Собираем свой AM-передатчик кода Морзе
Это проект по сборке простого маломощного AM-передатчика кода Морзе, позволяющего передавать сообщения, которые можно будет принимать на любом транзисторном радиоприемнике в средневолновом диапазоне. Этого диапазона вполне достаточно для передачи между комнатами в доме, и при этом нет риска пересечься с каналом радиовещания.
Передатчик можно использовать для ручной отправки сообщений, вводя их при помощи кнопки или ключа Морзе. Вторая кнопка автоматически отправляет предопределенное сообщение, что может пригодиться для отработки навыка понимания кода.
Введение
Сын моего друга недавно заинтересовался кодом Морзе, что подтолкнуло меня собрать это устройство в подспорье его изучению и экспериментированию с отправкой сообщений.
Возможности у передатчика получились следующие:
- Он позволяет телеграфировать код Морзе вручную, используя нажимную кнопку. При этом можно отслеживать его на светодиодном дисплее или слышать через пьезодинамик.
- Если подключить к нему метровый кабель в качестве антенны, он сможет передавать код находящемуся неподалеку транзисторному АМ-радиоприемнику, позволяя двум людям обмениваться секретными, находясь в разных комнатах одного дома.
- Он также способен воспроизводить или передавать предопределенное сообщение, что можно использовать для лучшего понимания кода Морзе и наработки скорости его ввода.
Код Морзе уже не актуален для удаленной связи, но навык его использования может пригодиться для случаев, когда технологические решения окажутся недоступны. К примеру, используя этот код, вы можете просигнализировать с помощью факела или кусочка зеркала, находясь на вершине горы, где сотовая связь недоступна.
Код Морзе
В кодировке Морзе используется последовательность коротких и длинных сигналов, кодирующих буквы от A до Z, цифры от 0 до 9 и несколько знаков препинания. Таким образом сообщения могут посредством звука или света передаваться между двух людей, которые этот код знают. Чтобы придерживаться максимально коротких сообщений для самых распространенных букв английского алфавита определена краткая кодировка. Для редких же букв, наоборот:
Последовательности азбуки Морзе для букв и цифр
| Элемент | Продолжительность |
| Точка | 1 единица |
| Тире | 3 единицы |
| Пробел между точками или тире | 1 единица |
| Пробел между символами | 3 единицы |
| Пробел между словами | 7 единиц |
Опытным путем я понял, что проще всего заучить буквы с помощью визуализации приведенной ниже схемы, где каждая левая ветвь представляет точку, а каждая правая тире:
Схематичное представление последовательностей кода Морзе для букв от A до Z
Передача кода Морзе
Традиционно код Морзе передается при помощи техники, известной как «незатухающая волна», или CW. Точки и тире отправляются посредством подачи импульсов несущей частоты. На стандартном AM-передатчике присутствие несущей частоты можно обнаружить только путем настройки на эту частоту с последующей регистрацией провалов в фоновом шуме. Чтобы сделать код Морзе более отчетливым, радиолюбители встраивают в приемники генератор биений (BFO) с частотой близкой к несущей, в результате чего при ее присутствии возникает слышимый сигнал.
Поскольку домашние транзисторные AM-радиоприемники не имеют генератора биений, данный простой передатчик Морзе модулирует несущую частоту так, чтобы она генерировала слышимый тон. Вот образец графика такой амплитудно-модулированной несущей частоты 1 :
Схема
А вот схема самого передатчика:
Я взял ATtiny85, но программа также вполне подойдет и для ATtiny45 или ATtiny25.
Антенна должна представлять собой кабель до одного метра в длину. Один конец подключаем к PB1 , второй оставляем неподключенным. Кабель при этом вывешивается примерно вертикально.
Если передавать код на радиоприемник вы не планируете, то антенну можно не делать, а обойтись просто пьезодинамиком 2 .
Использование АМ-передатчика
Для ручной генерации кода нажмите кнопку Keyer. Если у вас есть профессиональный ключ Морзе, то можете подключить его параллельно с этой кнопкой. Я использовал NanoKey от Phoenix Kits 3 .
