Kommunikationsempfänger für sichtbares Licht

Ich bin Student und muss ein Kommunikationsprojekt für sichtbares Licht entwerfen. Die Anforderungen sind 20 cm Abstand zwischen Empfänger und Sender, 20 kbps / s Datenrate und es muss in einer bereits hellen Umgebung funktionieren. Ich habe einen Schaltplan erstellt und ihn auf einem Brotbrett aufgestellt.

Es funktioniert und ich könnte wahrscheinlich meine Anforderungen erfüllen, aber kaum. Ich fahre meine LEDs mit einer 20-kHz-Rechteckwelle und Sie können das Ergebnis auf dem Bild sehen. Die oberen Oszillogramme sind 1 V pro Teilung und 50 us pro Teilung (20 kHz) und werden aufgenommen, wenn ich die LEDs in Richtung Empfänger drehe. Die unteren Werte betragen 0,3 V pro Teilung und 20 ms pro Gerät (50 Hz) und werden beim Ausschalten der LEDs verwendet, damit Sie die Blitzeinwirkung im Raum sehen können.

Meine Fragen sind also:

1. Wie könnte ich die 50-Hz-Interferenz besser filtern? Es zeigt nicht zu viel, wenn ich mit den LEDs sende, aber ohne sie habe ich viel Rauschen.
2. Sollte ich größere Kappen und kleinere Widerstände für meine Filter wählen oder umgekehrt? Und was sollte eine gute Filterfrequenz sein? Im Moment habe ich nur mit verfügbaren Komponentenwerten herumgespielt und eine Frequenz weit über 50 Hz gewählt.
3. Wenn Sie einen Design-Rat haben, bin ich Ihnen sehr dankbar. Ich bin ein Anfänger in der Elektronik, habe also wahrscheinlich einige Mängel.

Sie haben die richtige Grundidee, aber ich würde ein paar Dinge ändern. Ja, Sie möchten das empfangene Signal hochpassfiltern, aber ich mag es nicht, den Detektor kapazitiv direkt zu koppeln.

In der ersten Phase sollte der Rohdetektor optimal gehandhabt und ein niederohmiges Spannungssignal ausgegeben werden. Ein kleiner Gewinn wird hier nützlich sein, aber das ist nicht der Hauptpunkt der ersten Stufe.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, eine Fotodiode im Leckagemodus und im Solarzellenmodus zu betreiben.

Im Leckagemodus ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und der Leckstrom ist proportional zum Licht. Dieser Leckstrom ist recht gering, normalerweise nur wenige µA. Der Strom ist weitgehend unabhängig von der Sperrspannung, so dass normalerweise jede geeignete "ein paar Volt" der Sperrvorspannung ausreicht. Im Fotozellenmodus halten Sie die Diode kurzgeschlossen und messen den von ihr erzeugten Strom. In jedem Fall ist die erste Stufe ein Transimpedanzverstärker (Stromeingang, Spannungsausgang).

Danach möchten Sie das Wechselstromkoppeln (Hochpassfilter) und das Signal in wahrscheinlich zwei Stufen verstärken. Die Hochpassfilterung zwischen den Stufen verliert das 50-Hz-Rauschen und verhindert, dass die Eingangsoffsetspannung zusammen mit dem gewünschten Signal ansteigt.

Sie möchten 20 kbit / s, also Frequenzinhalte bis ca. 100 kHz. Beachten Sie die Verstärkungsbandbreite der Operationsverstärker und versuchen Sie nicht, in einer Phase zu viel Verstärkung zu erzielen. Bei einer Verstärkungsbandbreite von 10 MHz (leicht zu finden), dh beispielsweise 5x, damit das Feedback ordnungsgemäß funktioniert, bedeutet dies maximal 20x, wenn Sie Ihre höchste interessierende Frequenz als 100 kHz betrachten. Zwei 20-fache Verstärkungsstufen ergeben insgesamt 400-fache, was wahrscheinlich auch nach einer gewissen Verstärkung aus der ersten Stufe ausreicht.

