Penerima komunikasi cahaya tampak

Saya seorang mahasiswa dan saya harus merancang proyek komunikasi cahaya yang terlihat. Persyaratannya adalah jarak 20 cm antara penerima dan pemancar, kecepatan data 20 kbps / dt dan harus bekerja di lingkungan yang sudah terang. Saya telah membuat skema dan meletakkannya di atas sebuah papan roti.

Ini bekerja dan saya mungkin bisa memenuhi persyaratan saya, tetapi hampir tidak. Saya mengendarai leds saya dengan gelombang persegi 20kHz dan Anda dapat melihat hasilnya di gambar. Osiloskop atas adalah 1V per divisi dan 50us per divisi (20 kHz) dan diambil ketika saya membalikkan led ke penerima. Yang lebih rendah adalah 0,3V per divisi dan 20 ms per devisi (50 Hz) dan diambil ketika led dimatikan sehingga Anda dapat melihat interferensi petir ruangan.

Jadi pertanyaan saya adalah:

1. Bagaimana saya bisa memfilter gangguan 50Hz lebih baik? Ini tidak menunjukkan terlalu banyak ketika saya mengirim dengan led, tetapi tanpa mereka saya memiliki banyak suara.
2. Haruskah saya memilih tutup yang lebih besar dan resistor yang lebih kecil untuk filter saya atau sebaliknya? Dan apa yang harus menjadi frekuensi penyaringan yang baik? Untuk saat ini saya hanya bermain-main dengan nilai-nilai komponen yang tersedia dan memilih frekuensi di atas 50 Hz.
3. Jika Anda memiliki saran desain, saya akan sangat berterima kasih. Saya seorang pemula di bidang elektronik jadi mungkin memiliki beberapa kekurangan.

Anda punya ide dasar yang tepat, tetapi saya akan mengubah beberapa hal. Ya, Anda ingin menyaring lulus sinyal yang diterima, tapi saya tidak suka kopling kapasitif detektor secara langsung.

Tahap pertama harus tentang penanganan detektor mentah secara optimal, dan memberikan sinyal tegangan impedansi rendah. Sedikit keuntungan akan berguna di sini, tapi itu bukan poin utama dari tahap pertama.

Pada dasarnya ada dua cara untuk menjalankan fotodioda, dalam mode kebocoran dan mode sel surya.

Dalam mode kebocoran, dioda bias terbalik, dan arus bocor sebanding dengan cahaya. Arus bocor ini cukup kecil, biasanya hanya beberapa μA. Arus akan sebagian besar tidak tergantung pada tegangan balik, sehingga setiap bias "beberapa volt" yang nyaman biasanya akan dilakukan. Dalam mode fotosel, Anda menjaga agar diode tetap pendek dan mengukur arus yang dihasilkannya. Either way, tahap pertama berakhir menjadi sebuah transimpedance amp (arus masuk, tegangan keluar).

Setelah itu Anda ingin pasangan AC (filter pass tinggi) dan mendapatkan sinyal mungkin dalam dua tahap. Pemfilteran high pass antara tahap-tahap akan menghilangkan noise 50 Hz, dan akan mencegah tegangan offset input naik seiring dengan sinyal yang diinginkan.

Anda ingin 20 kbits / s, jadi konten frekuensinya hingga sekitar 100 kHz. Ingat-ingat gain-bandwidth dari opamps dan jangan mencoba untuk mendapatkan terlalu banyak keuntungan dalam satu tahap. Misalnya, dengan gain-bandwidth 10 MHz (mudah ditemukan), misalkan 5x agar umpan balik berfungsi dengan baik, itu berarti maksimum 20x jika Anda menganggap frekuensi minat tertinggi Anda adalah 100 kHz. Dua tahap penguatan 20x memberi Anda 400x keseluruhan, yang mungkin cukup setelah beberapa keuntungan dari tahap pertama juga.

Skema penyandian Anda juga akan sangat penting dalam membuat ini berfungsi dengan baik. Anda ingin menggunakan penyandian yang menjamin semua konten di atas beberapa frekuensi minimum. Ini memungkinkan Anda untuk melakukan filter lulus tinggi secara agresif untuk menghilangkan frekuensi yang lebih rendah, terutama flicker cahaya 50 Hz dan setidaknya beberapa harmonik pertamanya. Anda dapat menggunakan sesuatu seperti kode manchester, atau 1/3 2/3 siklus tugas, dll. Dengan tiga kutub penyaringan lulus tinggi yang ditetapkan mungkin rolloff 5 kHz, 500 Hz (hingga harmonik kedipan cahaya ke-10) akan dilemahkan oleh 1000 Itu masih akan melewati pulsa 20-40 kHz dengan baik.

Setelah itu, Anda menerapkan teknik pemotongan data normal untuk mengubah sinyal pulsa analog menjadi kereta pulsa digital, lalu mendekodekan secara digital dari sana.

Saya akan mempertimbangkan penyaringan data yang diterima dengan sangat tinggi sehingga 50Hz tertinggal jauh. Saya sedang memikirkan sesuatu seperti filter yang secara virtual membedakan data seperti ini: -

Selanjutnya, buat sirkuit komparator ambang batas bawah dan atas dan picu flop jenis iklan pada transisi positif dan setel ulang tipe D pada transisi negatif. Hasilnya adalah data Anda pulih.

Saya bukan yang paling memenuhi syarat untuk menjawab pertanyaan ini, saya yakin orang lain akan datang nanti dengan informasi yang lebih baik. Dua pertanyaan pertama. Anda yakin semua itu 50Hz dari pencahayaan ruangan kan? Sudahkah Anda mencoba menutupi sensor cahaya dan memastikan semuanya masih ada? Hanya hal-hal aneh seperti itu yang dapat berasal dari persediaan Anda, atau tidak menghubungkan probe lingkup Anda dengan benar.

Dengan asumsi itu semua dari sensor Anda bagaimana dengan menambahkan filter takik 50Hz di sana?

Pikiran kedua adalah bahwa Anda mungkin di rumah menggunakan bola lampu pijar sebagai sumber sekitar Anda? Ketika Anda pergi ke sekolah untuk mempresentasikan, Anda mungkin akan memiliki lampu neon, yang setidaknya di AS menggandakan frekuensi 60Hz jika saya ingat dengan benar.

Jika Anda mengalami gangguan dari lampu kamar, saya sarankan menggunakan WARNA CAHAYA untuk komunikasi Anda, dan baik fotodioda yang sensitif terutama pada warna atau filter gel yang hanya melewati warna itu untuk membersihkannya.

Juga, lihat ketinggian bagian atas vs bagian bawah. Bagian atas jauh lebih besar, sehingga Anda dapat dipusingkan dengan pembagian tegangan di sisi negatif komparator output Anda untuk membersihkan segalanya. Saya tidak melihat persis apa itu VCC, tetapi cobalah mengganti resistor 100 Ohm dengan 2 kOhm - 5 kOhm (atau bahkan 2-4 10K secara paralel, jika Anda tidak memiliki resistor lain dalam kisaran yang tepat), dan lihat jika itu membantu. Bahkan, Anda mungkin mempertimbangkan mengganti resistor itu dengan sesuatu seperti trimpot 5K, dan memutarnya sampai Anda mendapatkan komunikasi yang baik dan tidak ada artefak cahaya ruangan.

Anda dapat memperoleh beberapa informasi dari sini: www.openvlc.org
Dan makalah ini dapat membantu Anda: "Platform Riset Sumber Terbuka untuk Jaringan Cahaya Terlihat Tertanam"