Для генерации предопределенного в программе сообщения нажмите Auto. Чтобы прервать сообщение и вернуться в ручной режим, нажмите Keyer.
Можете заменить это сообщение любым желаемым, лишь бы оно вмещалось в память. Хранится оно в программной памяти ATtiny85, значит всего вам доступно около 7000 символов.
Программа
Выполнение всего тайминга и генерацию сигналов программа реализует через два таймера/счетчика ATtiny85 и сторожевой таймер, которые настраиваются в setup() следующим образом:
Таймер/Счетчик1
На ATtiny85 вы можете тактировать Таймер/Счетчик1 из системы ФАПЧ, которая из внутренних 8МГц генерирует 32МГц. Эта величина в OCR1C делится на 28, генерируя сигнал, используемый для активации вывода на антенну, PB1 :
Эта частота находится в средневолновом диапазоне АМ, который простирается от 530кГц до 1600кГц, значит для получения кода Морзе приемник нужно просто настроить на эту частоту.
Точность тактов процессора ATtiny85 колеблется на ±10%, поэтому по факту несущая частота может оказаться несколько смещенной относительно указанной, и вам придется подстроить радио, пока в эфире не раздадутся гудки. Приведенная далее таблица показывает номинальные частоты, которые получатся для заданных значений OCR1C :
| OCR1C | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
| Частота | 696кГц | 667кГц | 640кГц | 615кГц | 593кГц | 571кГц | 552кГц | 533кГц |
Выбирайте такую, которая соответствует свободному сегменту диапазона без транслирующих станций.
Таймер/Счетчик0
Таймер/Счетчик0 используется для генерации слышимой частоты в районе 644Гц 4 :
Таймер/Счетчик0 активирует вывод PB0 для управления пьезодинамиком. Помимо этого, он служит для генерации прерываний. Процедура обработки прерываний включает/отключает тактирование Таймера/Счетчика1. Это ведет к появлению/исчезновению несущей частоты, что в качестве простой формы амплитудной модуляции делает точки и тире слышимыми на радиоприемнике в виде гудков:
В периоды тишины передается чистая несущая частота.
Сторожевой таймер
При автоматической генерации кода Морзе программа использует сторожевой таймер, генерируя прерывание 32Гц, которое служит для отсчета продолжительности точек, тире и интервалов:
Обработчик прерываний просто инкрементирует глобальный счетчик тиков, Ticks :
Прерывание автоматически восстанавливает сторожевой таймер, приводя к сбросу перед очередным прерыванием. Чтобы избежать этого, обработчик устанавливает бит прерывания до его следующего срабатывания:
Сторожевой таймер используется процедурой Wait() , которая ожидает заданное число тиков:
Обратите внимание, что на время считывания переменной Ticks прерывания отключены, чтобы исключить ее возможное обновление ими.
Общая скорость определяется константой Dot , которая указывает длительность точки в 1/32-х долях секунды. Изначально Dot установлена на 6, определяя скорость около 5 слов в минуту (WPM). Такая скорость достаточно невелика, чтобы можно было записывать буквы после их считывания. К тому же, именно такое ее значение использовалось на квалификационном экзамене радиолюбителей 5 . Для увеличения скорости уменьшите значение переменной Dot .
Генерация гудка
Процедура Beep() активирует/отключает генерацию гудка:
Если параметр истинен, светодиод загорается и активируется тактирование Таймера/Счетчика0.
Если параметр ложен, светодиод тухнет и тактирование Таймера/Счетчика0 прекращается. Процедура также активирует тактирование Таймера/Счетчика1, потому что обработчик прерываний Таймера/Счетчика0 может оставить его отключенным.
Автоматическая генерация кода Морзе
Нажатие кнопки Auto приводит к генерации кода для строки Message[] :
Директива PROGMEM сохраняет сообщение во флэш памяти.
Кодирование букв от A до Z, цифр от 0 до 9 и выбор знаков препинания в программе реализуется с помощью таблицы соответствий Chars[] , где представлены коды для точек и тире:
Каждый восьмибитный код состоит из 0 -й для точки и 1 -ц для тире, которые сопровождаются завершающей 1 , указывающей конец последовательности. Оставшиеся биты заполняются нулями.
