FM-Radio-Sendemodul mit DSP-PLL, 87–108 MHz, LCD, Campus-Modus 76–108 MHz

Dieses Tutorial verwendet keine Entwicklungsplatine und kein Programm. Das FM-Sender-Modul DSP PLL (Platine mit Beschriftung LCD_FM_TX_V2.2.0) und ein FM-Empfänger-Modul DSP PLL mit LCD und 2 x 3 W Ausgang funktionieren jeweils eigenständig unmittelbar nach der Stromversorgung und werden über Tasten oder Drehregler eingestellt. Hier verwenden wir sie zusammen als drahtlose Audioverbindung. Der Sender empfängt den Ton vom Computer über ein Micro-USB-Kabel, während der Empfänger ihn über zwei Lautsprecher wiedergibt.

Das Paar wird in Projekten für Audioübertragung über kurze Entfernungen verwendet, beispielsweise Musik vom Computer in einen anderen Raum, ein drahtloses Mikrofon oder ein einfaches Gegensprechsystem. Der Sender hat eine Ausgangsleistung von 100 mW, während der Empfänger einen eigenen Verstärker für 4-Ohm-Lautsprecher hat.

So funktioniert es:

Der Sender erzeugt einen Funkträger auf einer gewählten Frequenz und modifiziert ihn im Rhythmus des Tons, d.h. er verwendet Frequenzmodulation (FM). Die PLL-Schaltung (Phase Locked Loop) hält den Träger genau auf der angezeigten Frequenz, damit das Signal nicht abweicht. Der digitale Signalprozessor (DSP) bereitet den Ton vor der Modulation vor. Der Empfänger führt die umgekehrte Operation durch. Er stimmt sich auf die gleiche Frequenz ab, extrahiert den Ton aus dem Träger, verstärkt ihn und leitet ihn an die Lautsprecher weiter.

Die Antenne hat eine Länge von 75 cm, da die einfachste Antenne ein Viertel der Wellenlänge ist. Die Wellenlänge in Metern wird mit der Formel 300 / f berechnet, wobei f die Frequenz in MHz ist. Bei 100 MHz ergibt sich 300 / 100 = 3 m, und ein Viertel ist 0,75 m, also 75 cm. Bei 87 MHz beträgt das Viertel der Wellenlänge etwa 86 cm und bei 108 MHz etwa 69 cm. Die 75-cm-Antenne passt also gut zum gesamten Band. Verwenden Sie sie komplett ausgefahren an beiden Modulen.

Das Betriebsband hat zwei Varianten. In der Standardvariante (C0) decken die Module 87,0 bis 108,0 MHz ab. In der erweiterten Campus-Variante (C1) decken sie 76,0 bis 108,0 MHz ab. Sender und Empfänger müssen in der gleichen Variante sein, sonst kann der Empfänger nicht auf Frequenzen unter 87,0 MHz abstimmen, auf denen der Sender sendet.

Der Stromverbrauch wird einfach berechnet. Der Sender verbraucht 35 mA bei 5 V, also etwa 0,175 W, eine Leistung, die der USB-Port des Computers leicht liefert. Der Empfänger verbraucht etwa 60 mA bei Mindestlautstärke und bis zu 1000 mA bei Maximallautstärke. Daher muss seine Stromquelle 1 A liefern können. Eine 18650er Zelle mit 2500 mAh (ungefährer Wert) würde theoretisch etwa 41 Stunden bei 60 mA halten, aber nur etwa 2,5 Stunden bei 1000 mA.

Anschluss:

Der Sender wird mit 5 V vom USB-Port des Computers über das USB-A auf Micro-USB-Kabel versorgt, und der Computer erkennt ihn als Soundkarte. Der Empfänger wird von einer einzelnen Li-ion-Zelle 18650 (3,0 bis 4,2 V) versorgt, die in einem Halter montiert ist, wobei die Spannung im Bereich von 3,0 bis 5,0 V des Moduls liegt. Die Signale sind analog und Funk, daher gibt es keine Logikstufen, keinen Levelwandler oder Pullup-Widerstände zu wählen. Die seriellen Pins TX, RX und GND des Senders werden in diesem Aufbau nicht verwendet.

