода мультиметром и найти заземление. К остальным двум проводам нужно припаять резисторы, как и в примере выше.
Дальше к доске крепится палку для селфи вместе с динамиком все остальные детали.
Шаг второй: приемник
В приемнике фотофона использовался простой фотоприемник, на селеновых элементах установленный в фокусе параболического зеркала. В этой сборке мастер собирается использовать две солнечные батареи, соединив их последовательно.
Чтобы предотвратить попадание лишнего света, который может мешать воспроизведению звука, нужно поместить приемник в трубу (или какую-то коробку). Мастер использует ПВХ-трубу.
Из картона вырезает заглушку. На заглушку приклеивает солнечные панели. Затем заглушку приклеивает к трубе.
Как уже говорилось, аудиоусилитель можно использовать готовый или сделать самостоятельно. В случае с передатчиком, мастер использует готовую плату. Для приемника он решил сделать усилитель на базе микросхемы LM386.
Собирается усилитель по следующей схеме.
Подключается все просто. Минус (-) от солнечной панели к минусу (-) аудиоусилителя (на входе). Плюс (+) солнечной панели к конденсатору 1,5 мкФ. Этот конденсатор служит здесь просто для фильтрации любого постоянного тока, который исходит от солнечных панелей. Можно использовать конденсатор меньшей емкости. Нельзя использовать электролитические конденсаторы. Другой конец конденсатора 1,5 мкФ подсоединяется к вход аудиоусилителя.
Дальше можно протестировать приемник с помощью ИК -пульта. Нужно направить пульт на солнечную панель и из динамика должен раздастся звук.
Шаг третий: схема для передачи звука со смартфона
Теперь рассмотрим, как передать звук, со смартфона. Для этого нужно собрать небольшую схему.
Для схемы нужны следующие материалы: светодиод, аудиотрансформатор (в крайнем случае, обычный), батарейки, батарейный отсек, разъем 3,5 мм и смартфон.
Трансформатор можно добыть, разобрав адаптер питания.
Подключаем одну сторону (два провода, выходящие из трансформатора) к аудиоразъему, (который был сделан на предыдущем шаге). Один провод с другой стороне трансформатора подключаем к проводу держатель батареи, от держателя батареи к светодиоду и от светодиода к другому проводу трансформатора (см. фото). Если светодиод не загорается, нужно поменять его полярность.
Дальше подключаем устройство к смартфону, направляем светодиод на приемник. Включаем на смартфоне воспроизведение звука.
Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи (первичная обмотка) к другой (вторичной обмотке) посредством процесса электромагнитной индукции.
Когда звук изменяет ток на первичной обмотке трансформатора, он также изменяет ток на вторичной обмотке, значит звук на первичной стороне трансформатора модулирует выходной сигнал светодиода. Этот модулированный свет попадает на солнечные панели (которые находятся внутри трубы из ПВХ), а затем сигнал, исходящий от солнечной панели, проходит через конденсатор в усилитель, где снова преобразуется в звук. Так работает фотофон! Так, например, мы можем слышать свет, исходящий от ИК-светодиода, который находится внутри пульта дистанционного управления телевизора.
Первый передатчик (тот, у которого есть селфи-палка), работает по точно такому же принципу, разница в том, что свет (солнечный свет, отражающийся от зеркала) модулируется, когда динамик вибрирует. Т.е. зеркало вибрирует от динамика, и свет, отражающийся от него, модулируется. У первого передатчика есть один очевидный недостаток: он не работает в дождливый день, поскольку нет солнечного света, который отражался бы от зеркала в приемник. На видео мастер продемонстрировал этот принцип. На видео видно и слышно, что звук не воспроизводится, когда блокируется свет, который излучается светодиодом.
Для передачи звука таким способом на большие расстояния, нужно вместо светодиода установить лазер.