Процедура Letter() получает символ ASCII, преобразует его в верный индекс из таблицы соответствий Chars[] , после чего через вызов DotDash() выводит результат в виде последовательности точек и тире :
DotDash() добавляет пробел продолжительностью в одну единицу времени после каждой точки или тире. Letter() при определении разрыва между символами и словами этот пробел учитывает.
Основная программа
Основная программа циклически проверяет нажатие любой из кнопок:
Кнопка Keyer при отжатии отправляет гудок. Кнопка Auto передает предопределенное сообщение. При этом также можно нажать Keyer, чтобы прервать отправку сообщения и вернуться к ручному вводу.
Компиляция программы
Для компиляции используйте ATTiny Core от Spence Konde 6 . Во вкладке ATtinyCore выберите опцию ATtiny25/45/85 (No bootloader), ведущую в меню Board. Убедитесь, что опции выставлены как указано ниже (прочие игнорируйте):
Chip: «ATtiny85»
Clock: «8 MHz (internal)»
Выберите Burn Bootloader для установки фьюз-битов в соответствии с этим вариантом частоты. Затем загрузите программу, используя ISP (внутрисхемное программирование). Я использовал программатор Tiny AVR от Sparkfun. Подробнее о нем можете почитать в статье ATtiny-Based Beginner’s Kit.
Листинг программы
Вся программа для AM-передатчика кода Морзе лежит здесь: AM Morse-Code Transmitter Program.
Радиопередатчики
Схема двухкаскадного FM (ЧМ) передатчика на 88-108 МГц (BF199, BFR91) 
На рисунке показана схема двухкаскадного FM-передатчика, работающего на частоте в диапазоне 88-108 МГц. Этот диапазон выбран потому что он есть практически в любой бытовой радиоприемной аппаратуре. Задающий генератор выполнен на транзисторе VT1. Напряжение смещения на его базе создается .
Маломощный ЧМ передатчик на 144 МГц (КР140УД608, КТ368) 
Передатчик предназначен для работы узкополосной частотной модуляцией на частоте 144 МГц (или около того, зависит от частоты кварца и индуктивности L2). Выходная мощность 100 мВт. Кварцевый резонатор Q1 определяет частоту генерации задающего генератора на транзисторе VT1, который работает .
Схема радиопередатчика FM диапазона 88-108 МГц, питание 12В (КТ3102, КТ610) 
С помощью этого передатчика можно организовать местное радиовещание в пределах очень небольшой зоны уверенного приема. Например, в условиях турбазы, кемпинга, детского спортивно-оздоровительного лагеря, в условиях другого предприятия активного отдыха, расположенного в лесном или другом природном .
Маломощный УКВ ЧМ радиопередатчик 87,5-108МГц, схема и печатная плата 
В некоторых случаях может быть нужно устройство, позволяющее передать аудиосигнал на расстоянии в несколько десятков метров Проще всего (и дешевле) это сделать, если приобрести самый простой миниатюрный УКВ-ЧМ радиовещательный приемник и сделать к нему микромощный передатчик, работающий .
ЧМ радиопередатчик диапазона 144MHz на микросхемах CD4002, 74HC04 
Микросхемы серии 74HC и 74LVC относятся к быстродействующей КМОП-логике. В них сочетаются такие преимущества высокоскоростной ТТЛ логики, как высокое быстродействие, относительно большие выходные токи, и преимущества КПОМ-логики, — низкий ток потребления в статическом режиме, высокое входное .
Цифровой магнитофон для любительского радиопередатчика (ISD1820) 
Устройство включается между электретным микрофоном и микрофонным входом передатчика. В устройство можно записать речевое сообщение длительностью до 10 секунд, а потом это сообщение будет периодически повторяться. В основе устройства готовый «Модуль для записи звука», собранный на основе .
Усилитель мощности на 20 Вт для КВ диапазона (IRF520) 
Самодельный КВ усилитель ВЧ выполнен на полевом транзисторе IRF520 и обеспечивает выходную мощность 20 Вт. Усиливаемый сигнал поступает через резистивную матрицу R1-R3 на трансформатор T1. Далее, на затвор VT1. При помощи резисторов R4-R6 на затворе устанавливается постоянное напряжение смещения .
