Odbiornik komunikacji światła widzialnego

Jestem studentem i muszę zaprojektować projekt komunikacji w świetle widzialnym. Wymagania to 20 cm odległość między odbiornikiem a nadajnikiem, szybkość transmisji danych 20 kb / s i musi on działać w i tak lekkim otoczeniu. Zrobiłem schemat i ustawiłem go na desce do chleba.

Działa i prawdopodobnie mógłbym spełnić moje wymagania, ale ledwo. Prowadzę diody LED falą kwadratową o częstotliwości 20 kHz, a wynik widać na zdjęciu. Górne oscylogramy wynoszą 1 V na działkę i 50us na działkę (20 kHz) i są robione, gdy obracam diody w kierunku odbiornika. Niższe wynoszą 0,3 V na podział i 20 ms na odchylenie (50 Hz) i są pobierane, gdy diody LED są wyłączone, dzięki czemu widać zakłócenia odgromowe w pomieszczeniu.

Więc moje pytania to:

1. Jak mogę lepiej filtrować zakłócenia 50 Hz? Nie transmituje zbyt wiele, gdy nadaję za pomocą diod LED, ale bez nich mam dużo hałasu.
2. Czy powinienem wybierać większe nakładki i mniejsze rezystory dla swoich filtrów, czy na odwrót? A jaka powinna być dobra częstotliwość filtrowania? Na razie po prostu bawiłem się dostępnymi wartościami komponentów i wybrałem częstotliwość znacznie powyżej 50 Hz.
3. Jeśli masz jakieś porady projektowe, będę bardzo wdzięczny. Jestem początkującym w elektronice, więc prawdopodobnie mam pewne wady.

Masz dobry podstawowy pomysł, ale zmienię kilka rzeczy. Tak, chcesz filtrować górnoprzepustowy odbierany sygnał, ale nie lubię bezpośrednio podłączać pojemnościowo czujki.

Pierwszym etapem powinno być optymalne obchodzenie się z detektorem typu raw i dostarczenie sygnału napięcia o niskiej impedancji. Przyda się trochę zysku, ale to nie jest główny punkt pierwszego etapu.

Istnieją zasadniczo dwa sposoby uruchomienia fotodiody, w trybie upływu i w trybie ogniwa słonecznego.

W trybie upływu dioda jest skierowana w kierunku przeciwnym, a prąd upływu jest proporcjonalny do światła. Ten prąd upływowy jest dość mały, zwykle zaledwie kilka µA. Prąd będzie w dużej mierze niezależny od napięcia wstecznego, więc zwykle wystarcza dowolna wygodna „kilka woltów” na odwrócenie napięcia. W trybie fotokomórki utrzymujesz zwarcie diody i mierzysz wytwarzany prąd. Tak czy inaczej, pierwszy stopień jest wzmacniaczem transimpedancyjnym (prąd wejściowy, napięcie wyjściowe).

Następnie chcesz połączyć AC (filtr górnoprzepustowy) i wzmocnić sygnał prawdopodobnie w dwóch etapach. Filtrowanie górnoprzepustowe między stopniami spowoduje utratę szumu 50 Hz i zapobiegnie wzrostowi napięcia przesunięcia wejściowego wraz z pożądanym sygnałem.

Potrzebujesz 20 kbitów / s, więc zawartość częstotliwości do około 100 kHz. Pamiętaj o przepustowości wzmacniaczy operacyjnych i nie próbuj uzyskiwać zbyt dużego wzmocnienia na żadnym etapie. Na przykład, przy szerokości pasma wzmocnienia 10 MHz (łatwe do znalezienia), powiedzmy, że 5x dla prawidłowego działania sprzężenia zwrotnego, oznacza to maksymalnie 20x, jeśli uważasz, że najwyższą interesującą Cię częstotliwością jest 100 kHz. Dwa stopnie wzmocnienia 20x dają w sumie 400x, co prawdopodobnie wystarczy po pewnym wzmocnieniu z pierwszego etapu.