Beachten Sie die auf der Empfängerplatine aufgedruckten Markierungen minus und plus, da die Reihenfolge der Anschlüsse in der Zeichnung leicht von Ihrer Platine abweichen kann. Verwenden Sie nicht zwei Li-ion-Zellen in Reihe, da 7,4 V die Grenze von 5,0 V überschreiten und den Empfänger zerstören. Verwenden Sie auch kein ungefiltetes Telefon-Ladegerät als Stromquelle, da dessen Rauschen in den Ton gelangt.

Wenn Sie eine Stromversorgung mit Akku für den Sender wünschen, schließen Sie einen Akku von 3,0 bis 5,0 V an die Pads minus und plus oben links auf der Platine an und beachten Sie die Polarität. Die Audioquelle, z.B. ein Telefon, wird dann mit dem LINE-Eingang verbunden.

Konfiguration:

Jedes Modul wird separat mit seinen Tasten eingestellt. Der Sender hat fünf Tasten (VOL-, VOL+, FRE-, FRE+, PAUSE), während der Empfänger zwei druckbare Drehregler hat (VOL und FRE). Die letzte Frequenz und die letzte Lautstärke bleiben im Speicher und nach dem Ausschalten, daher müssen sie beim Einschalten nicht neu eingestellt werden.

Die Bandwechsel und Beleuchtungsänderungen am Empfänger werden nach dem Neustart angewendet und im Speicher beibehalten. Wiederholen Sie den Vorgang, um zur vorherigen Einstellung zurückzukehren. Der Fabrikwert ist das Standardband C0, d.h. 87,0 bis 108,0 MHz.

Anwendungsbeispiel:

Das Ziel des Beispiels ist, den Ton des Computers in einem anderen Zimmer über zwei Lautsprecher zu hören. Montieren Sie die 18650er-Zelle in den Halter und verbinden Sie alles wie im obigen Schema, lassen Sie den Halter aber vorerst ohne Zelle.

Verbinden Sie das Micro-USB-Kabel zwischen dem Sender und dem Computer. Das LCD des Senders leuchtet auf und zeigt die Frequenz an. Überprüfen Sie, dass sich beide Module im gleichen Band befinden. Für dieses Beispiel belassen Sie C0 an beiden, also 87,0 bis 108,0 MHz.

Wählen Sie eine freie Frequenz, zum Beispiel 100,0 MHz. Verwenden Sie am Sender einen langen Druck auf FRE+, bis Sie in die Nähe kommen, dann kurze Drücke für Schritte von 0,1 MHz. Stellen Sie die Sender-Lautstärke auf etwa 20 von 30 Stufen mit VOL+ ein.

Wählen Sie in den Audioeinstellungen des Computers das neu erschienene USB-Gerät als Audioausgang und starten Sie dann ein Lied. Setzen Sie die Zelle in den Halter. Der Empfänger startet und das LCD zeigt die Frequenz an. Drehen Sie den FRE-Regler, bis die Anzeige 100,0 MHz anzeigt. Nachdem Sie das Lied hören, erhöhen Sie die Lautstärke schrittweise über den VOL-Regler.

Wenn der Ton schwach ist, erhöhen Sie die Empfänger-Lautstärke und nicht die Sender-Lautstärke über 20 von 30 Stufen, da ein zu hoher Pegel am Sender den Ton verzerren kann. Wenn Sie den Ton vorübergehend stoppen möchten, drücken Sie PAUSE am Sender oder drücken Sie den VOL-Regler des Empfängers.

Häufige Probleme:

Der Empfänger gibt nur Rauschen wieder. Die häufigste Ursache ist eine unterschiedliche Frequenz oder ein unterschiedliches Band. Die Lösung besteht darin, zu überprüfen, dass beide LCDs die gleiche Frequenz anzeigen, und dann beim Neustart den Buchstaben C0 oder C1 zu überprüfen, damit die Module im gleichen Band sind. Wenn die Frequenz von einem lokalen Sender besetzt ist, wählen Sie eine andere.