ЧМ (FM) радиопередатчик для передачи данных, генератор с кварцем (27МГц) 
Создавая охранную или телеметрическую систему далеко не всегда имеется возможность все телекоммуникационные проблемы решить с помощью проводной связи. Некоторые объекты, которые должны передавать данные на центральный пульт или обмениваться данными могут находиться на подвижных объектах или в месте .
Маломощный радиопередатчик на диапазон средних волн (BC546) 
Сейчас почти все радиовещание переехало на УКВ или FM диапазон. Местное вещание на средних и длинных волнах во многих регионах РФ уже почти полностью отсутствует, а из AM-диапазонов остается интересным только КВ и то благодаря своей дальности приема. Поэтому аппаратура, рассчитанная на прием .
Простой СВ радиопередатчик с кварцевой стабилизацией частоты 
В советское время было произведено очень много радиовещательных приемников на AM-диапазоны, в том числе и на средние волны. Но вещание с СВ и ДВ сейчас сворачивается, и эта аппаратура остается ненужной. «Оживить» старый «антикварный» радиоприемник можно двумя способами .
Десять схем простейших радиопередатчиков
Радиопередающие устройства (рис. 13.1 — 13.5) могут быть получены путем простого объединения усилителя (или генератора) низкой частоты (УНЧ, ГНЧ) и генератора высокой частоты (ГВЧ).
Блок-схема передатчика с амплитудной модуляцией (AM), которую используют преимущественно в диапазонах длинных, средних и коротких волн, приведена на рис. 13.1. Выходной сигнал звуковой частоты, вырабатываемый УНЧ или ГНЧ, выделяется на сопротивлении нагрузки Rh, которое включено в цепь питания . Поскольку напряжение питания генератора ВЧ изменяется пропорционально сигналу звуковой частоты, амплитуда высокочастотного сигнала модулируется. В качестве ГВЧ может быть использован генератор, показанный на рис. 13.6. Точки А, В, С, D на схеме генератора соответствуют точкам его подключения на блок-схемах (рис. 13.1 — 13.5).
Один из способов получения амплитудной модуляции сигнала с использованием низкочастотного дросселя или обмотки выходного низкочастотного трансформатора показан на рис. 13.2. Использование индуктивностей, сопротивление которых переменному току возрастает с ростом частоты, позволяет увеличить глубину модуляции. Кроме того, повышается амплитуда высших частот звукового диапазона, что заметно повышает разборчивость сигнала при приеме.
При частотной модуляции (ЧМ), используемой обычно в диапазоне ультракоротких волн, осуществляется изменение частоты высокочастотного сигнала. Для получения частотно-мо-дулированного сигнала могут быть использованы схемы, представленные на рис. 13.3 и 13.4. В схеме передатчика (рис. 13.3) частотная модуляция высокочастотного сигнала происходит путем подачи сигнала звуковой частоты через конденсатор относительно небольшой емкости на базу или эмиттер транзистора ГВЧ. При этом изменяются межэлектродные емкости активного элемента (транзистора), и, следовательно, модулируется резонансная частота колебательного контура, определяющая частоту генерации. Строго говоря, при таком виде подачи модулирующего напряжения одновременно осуществляется и неглубокая амплитудная модуляция, поскольку напряжение на базе (или эмиттере) также изменяется пропорционально модулирующему сигналу.
Частотную модуляцию «в чистом виде» можно получить, используя свойство варикапа, либо его аналога, изменять свою емкость от величины приложенного напряжения (рис. 13.4). В этой схеме включение/выключение модуляции осуществляется переключателем SA1. Потенциометр RA предназначен для проверки частотных границ перестройки генератора.
Амплитудную модуляцию высокочастотного сигнала можно получить, если включить ГВЧ вместо сопротивления нагрузки УНЧ (ГНЧ) (рис. 13.5). Конденсатор С предназначен для заземления по высокой частоте цепи питания ГВЧ.
Помимо амплитудной и частотной модуляции сигнала для передачи данных, организации радиосвязи, довольно часто используют однополосную, реже фазовую и другие виды модуляции.
На рис. 13.7 — 13.16 приведены практические схемы микро-передающихустройств, работающих в УКВ-ЧМдиапазоне (66. 74 или 88. 108 МГц). Мощность этих передатчиков невелика (от долей до единиц мВт), поэтому их излучение не мешает радио- и телевизионному приему. Расстояние, на котором можно обнаружить сигналы таких устройств (рис. 13.7 — 13.16), обычно не превышает нескольких метров. Заметим, что мощность гетеродинов — генераторов высокой частоты, используемых в любом радиоприемнике или телевизоре, зачастую превышает единицы мВт.
В конструкциях по рис. 13.7 — 13.10 и 13.12 использованы электретные микрофоны типа МКЭ-333 либо МКЭ-332, а также МКЭ-3, которые содержат встроенный предусилитель на полевом транзисторе. Вместо электретного микрофона может быть использован электромагнитный телефонный капсюль, подключаемый между точкой А и общим проводом (рис. 13.7, 13.9, 13.10 и 13.12) или шиной питания (рис. 13.8). В этом случае резистор R1 не обязателен. При замене микрофона амплитуда сигнала может снизиться, поэтому для увеличения усиления по НЧ желательно использовать составной транзистор, либо применять более чувствительный УНЧ (см. главы 4 и 5). В большинстве случаев (рис. 13.7 — 13.10 и 13.12) электретный микрофон можно заменить миниатюрным угольным (с подбором резистора R1).
Схема радиомикрофона конструкции Д. Волонцевича показана на рис. 13.7 [Рл 10/99-40]. При напряжении питания 3 В устройство потребляет ток 7 мА. Катушки индуктивности намотаны на оправке диаметром 6 мм проводом /73/7-0,5. L1 имеет 6 витков, a L2 — 4 витка. В качестве антенны использован отрезок монтажного провода длиной 70 см.
УКВ-радиомикрофон А. Иванова, как две капли воды напоминает предыдущую конструкцию (рис. 13.7) [Рл 10/99-40]. Отличие заключается в том, что схема (рис. 13.8) как бы «перевернута» вверх ногами. Такое непривычное расположение рядом почти аналогичных схем позволяет приучить взгляд на «опознание» подобных друг другу конструкций. Схемы рис. 13.7 и 13.8 различаются в «электрическом» отношении способом подачи модулирующего напряжения: в первом случае оно подается на базу транзистора генератора; во втором — на эмиттер. Катушка индуктивности содержит 7 витков провода ПЭВ 0,7. 0,8 мм и имеет внутренний диаметр 5 мм. Потребляемый устройством ток составляет 15. 20 мА.
На рис. 13.9 дана схема радиомикрофона диапазона 66. 74 МГц, в базовую цепь смещения которого в качестве управляемого резистора включен электретный микрофон [Рл 2/97-13]. Антенной является отрезок гибкого многожильного провода длиной 20. 40 см. Потребляемый устройством ток около 1 мА.
Каскодное включение транзисторов использовано в схеме на рис. 13.10 [Рл 2/97-13]. При этом для сигналов низкой частоты нагрузкой транзистора VT2 является ВЧ генератор, выполненный на транзисторе VT1. В свою очередь, ток высокой частоты в эмит-терной цепи транзистора VT1 модулируется сигналом с каскада усиления низкочастотных сигналов, снимаемых с микрофона.
На рис. 13.11 приведена схема микропередатчика УКВ-ЧМ диапазона конструкции В. Иванова [Р 10/96-19]. Передатчик способен транслировать сигнал, снимаемый с УНЧ электропроигрывателя, магнитофона и других устройств. Амплитуда НЧ сигнала на входе в пределах 10. 500 мВ. Катушка И без каркаса, имеет внутренний диаметр 4 мм и содержит 15 витков провода ПЭВ 0,5. Катушка L2 намотана поверх резистора R3 (МЛТ-0,5) и содержит 50. 100 витков тонкого изолированного провода.