Ihr Kodierungsschema ist auch entscheidend dafür, dass dies gut funktioniert. Sie möchten eine Codierung verwenden, die garantiert, dass alle Inhalte über einer Mindestfrequenz liegen. Auf diese Weise können Sie aggressiv Hochpassfilter verwenden, um niedrigere Frequenzen zu eliminieren, insbesondere das 50-Hz-Lichtflimmern und zumindest die ersten Harmonischen. Sie könnten so etwas wie Manchester-Code oder 1/3 2/3 Tastverhältnis usw. verwenden. Wenn drei Pole Hochpassfilterung auf einen Rolloff von 5 kHz eingestellt sind, werden 500 Hz (bis zur 10. Harmonischen des Lichtflimmerns) um 1000 gedämpft Das wird immer noch einen 20-40 kHz Impuls schön passieren.

Danach wenden Sie normale Techniken des Daten-Slicing an, um das analoge Impulssignal in eine digitale Impulsfolge umzuwandeln und von dort aus digital zu decodieren.

Ich würde eine starke Hochpassfilterung der empfangenen Daten in Betracht ziehen, damit 50 Hz weit zurückbleiben. Ich denke so etwas wie ein Filter, der die Daten virtuell wie folgt unterscheidet:

Erstellen Sie als Nächstes eine Komparatorschaltung für den unteren und oberen Schwellenwert und lösen Sie ein Flip-Flop vom Ad-Typ für den positiven Übergang aus und setzen Sie den D-Typ für den negativen Übergang zurück. Das Ergebnis ist, dass Ihre Daten wiederhergestellt werden.

Ich bin nicht der Qualifizierteste, um diese Frage zu beantworten. Ich bin sicher, dass andere später bessere Informationen erhalten werden. Erste zwei Fragen. Sie sind sicher, dass all diese 50 Hz von der Raumbeleuchtung stammen, oder? Haben Sie versucht, den Lichtsensor abzudecken und sicherzustellen, dass alles noch vorhanden ist? Nur so merkwürdige Dinge können aus Ihrem Vorrat stammen oder Ihre Zielfernrohrsonden nicht richtig erden.

Angenommen, alles stammt von Ihrem Sensor. Wie wäre es dann mit einem 50-Hz-Sperrfilter?

Der zweite Gedanke ist, dass Sie wahrscheinlich zu Hause sind und Glühbirnen als Umgebungsquelle verwenden? Wenn Sie zur Schule gehen, um zu präsentieren, werden Sie wahrscheinlich fluoreszierende Lichter haben, die zumindest in den USA doppelt so hoch sind wie die 60-Hz-Frequenz, wenn ich mich richtig erinnere.

Wenn Sie Störungen durch die Raumbeleuchtung haben, empfehle ich, für Ihre Kommunikation ein FARBIGES LICHT und entweder eine Fotodiode zu verwenden, die hauptsächlich für diese Farbe empfindlich ist, oder einen Gelfilter, der nur diese Farbe durchlässt, um dies zu beseitigen.

Schauen Sie sich auch die Höhe von oben nach unten an. Die Oberseite ist viel größer, so dass Sie mit der Spannungsteilung auf der negativen Seite Ihres Ausgangskomparators herumspielen können, um die Dinge zu bereinigen. Ich sehe nicht genau, was VCC ist, aber versuchen Sie, den 100-Ohm-Widerstand durch einen 2 kOhm - 5 kOhm (oder sogar 2-4 10 K parallel, wenn Sie keine anderen Widerstände im richtigen Bereich haben) zu ersetzen, und sehen Sie wenn das hilft. In der Tat könnten Sie in Betracht ziehen, diesen Widerstand durch einen 5K-Trimpot zu ersetzen und ihn zu drehen, bis Sie einen guten Durchgang Ihrer Kommunikation und keines der Raumlichtartefakte erhalten.

Informationen erhalten Sie hier: www.openvlc.org
Und dieses Dokument kann Ihnen helfen: "Eine Open-Source-Forschungsplattform für eingebettete Netzwerke mit sichtbarem Licht"