Es ist nichts zu hören, obwohl die Frequenzen übereinstimmen. Der Computer kann Ton über einen anderen Ausgang geben, und der Sender kann stummgeschaltet sein. Wählen Sie das USB-Audiogerät als Ausgang in den Audioeinstellungen und drücken Sie PAUSE am Sender, bis der Stummschaltungszustand verschwindet. Überprüfen Sie auch die Lautstärke an beiden Modulen.

Der Ton wird unterbrochen oder es entsteht Rauschen. Normalerweise sind die Antennen lose oder fehlen, oder die Stromquelle erzeugt Rauschen. Fahren Sie die 75-cm-Antennen vollständig aus und halten Sie sie von Metallgegenständen fern. Verwenden Sie beim Empfänger eine Batterie oder eine stabilisierte und gefilterte Stromquelle, kein Telefon-Ladegerät.

Schwaches Signal verschwindet ganz. Das automatische Squelch des Empfängers schneidet schwache Signale ab, wenn der Schwellenwert zu hoch ist. Drücken Sie den FRE-Regler des Empfängers, um die Funktion zu deaktivieren oder den Schwellenwert zwischen 0 und 20 zu reduzieren.

Der Empfänger schaltet sich aus oder startet bei hoher Lautstärke neu. Bei maximaler Lautstärke steigt der Stromverbrauch auf 1000 mA, und eine leere Zelle oder ein schwacher Halter können die Spannung nicht über 3,0 V halten. Verwenden Sie eine geladene Zelle und kurze Kabel, und wenn das Problem weiterhin besteht, reduzieren Sie die Lautstärke.

Die Lautsprecher bleiben stumm. Wenn etwas in der Kopfhörerbuchse steckt, schaltet der Empfänger die Lautsprecher automatisch aus. Ziehen Sie den Stecker aus der Buchse. Überprüfen Sie auch, dass die Lautsprecher 4 Ohm sind und mit den Anschlüssen SP+_1, SP-_1, SP+_2 und SP-_2 verbunden sind.

Einschränkungen und Tipps:

Der Sender hat eine Leistung von 100 mW, daher ist die Reichweite klein und hängt stark von Wänden, Antenne und Funkrauschen in der Gegend ab. Die Frequenzbandbreite beträgt 50 Hz bis 18 kHz, und das Signal-Rausch-Verhältnis liegt bei mindestens 30 dB. Dies ist ausreichend für Sprache und alltägliche Musik, aber nicht für Hifi-Hörer. Die Sendung im FM-Band ist reglementiert, daher informieren Sie sich über die lokalen Regeln und verwenden Sie den Aufbau auf kurze Entfernung auf einer freien Frequenz.

Der Empfänger bietet 3 W pro Kanal, nur auf 4-Ohm-Lautsprechern. Dafür verwendet er eine Stromquelle, die 1 A liefern kann und eine Li-ion-Zelle mit einer Spannung zwischen 3,0 und 4,2 V. Halten Sie den Sender und die Empfängerlautsprecher in Abstand, wenn Sie das Sender-Mikrofon verwenden, da der Ton aus dem Lautsprecher in das Mikrofon gelangt und Echo verursacht.

Der Aufbau kann erweitert werden. Der Sender akzeptiert auch Ton über den LINE-Eingang von einem Telefon, und das MIC-Mikrofon wandelt ihn in ein drahtloses Mikrofon um. Der Sender hat auch serielle TTL-Pins (TX, RX, GND) auf der Rückseite zur Steuerung von einem Mikrocontroller. Der Empfänger hat wiederum eine TTL-Schnittstelle (UART_RX, UART_TX, GND) mit 38400 Baud mit AT-Befehlen für Frequenz, Lautstärke und Squelch. Die Stufe ist TTL, daher wird von einem Computer ein USB-TTL-Adapter verwendet.