На рис. 13.12 и 13.14 приведены практические схемы микропередатчиков на аналоге лямбда-диода. В качестве управляемого элемента использован прямосмещенный переход полупроводникового диода (светодиода). Частотная модуляция осуществляется за счет изменения его динамического сопротивления. Для высокочастотной составляющей емкостное сопротивление светодиода много ниже его омического сопротивления. Одновременно с выполнением функции управления частотой генерации, светодиод индицирует включенное состояние устройства и стабилизирует его рабочую точку.
Для осуществления частотной модуляции в схеме (рис. 13.14) использован самодельный конденсаторный микрофон. Он выполнен в виде развернутого конденсатора с двумя плоскими неподвижными электродами, параллельно которым закреплена мембрана (тонкая фольга, металлизированная диэлектрическая пленка и т.п.), электрически изолированная от неподвижных электродов. Микрофон может быть собран в рамке фотослайда; его емкость составляет несколько пикофарад.
Для сравнения на рис. 13.13 приведена схема наипростейшего микропередающего устройства, выполненного на туннельном диоде со стабилизатором рабочей точки на германиевом диоде VD1 [Рл 9/91-22, 10/97-17]. Конструкция микрофона, аналогичная описанной выше, может быть использована в схеме на рис. 13.15. Параметры катушек индуктивности (колебательных контуров) могут быть перенесены с одной конструкции на другую.
В схемах (рис. 13.9, 13.10, 13.13, 13.15) для УКВ диапазона (66. 74 МГц) использованы бескаркасные катушки индуктивности, имеющие внутренний диаметр 4 мм и содержащие 5. 6 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм. Шаг намотки 1,5 мм. Рабочая частота генерации устанавливается сближением/раз-движением витков катушки, подбором числа и диаметра ее витков, а также емкости конденсатора колебательного контура. Корпус электретного микрофона соединен с общим проводом. Прием высокочастотных сигналов возможен на портативный ЧМ-приемник.
Для создания видеопередатчика (беспроводной передачи видеосигнала с видеомагнитофона на телевизор) может быть использована схема Г. Романа [Рл 3/99-8]. Колебательный контур L1C2 (рис. 13.16) настраивают на частоту одного из свободных от телевизионного вещания каналов.
Как сделать радиопередатчик всего из 2 компонентов
Это очень простая схема радиопередатчика отлично подойдет начинающим радиолюбителя для познания радиоволнового мира.
Сердцем передатчика служит по сити всего один элемент — кварцевый генератор на частоту 10 МГц. Его можно найти в платах старых сотовых телефонов, других различных радиоэлектронных приборах или просто заказать на АлиЭкспресс.
Данная микросхема содержит в себе не только кварцевый резонатор, но и генератор к нему. В итоге при подключении питания, микросхема выдает готовый сигнал.
Понадобится
- Аудио штеккер с проводами.
- Колодка питания с батарей 9 В.
- Резистор 100 Ом.
- Эмалированная проволока 0,5 мм.
- Кварцевый генератор 10 МГц — http://alii.pub/61ppr8
Схема
Думаю, что проще схемы передатчика просто не найти. Работает устройство от источника постоянного тока 9 В. В нашем случае, от батарейки типа «Крона». На вход подается сигнал от МП3 плеера. Спиральная антенна содержит 10 витков на каркасе 5 мм.
Как сделать наипростейший передатчик своими руками
Закрепляем кварцевый генератор в «третье руке». Заслуживаем вывода. Припаиваем к нему резистор с предварительно обрезанными и залуженными выводами. Далее припаиваем вывод от колодки питания.
Берем сверло 5 мм и на нем наматываем проволоку 10 витком.
Далее снимаем и растягиваем, получилась спиральная антенна. Припаиваем ее к выводу 4 кварцевого генератора.
Далее берем штеккер с проводами.
И припаиваем правда согласно схемы к антенне и резистору.
Проверка радиопередатчика
Берем радиоприемник, устанавливаем переключатель диапазонов в положение приема коротких волн. В район 10 МГц перемещаем поисковой бегунок.
Подключаем батарею к колодке. Штекер подключаем к источнику звука — мп3 плееру.
На приемнике ловим сигнал в районе 10 Мгц. Все отлично работает: в динамике приемника слышен чистый звук. Дальность приема порядка 5-20 метров.
Данный передатчик отлично послужит для ознакомления начинающих с радиоэлектроникой.