Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Передача информации на расстояние при помощи лазерного луча
НТТМ-2017-0272 | Категория I

Автор:

Алексеев Максим Константинович

Научный руководитель:
Зуев Петр Владимирович
Организация:
МАОУ ДО «Центр образования и профессиональной ориентации»,
Свердловская область, Верхняя Пышма
Цель работы
В нашем мире основной вид связи – проводные сети, но когда-нибудь наступит момент, и проложить новую сеть будет невозможно. Есть возможность осуществить связь при помощи радиооборудования, но эфир перенасыщен, а мощное оборудование стоит очень дорого. После изобретения лазера стало возможно использовать свет для передачи информации на земле и в космосе. Лазерная связь двух объектов осуществляется только посредством соединения типа «точка-точка», то есть напрямую. Наиболее интересное и практичное применения лазерной связи – это связь в космосе. Потому что именно там необходимо передавать очень много различной информации на огромные расстояния. После того, как я увидел в интернете новости о Российских экспериментах по передаче информации с земли на МКС и обратно с помощью лазерных систем, мне захотелось самому проверить, возможно, ли передать что-то через лазерный луч.
Таким образом, целью моего проекта стало создание устройства для передачи звукового сигнала при помощи лазерного луча.
Для достижения цели нужно выполнить несколько задач:
1. выбрать принципиальную схему устройства
2. подобрать необходимые детали.
3. собрать устройство
4. проверить работоспособность
5. провести эксперименты по передаче звука.
6. разработать рекомендации по улучшению устройства.
Обзор предметной области
Описание этапов проекта
1 этап. Выбор схемы устройства.

Простая схема передачи звука


В этой схеме:
1) Ферритовое кольцо
2) Проволока — 0,5 мм
3) Штекер «миниджек» 3,5 мм (2 шт.)
4) Провода
5) Лазерная указка.
6) Солнечный элемент (батарея)
7) Батарея типа «Крона»
8) Переменный резистор (от 3кОм).
Звуковой сигнал подается от мобильного телефона с мощностью меньше 1 ватта. Затем сигнал поступает на первичную обмотку трансформатора. Из вторичной обмотки выходит тот же сигнал, и «усиливается» при помощи аккумулятора, затем сигнал поступает на лазерный диод.
Луч лазера направляют на фотоприемник (солнечная батарея), который в свою очередь подключен к входу усилителя мощности низкой частоты. Таким образом, музыка передается без проводов на несколько метров.
Схема светотелефона



Принцип действия основан на модуляции яркости светового луча напряжением звуковой частоты на передающем конце с последующей демодуляцией на приёмнике. Основным узлом передатчика является усилитель звуковых частот, собранный на микросхеме. К выходу усилителя через резистор подсоединяется лазерная указка. Ее металлический корпус имеет гальванический контакт с «плюсом» источника электропитания. Посылаемый передатчиком и принимаемый затем фототранзистором световой сигнал поступает на конденсатор и подводится ко входу микросхемы как и в передатчике. Только на выходе усилителя вместо лазерной указки стоит динамическая головка, преобразующая электрический сигнал в звуковые колебания.
Схема лазерного устройства модульного типа:
Передатчик Приемник


Основной частью передатчика является модулятор. Именно он модулировать яркость диода в соответствии с входным сигналом. Модулятор представляет собой простейший усилитель. Входной сигнал при помощи резистора будет изменять ток на несколько мА в обе стороны, аналогично будет меняться и яркость лазера.
Приёмная часть состоит из резистора, фототранзистора, конденсатора и интегрального усилителя низкой частоты, с выходной мощностью примерно 0,7Вт.
После рассмотрения разных вариантов был выбран основной принцип работы устройства.



2 этап. Подготовка к сборке устройства
Выбор был сделан в пользу устройства на основе усилителя низкой частоты на базе микросхемы TDA2003, который имеет защиту от перегрева и короткого замыкания.



Схема содержит следующую элементную базу:

• микросхема TDA2003 – 2шт.
• лазерный модуль – 1 шт.
• фоторезистор – 1шт.
• резистор 1 кОм – 2шт.
• резистор 1 Ом – 2шт.
• резистор 10 Ом – 2шт.
• конденсатор 0,1мкф – 4шт.
• конденсатор 470мкф 16v – 2шт.
• конденсатор 100мкф 16v – 4шт.
• конденсатор 10мкф 16v – 2шт.
• батарейные отсеки – 2шт.
• колодки для кроны - 2шт.
• элементы питания

Перед началом сборки мы нарисовали свою схему устройства на базе микросхемы TDA2003
Описание результатов проекта
Сборка усилителя на контактной макетной плате для проверки его работоспособности.

Разработка монтажной схемы:
3 этап. Изготовление печатной платы и сборка устройства.
№п/п Содержание работы Изображение
1. Подбор фольгированного одностороннего стеклотекстолита
2. Разметка платы и сверление отверстий
3. Нанесение рисунка будущих медных проводников специальным маркером для печатных плат

4. Вытравить медь с платы с помощью 3% раствора перекиси водорода, лимонной кислоты и поваренной соли

5. Промыть плату, очистить дорожки от чернил маркера и залудить с помощью припоя
6. Установка с помощью пайки элементов электрической цепи
7. Сборка изделия

1) Максимальное расстояние, на которое получилось передать звук 4м. Дальность ограничена помещением. Вывод - при помощи собранного устройства возможна передача на более дальние расстояния.
2) Проведен опыт по передаче звука через отражающие поверхности (через обыкновенное зеркало). Передача осуществлена на 2м. Обнаружена потеря громкости и качества передаваемого звукового сигнала. Вывод – обычное зеркало не подходит для перенаправления сигнала.
3) Проведен опыт передачи звука в темноте. Передача была осуществлена без шумов и помех. Опыт показал, что освещение помещения создает значительные шумовые помехи при передачи звука при помощи лазерного луча.
4) Проведен опыт по снабжению приемного фотоэлемента дополнительным отражателем из фольги. Опыт показал ухудшение передаваемого сигнала, из чего сделан вывод что форма отражателя не подходят для совершенствования устройства.
Описание применимости
Сейчас существует огромное количество сетей, как проводных. так и беспроводных. Эфир перенасыщен и пропускная способность этого оборудования существенно зависит от его стоимости.

Мы предлагаем, что наш проект может быть применим в сфере лазерной связи. В мире этому виду связи уделяется большое внимание. Лазерная связь обеспечивает экономичное решение проблемы надежной и высокоскоростной ближней связи, которая может помочь при объединении телекоммуникационных систем в разных зданиях населенного пункта. Ее использование позволит осуществить интеграцию локальных сетей с глобальными сетями.
Дальнейшее развитие проекта
Мы хотим усовершенствовать свое устройство по направлению увеличения дальности передачи и приема информации, изучения систем кодировки сигнала и существующих систем лазерной связи

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru