激光莫爾斯【首發】

相信大家對我國抗戰電視劇已經非常熟悉,在諜戰戲份中我們經常回看到一個電報員帶著耳機,手里有個按鍵式開關,不聽擊打,不時傳來滴滴答答的聲音,然后再紙上畫著。不錯,那就是傳說中的電報機。

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蟲子先生 2021-01-27 18:10

一、制作背景

相信大家對我國抗戰電視劇已經非常熟悉,在諜戰戲份中我們經常回看到一個電報員帶著耳機,手里有個按鍵式開關,不聽擊打,不時傳來滴滴答答的聲音,然后再紙上畫著。不錯,那就是傳說中的電報機。

1.莫爾斯電碼與電報通信

電報通信的語言是由電碼符號組成的。電報通信最早是由美國的摩爾斯在?1844年發明的,所以電碼符號也被叫做摩爾斯電碼(Morse code)。電碼?符號由兩種基本信號和不同的間隔時間組成:短促的點信號“?,讀“??”Di);保持一定時間的長信號“─”,讀?─”Da)。?由于各國文字不同,電碼符號也不盡相同,比如中國、日本及俄國都有代?表本國文字的電碼符號。在業余無線電通信中,全世界運用統一的電碼

1837年,莫爾斯發明電報機是電報通訊的起源,它的通訊電碼是以點、劃符號組合而成,每一個碼代表一個字母和一個數字。發報員用電鍵發出長短不一的電碼,收報員聽到滴答的聲音。答的聲音是滴的三倍長。收報員抄錄滴答組合的電碼后再譯成電文,這就是早期的電報。

莫爾斯點劃碼框其中有5個子框,代表莫爾斯數字編碼位的編碼方法。例如:0是長、1是短等。長的標準時間是0.4秒至兩秒,短的標準時間是小于0.4秒。這時,按動發報鍵即可開始發送信息了。

莫爾斯電報是如何傳遞信息的呢?在拍發電報時,電鍵將電路接通或斷開,信息是以的電碼形式來傳遞的。發一個需要0.1秒,發一需要0.3秒。在這種情況下,電信號的狀態只有兩種:按鍵時有電流,不按鍵時無電流。有電流時稱為傳號,用數字“1”表示;無電流時叫空號,用數字“0”表示。一個就用“10”來表示,一個就用“1110”來表示。莫爾斯電報將要傳送的字母或數字用不同排列順序的點和劃來表示,這就是莫爾斯電碼,也是電信史上最早的編碼。經過一年的努力,終于在1837年研制成功了一臺傳遞電碼的裝置,他滿懷希望地把它稱為電報機

2.激光通信技術

激光通信技術與無線電通訊原理相似,即先將聲音信號調制到激光束上,然后把帶有聲音信號的激光發送出去。最后用接收裝置把音像信號檢出來。激光通信按其應用范圍可以劃分為光纖通信和無線激光通信兩類。激光通信技術由于其單色性好、方向性強、光功率集中、難以竊聽、成本低、安裝快等特點,而引起各國的高度重視。

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激光的優點:

1、通信容量大。在理論上,激光通信可同時傳送1000萬路電視節目和100億路電話;

2、保密性強。激光不僅方向性特強,而且可采用不可見光,因而不易被敵方所截獲,保密性能好;

3、結構輕便,設備經濟。由于激光束發散角小,方向性好,激光通信所需的發射天線和接收天線都可做的很小,一般天線直徑為幾十厘米,重量不過幾公斤,而功能類似的微波天線,重量則以幾噸、十幾噸計。

二、電路設計

由于無線電發射有頻段要求,功率也有要求,占用非民用頻段可能涉及法律問題,技術限制不敢輕易嘗試,于是我就果斷設計了這款借用激光發射的莫爾斯電報機,激光發射和接收的過程實質上是對無線發射和接收的一種模擬,當然也有它的實用意義,激光的優點不需要重復了。

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原理說明:

如圖1,通過U1(NE555)產生一個低頻方波信號,U2(NE555)產生一個38K左右的信號作為載波,兩個信號經過74LS00的邏輯轉換得到一個調制波,74LS00輸出信號電平的高低使得三極管驅動激光頭發射調制波信號。

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通俗的說法:

用一個NE555定時器產生一個貨車,另一個NE555產生一個我們需要發送的貨物,然后通過74LS00這個工人,把貨物裝在貨車上,然后讓名叫激光頭的司機來送貨,送往哪里?當然是對面的激光接收頭上了。接收了怎么辦?欲知后事如何,繼續往下看。

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首先介紹下接收電路主角CX20106

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CX20106是一款紅外線檢波接受的專用芯片,常用于電視機紅外遙控接收器使用CX20106A作為超聲波接收處理的典型電路(當CX20106A接收到40KHz的信號時,會在第7腳產生一個低電平下降脈沖,這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入。

