Fotofoon Groep 31

Wij, Anique Roubos, Budi Pronk en Thijs Hampsink, hebben een fotofoon gemaakt. Deze gebruikt intensiteitsverandering van een laser om geluidssignalen over te dragen zonder medium. Door een geluidssignaal op te nemen op een mobieltje of laptop, kan deze doorgestuurd worden via de laser en weer afgespeeld worden door de luidspreker.

Wij hebben dit project gemaakt voor het vak Design Engineering voor Fysici voor de bachelor technische natuurkunde op de TU Delft. De opdracht is om een opstelling te bouwen die een natuurkundig fenomeen demonstreert aan middelbare scholieren. Deze opstelling laat zien dat geluid uit golven bestaat en dat deze eigenschap toegepast kan worden door middel van elektrische circuits.

De volgende materialen zijn nodig:

• Actieve luidspreker 1x
• Rode punt laser klasse 2 1x
• LDR 1x
• Amplifier 2x
• 220 Ohm resistor 1x
• 1.5V batterij 4x
• Batterijhouder 2x 1.5V 2x
• 9V batterij 2x
• Batterijhouder 9V 2x
• Aux kabel 2x
• Schakelaar
• MDF 3mm dik, 300x450 mm
• Bout en moer 5cm 1x
• Bout en moer 2cm 1x
• Draadje 5-10cm 4x
• Slangklem 1cm diameter 1x
• Elastiek 1x
• Secondelijm
• Dubbelzijdige tape

Het volgende gereedschap is nodig:

• Soldeerbout
• Lasersnijder
• Schroevendraaier x-kop
• Kabelstripper
• Boor

De volgende vaardigheden zijn nodig:

• Solderen
• Lasersnijden

De totale kosten van de materialen is ongeveer 40 euro. Dit komt voornamelijk door de laser en de luidsprekers.

Omdat de laser goed gemikt moet kunnen worden, is een stevige en verstelbare houder nodig. Deze zal bestaan uit een houten kastje, zodat het circuit hierin geintegreerd kan worden. Voor nauwkeurigheid wordt een lasersnijder gebruikt, een (figuur)zaag kan gebruikt worden voor de ervaren houtbewerker.

De houder bestaat uit een bodem en deksel van 8x12cm, met twee wanden van 8x8 cm. De lange zijde blijft open. De structuur kan verstevigd worden met driehoeken. Daarna is een 2x1cm plaatje nodig die bovenop het kastje geplakt wordt waar de laser op staat. Hier moet een gat in geboord worden, zodat de slangklem hierop kan staan en vrij kan draaien. Dichtbij het blokje waar de laser op staat, moet een gat in de deksel van het kastje gemaakt worden. Op dit gat moet een moer gelijmd worden met secondelijm, zodat de 5cm bout hier doorheen gedraaid kan worden. De laser zal op deze bout rusten, zodat deze in hoogtte versteld kan worden. Daarnaast moet nog een gat in de deksel gemaakt worden van ongeveer 2cm diameter. Door dit gat zullen de kabels van de laser naar de rest van het circuit lopen.

Hieronder staat het template zoals wij dit hebben aangepakt door middel van lasersnijden.

De LDR heeft ook een houder nodig zodat de laser hier makkelijk op gericht kan worden. Ook op deze houder moet ruimte gelaten worden zodat het circuit hierop geïntegreerd kan worden. Deze zal dus bestaan uit een bodem van 8x10cm en een plaat van 8x10cm die hier loodrecht op staat door middel van driekhoeken. Op deze staande plaat moeten gaten gemaakt worden zodat hier de LDR regen geplakt kan worden.

Nu de houders gemaakt zijn, kan het circuit voor de laser gemaakt worden. Hiervoor wordt de laser in serie geschakeld met 2 1.5V batterijen. Dit wordt aangesloten op de output van de amplifier. De input van de amplifier is een aux kabel die aangesloten is op een apparaat. De amplifier gebruikt een 9V batterij als bronspanning. Er wordt een schakelaar aan de amplifier gemaakt door 2 draadjes aan de contactpinnen te solderen en door een schakelaar tussen deze draadjes te solderen.

Het circuit van de ontvanger bestaat uit een LDR die in serie geschakeld is met 2 1.5V batterijen en een 220 Ohm weerstand. Dit gebeurt door 2 kabeltjes aan de LDR te solderen. Let op! Eén van deze kabels mag aangesloten worden op de rest van het circuit, maar de andere mag not niet aangesloten worden. Een auxkabel wordt parallel geschakeld met deze weerstand. Alle verbindingen zijn soldeerbindingen. Deze auxkabel is de input voor een amplifier, waarvan de output naar de luidsprekers gaat. De amplifier heeft weer een 9V batterij nodig als bronspanning.

In de vierde en laatste stap worden de laser en de ontvanger geïntegreerd in de houders. Het circuit van de laser wordt in het kastje gestopt en de laser wordt door het gat in de deksel getrokken en geplaatst in de klem. De rest van het circuit wordt vastgeplakt door middel van dubbelzijdige tape. Een elastiek wordt over de laser heen getrokken zodat deze op de bout blijft liggen. Bovendien kan een dopje of iets dergelijks gebruikt worden op de bout zodat de laser hier recht op blijft liggen.

De LDR wordt met dubbelzijdige tape geplakt tussen de gaten in de houder. Wanneer deze hier geplaatst is, kan het circuit afgemaakt worden door de kabel die aan de LDR zit vast te solderen aan de rest van het circuit. Waarschuwing! Houdt bij het solderen de kabel zo ver mogelijk uit de buurt van de houten houder voor brandveiligheid. De rest van het circuit kan nu met dubbelzijdige tape vastgemaakt worden aan de hiervoor gemaakte ruimte op de houder. Zorg er hierbij voor dat de output op een toegankelijke plek zit.

Nu kunnen alle batterijen aangesloten worden en zal de fotofoon werken!

Om de fotofoon makkelijker te gebruiken kunnen eventueel langere en extra kabels gebruikt worden. Hierdoor Is het makkelijker om het systeem aan te sluiten.

Als je de fotofoon zodanig wil maken dat je geen mobieltje of computer nodig hebt om een signaal te maken, kun je een microfoon aansluiten in de amplifier. Het kan in dit geval zijn dat het signaal niet voldoende versterkt wordt. In dit geval kan er gebruik gemaakt worden van puls breedte modulatie. Ook is het mogelijk om een digitale microfoon te kopen die zichzelf al versterkt.

Met een groter budget kan eventueel een laser gebruikt worden met een hogere spanning. Dit zou een hoger spanningsverschil toelaten en een duidelijker signaal geven dat eventueel over een grotere afstand verstuurd kan worden.