ESP32复活百年AM收音机:用GPIO直出发射

ESP32复活百年AM收音机:用GPIO直出发射

ESP32硬件黑客复古设备射频

数据源:Hackaday + GitHub

当 BBC 宣布停止 198kHz 长波广播时,成千上万台古董真空管收音机面临着变成废木箱的命运。如果没有了大气层中的模拟电波,这些百年设备将永远保持沉默。伦敦的硬件开发者 Gareth Davies 选择不向时代妥协,他用一颗几块钱的 ESP32-S3 芯片,生生捏出了一个 AM 发射站。

一根 GPIO 针脚输出完整 AM 广播

这台设备的硬件结构被压缩到了反直觉的程度。ESP32-S3 芯片通过 Wi-Fi 抓取网络电台音频流,随后直接在普通 GPIO 针脚上输出 200kHz 的调幅(AM)长波载波。

没有外挂 DAC,也没有复杂的模拟射频调制电路。开发者通过反正弦表对占空比调制进行线性化处理,并在软件层面塞进了一个六阶低通滤波器、一个带填充控制的分数重采样器以及一个峰值限制器。用纯软件算法替代复杂的射频模拟电路,说明现代微控制器的算力溢出已经足以向下通吃老一代模拟协议。

ESP32 AM发射器主板实拍 图:仅由 ESP32 开发板和几根导线构成的发射器极简主板。来源:Hackaday

5 圈线圈直接充当物理天线

射频信号从 GPIO 针脚出来后,只串联了一个 220 欧姆的电阻,便直接接入了天线。而这个天线甚至不是标准电子元件。

在这个项目的 3D 打印机箱盖上,留有几个塑料支柱。开发者直接在这些支柱上绕了 5 圈导线,然后将另一端接地,机箱外壳的物理结构直接变成了电感线圈。把天线结构直接集成进机箱盖,意味着创客在系统设计时已经跨越了软硬件边界,把物理空间也算进了 BOM 成本里。

机壳内部的天线绕线结构 图:机箱盖支柱上缠绕的 5 圈导线构成了实际的发射天线。来源:GarethDaviesLondon (GitHub)

放弃输出滤波器换取架构极简

这个 200kHz 的载波实际上是一个方波,电路中没有任何输出滤波网络,它不可避免地会在 600kHz、1MHz 以及更高的中波频段产生奇次谐波辐射。同时,200kHz 属于需要授权的长波广播频段,而该设备显然没有执照。但它的发射功率极低,使用时直接贴在收音机旁边,依赖磁场电感耦合而非远距离电磁波辐射。放弃杂波过滤换取电路极简,说明在极低功率的近场通信中,实用主义的容错率远比合规的纸面参数重要。

单芯片跑起 2 套独立发射系统

在满足了基础的收音机唤醒功能后,这颗 ESP32-S3 的性能依然有富余。

一套主板上实际运行着两个完全独立的发射系统,它们共享网络连接,但能同时用不同的载波频率广播两个不同的网络电台。设备甚至自己跑了一个完整的 Web 服务器,供用户在手机浏览器里搜索电台目录、调节每路发射的调制深度、增益和自动增益控制(AGC)。用一颗廉价物联网芯片跑起带 AGC 和 Web UI 的双路基站,证明开源硬件生态已经把曾经需要一间机房的广播基础设施压缩到了指甲盖大小。

将 ESP32 植入老旧收音机意味着硬件黑客能让经典模拟设备在数字时代重生,因为这颗低成本国产芯片完美补足了 AM 频段退役后的网络串流需求。旧电波消失了,但在 5 圈线圈的磁场里,一百年前的真空管依然能亮起温和的红光。

参考链接:

  • Keep That Old Radio Alive With An ESP32
  • ESP32-S3 AM Transmitter (GitHub)