Twój schemat kodowania będzie również miał kluczowe znaczenie dla poprawnego działania. Chcesz użyć kodowania, które gwarantuje, że cała zawartość jest powyżej pewnej minimalnej częstotliwości. Pozwala to na agresywnie filtr górnoprzepustowy, aby wyeliminować niższe częstotliwości, szczególnie migotanie światła 50 Hz i przynajmniej kilka pierwszych harmonicznych. Możesz użyć czegoś takiego jak kod Manchester lub cykl pracy 1/3 2/3 itd. Przy trzech biegunach filtrowania górnoprzepustowego ustawionych na może 5 kHz rolloff, 500 Hz (do 10 harmonicznej migotania światła) zostanie osłabione o 1000 Nadal ładnie będzie pulsował impuls 20–40 kHz.

Następnie stosujesz normalne techniki segmentowania danych, aby przekształcić sygnał impulsów analogowych w cyfrowy ciąg impulsów, a następnie dekodować stamtąd cyfrowo.

Zastanowiłbym się nad filtrowaniem odbieranych danych z silnym filtrem górnoprzepustowym, aby 50Hz pozostawało daleko w tyle. Myślę o filtrze, który praktycznie różnicuje dane w ten sposób:

Następnie utwórz obwód komparatora dolnej i górnej wartości progowej i uruchom przerzutnik typu reklamy na tranzystorze dodatnim i zresetuj typ D na przejściu ujemnym. W rezultacie Twoje dane zostaną odzyskane.

Nie jestem najlepiej przygotowany do odpowiedzi na to pytanie, jestem pewien, że inni przyjdą później z lepszymi informacjami. Pierwsze dwa pytania. Jesteś pewien, że wszystkie te 50 Hz pochodzi z oświetlenia pomieszczenia, prawda? Czy próbowałeś zakryć czujnik światła i upewnić się, że nadal tam jest? Po prostu ciekawe rzeczy tego typu mogą pochodzić z twojego zasobu lub nie uziemiają poprawnie sond lunety.

Zakładając, że wszystko pochodzi od czujnika, co powiesz na dodanie filtra wycinającego 50 Hz?

Druga myśl jest taka, że ​​prawdopodobnie jesteś w domu i używasz żarówek jako źródła światła zewnętrznego? Kiedy idziesz do szkoły, aby zaprezentować się, prawdopodobnie będziesz mieć lampy fluorescencyjne, które przynajmniej w Stanach Zjednoczonych są dwukrotnie wyższe niż częstotliwość 60 Hz, jeśli dobrze pamiętam.

Jeśli masz zakłócenia ze strony lamp pokojowych, sugeruję użycie do komunikacji KOLOROWANEGO ŚWIATŁA i fotodiodę wrażliwą na ten kolor lub filtr żelowy, który przepuszcza tylko ten kolor, aby to wyczyścić.

Spójrz także na wysokość góry względem dołu. Szczyt jest znacznie większy, więc możesz zadzierać z podziałem napięcia po ujemnej stronie komparatora wyjściowego, aby wyczyścić rzeczy. Nie wiem dokładnie, co to jest VCC, ale spróbuj zastąpić rezystor 100 Ohm 2 kOhm - 5 kOhm (lub nawet 2-4 10 K równolegle, jeśli nie masz innych rezystorów w odpowiednim zakresie), i zobacz jeśli to pomoże. W rzeczywistości możesz rozważyć zastąpienie tego rezystora czymś w rodzaju trimpota 5K i obracaj go, aż uzyskasz dobrą komunikację i żaden artefakt światła w pomieszczeniu.

Możesz uzyskać informacje tutaj: www.openvlc.org
A ten artykuł może ci pomóc: „Platforma badawcza typu open-source dla sieci osadzonego światła widzialnego”