1腳:超聲信號輸入端,該腳的輸入阻抗約為40kΩ。

2腳:該腳與地之間連接R C串聯網絡,它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分,改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負反饋量增大,放大倍數下降,反之則放大倍數增大。但C1的改變會影響到頻率特性,一般在實際使用中不必改動,推薦選用參數為R1=4.7Ω,C1=1μF。

3腳:該腳與地之間連接檢波電容,電容量大為平均值檢波,瞬間相應靈敏度低;若容量小,則為峰值檢波,瞬間相應靈敏度高,但波輸出的脈沖寬度變動大,易造成誤動作,推薦參數為3.3μf。

4腳:接地端。

5腳:該腳與電源間接入一個電阻,用以設置帶通濾波器的中心頻率f0,阻值越大,中心頻率越低。例如,取R=200kΩ時,f0≈42kHz,若取R=220kΩ,則中心頻率f0≈38kHz。

6腳:該腳與地之間接一個積分電容,標準值為330pF,如果該電容取得太大,會使探測距離變短。

7腳:遙控命令輸出端,它是集電極開路輸出方式,因此該引腳必須接上個上拉電阻到電源端,推薦阻值為22kΩ,沒有接受信號是該端輸出為高電平,有信號時則產生下降。

8腳:電源正極,4.5~5V。超聲波傳感器接收部分

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原理說明:

通過CX20106A對光敏三極管收到的信號進行放大,濾波等處理后,得到80db左右的增益,此芯片的輸出信號可以直接驅動LED或者單片機外部中斷。并且該芯片具有較強的抗干擾能力和很好的靈敏度。所以我們利用這些特性,收到38KHZ左右的信號LED亮,表示通信成功,如果LED滅狀態,表示通信失敗。

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通俗說法:

(接上文)激光頭收到貨物后,經過一系列傳送到達CX20106A這個倉庫管理員手里,管理員就報告給老板,收到一個貨物。(貨物其實就是一個開關信號,和莫爾斯相結合的)

當電報員點擊操作發射臺的時候,會產生一系列“開關”信號,像電視里一樣的滴滴答答的聲音,這些“開關”信號不斷的打開,關閉激光通信電路,激光通信工作的時候會輸出一個低頻方波驅動蜂鳴器鳴叫,同時點亮 LED,不工作的時候,蜂鳴器也停止鳴叫,LED也熄滅。從而達到模擬莫爾斯電碼的效果。

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神秘的“貨物”:

??????通俗說法里都提到了“貨物”一詞,我們通過示波器可以看到這個貨物到底是什么。(如圖5)

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5是低頻波形,也就是神秘的“貨物”,他可以驅動蜂鳴器鳴叫,點亮LED。圖638K方波,他就是貨車,那“貨物”裝在貨車上是什么樣子呢?(如圖7

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如圖7,這就是調制過后的波形,這樣抗干擾能力增強,并且還把我們的貨物搭載上了,接下來到了CX20106A手里,他就提取出我們的“貨物”,然后輸出給蜂鳴器以及LED即可。

所以,其實我的莫爾斯操作臺只是個打開這個“送貨”過程的開關,不過這個開關實現了我的制作目標。

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如圖8所示,黃色木塊即為莫爾斯操作臺,左邊部分是發射模組,右邊是接收模組,每個模組配備一個蜂鳴器和一個指示LED。兩個模組共用9V電源,由于激光頭的額定電壓是5V,所以采用了一個78L05降壓芯片設計了降壓電路。需要兩個電容濾波。(如圖9)

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1.??實物測試

發射激光頭對準接收頭以后,模擬電視劇中擊打莫爾斯操作臺的頻率,即可從蜂鳴器聽到滴滴的效果。用手擋住激光頭,或者接收頭,就只能從發送端聽到滴滴的聲音,模擬接收失敗的情況。

2.??方案更改

? ?后期將嘗試設計無線發射。

制作總結

1.如果點擊一次的速度過快,也就是不停留,低頻的瞬時脈沖寬度超過了蜂鳴器的反應時間,就聽不到蜂鳴器鳴叫。但是確實點擊了,不過本系統是針對的模擬莫爾斯密碼,莫爾斯電碼的擊打頻率可以滿足,所以不需要修改。

2.激光通信的距離很可觀,位置對準,可達100米左右,功率增加可更遠,不過由于電源線限制,所以只做了10幾米的實驗,線材過長,會拉低電平,影響通信,不過可以重新設計電路,并更換大功率激光頭以及接收頭,距離達到幾百米也是可行的。

3.通過激光模擬無線發射的過程,以后可以通過激光做防盜系統,也就是電視里盜賊類電影經常出現的激光線。碰到激光線也就是遮擋了激光線就報警,和我做得遮擋激光線就不鳴叫其實是一個效果,雖然相反,用到數字信號里其實很好處理,假設蜂鳴器鳴叫是1,不鳴叫是0,那0反過來不就是1,邏輯取反即可。


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