Видимий світловий приймач зв'язку

Я студент, і мені потрібно розробити проект з комунікацій із видимим світлом. Вимоги - 20 см відстані між приймачем і передавачем, швидкість передачі даних 20 кбіт / с, і вона повинна працювати у вже легкому середовищі. Я зробив схему і встановив її на дошці хліба.

Це працює, і я, певно, міг би виконати свої вимоги, але ледве. Я веду свої світлодіоди квадратною хвилею 20 кГц, і ви можете побачити результат на малюнку. Верхні осцилограми становлять 1 В на поділ і 50 Вт на поділ (20 кГц) і приймаються, коли я повертаю світлодіоди до приймача. Нижні - 0,3 В на поділ і 20 мс на поділ (50 Гц) і приймаються при вимкнених світлодіодах, щоб ви могли бачити перешкоди блискавки в кімнаті.

Отже, мої запитання:

1. Як я міг краще фільтрувати перешкоди 50 Гц? Це не надто багато показує, коли я передаю світлодіоди, але без них у мене багато шуму.
2. Чи варто вибрати більші кришки та менші резистори для моїх фільтрів чи навпаки? І якою має бути хороша частота фільтрації? Наразі я просто розігрувався з наявними значеннями компонентів і вибрав частоту набагато вище 50 Гц.
3. Якщо у вас є поради щодо дизайну, я буду дуже вдячний. Я початківець в галузі електроніки, тому, напевно, є деякі недоліки.

Ви маєте правильну основну ідею, але я змінив би кілька речей. Так, ви хочете високочастотний фільтр отриманого сигналу, але мені не подобається, щоб ємнісно зв’язувати детектор безпосередньо.

Перший етап повинен полягати в оптимальному поводженні з детектором сировини та подачі сигналу напруги низького опору. Тут буде корисним невеликий приріст, але це не головний момент першого етапу.

В основному існує два способи запускати фотодіод, в режимі витоку і в режимі сонячних батарей.

У режимі витоку діод є зворотним зміщенням, а струм витоку пропорційний світлу. Цей струм витоку досить малий, як правило, всього кілька мкА. Струм буде значною мірою незалежним від зворотного напруги, тому зазвичай зручні будь-які зручні "кілька вольт" pf зворотного зміщення. У режимі фотоелементів ви тримаєте діод укороченим і вимірюєте струм, який він виробляє. Так чи інакше, перша стадія закінчується перехідним підсилювачем (струм в, напруга на виході).

Після цього ви хочете, щоб пара змінного струму (фільтр високих частот) і підсилювала сигнал, ймовірно, в два етапи. Високочастотна фільтрація між ступенями втрачає шум 50 Гц і запобігає посиленню вхідної напруги разом з потрібним сигналом.

Вам потрібно 20 кбіт / с, тому частотний вміст досягає приблизно 100 кГц. Майте на увазі пропускну спроможність операційних підсилювачів і не намагайтеся отримати занадто великий приріст на будь-якому етапі. Наприклад, пропускна здатність посилення 10 МГц (легко знайти), скажімо, 5 разів, щоб зворотний зв'язок працював належним чином, це означає максимум 20 разів, якщо ви вважаєте, що ваша найвища частота інтересів становить 100 кГц. Два етапи посилення в 20 разів дають вам загальний 400x, що, ймовірно, достатньо і після певного виграшу на першому етапі.

Ваша схема кодування також буде вирішальною для цього. Ви хочете використовувати кодування, яке гарантує весь вміст вище деякої мінімальної частоти. Це дозволяє вам агресивно високочастотний фільтр для усунення нижчих частот, зокрема, мерехтіння 50 Гц і принаймні кілька перших гармонік. Ви можете використовувати щось на кшталт манчестерського коду чи 1/3 2/3 робочого циклу тощо. З трьома полюсами високочастотної фільтрації, встановленою на 5 кГц, просто 500 Гц (до 10-ї гармоніки мерехтіння світла) буде ослаблено на 1000 Це все одно добре передасть імпульси 20-40 кГц.

Після цього ви застосовуєте звичайні методи нарізання даних, щоб перетворити сигнал аналогових імпульсів у цифровий імпульсний потяг, а потім розшифрувати звідти цифровим шляхом.

Я б подумав про сильно прохідну фільтрацію отриманих даних, щоб 50 Гц залишився позаду. Я думаю про щось на кшталт фільтра, який практично диференціює ці дані:

Далі, складіть ланцюг порівняння нижнього та верхнього порогових знаків та запустіть фліп-флоп типу позитивного транзиту та скиньте тип D на негативний перехід. Результатом є відновлення ваших даних.

Я не найбільш кваліфікований, щоб відповісти на це питання, я впевнений, що інші приїдуть згодом з кращою інформацією. Перші два питання. Ви впевнені, що все, що 50 ГГц відбувається від освітлення приміщення, правда? Ви намагалися прикрити датчик світла і переконатися, що він все ще є? Просто цікаві речі, які можуть надходити від вашої пропозиції, або неправильно заземляти свої зонди.

Якщо припустити, що це все від вашого датчика, що робити з додаванням 50 Гц фільтра для висічки?

Друга думка полягає в тому, що ви, напевно, вдома використовуєте лампи розжарювання як джерело навколишнього середовища? Коли ви підете в школу на презентацію, у вас, ймовірно, з’являться світловідбиваючі світильники, які, принаймні, в США, подвоюють частоту 60 Гц, якщо я правильно пам’ятаю.

Якщо у вас є перешкоди від світлих кімнат, я пропоную використовувати для спілкування КОЛОРОВУ СВІТЛУ, або фотодіод, чутливий до головного цього кольору, або гелевий фільтр, який передає цей колір лише для очищення.

Також погляньте на висоту верху та знизу. Верх набагато більший, тому ви можете зіпсуватись з розподілом напруги на негативній стороні вашого вихідного компаратора, щоб очистити речі. Я не бачу точно, що таке VCC, але спробуйте замінити резистор 100 Ом 2 кОм - 5 кОм (або навіть 2-4 10 К паралельно, якщо у вас немає інших резисторів у потрібному діапазоні), і див. якщо це допомагає. Насправді, ви можете подумати про те, щоб замінити резистор чимось на кшталт 5К трімпота, і повернути його, поки ви не отримаєте хороший прохід через ваше спілкування і жоден артефакт світлого приміщення.

Ви можете отримати інформацію звідси: www.openvlc.org
І цей документ може допомогти вам: "Дослідницька платформа з відкритим кодом для вбудованих мереж видимого світла"