Передача сигнала связи в видимом свете

Ваше исследование указало на методы, используемые пультами дистанционного управления телевизорами, которые усовершенствовали передачу данных и сделали ее более надежной. Оптическая связь с видимым светодиодом мало чем отличается от инфракрасной оптической связи, повсеместно используемой всеми пультами дистанционного управления. Возможно, некоторые исследования этих превосходных чипов приемников с ИК-пультом будут потрачены с пользой. В этом примечании Vishay описывает внутреннее устройство более подробно: описание схемы дистанционного ИК-приемника
Жаль, что все микросхемы ИК-приемника оптически непрозрачны для видимого света (они принимают только инфракрасные длины волн длиннее примерно 750 нм). Этот оптический фильтр является единственной причиной , по которой эти чипы нельзя использовать с источником видимого красного светодиода.
Ваше предложение чередовать 30-35 кГц. модуляция также является разумным подходом. Фотодетектор, полосовой фильтр, ограничитель в детекторе PLL, таком как LM567 или 4046, могут обрабатывать принятый сигнал. При отсутствии сигнала вы, скорее всего, получите мусорные данные, поэтому подойдет протокол данных с контрольной суммой или пакетами CRC. Вот идея для оптического приемника "внешнего интерфейса", который мог бы питать демодулятор PLL...

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Если вы можете, выберите высокоэффективный КРАСНЫЙ светодиод (не зеленый), который имеет узкую ширину луча, например, 8 градусов или меньше, с прозрачной (не рассеивающей) пластиковой линзой. Вам придется довольно осторожно навести его на принимающий фотодетектор. Вы можете легко модулировать этот светодиод с частотой 30/35 кГц. прямоугольная волна от цифрового источника.
Кремниевые фототранзисторы обладают наибольшей эффективностью в инфракрасном диапазоне, но все же достаточно хорошо обнаруживают видимый КРАСНЫЙ свет, но не так много ЗЕЛЕНОГО света от вашего светодиода. Можно использовать стандартный фототранзистор с прозрачными линзами с настроенной нагрузкой, состоящей из настроенной LC-схемы (настроенной на 33 кГц). Большой резистор смещения (3,3 МОм) помогает улучшить отклик по переменному току на частоте 33 кГц. Окружающий свет комнаты также обеспечивает дополнительное смещение. Нагруженная добротность полосы пропускания LC для вашего приложения должна быть меньше десяти.

Я рассматриваю возможность модулировать светодиод на двух заданных частотах, скажем, 30 кГц и 35 кГц, где и подключить фотодиод к полосовому фильтру, рассчитанному на 35 кГц, чтобы выход фильтра был логической единицей, когда мой светодиод модулируется на 35 кГц и логическая 0, когда его мод на 30 кГц

Вы можете сэкономить энергию, просто выключив светодиод для передачи 0, вместо того, чтобы передавать сигнал и отбрасывать его на приемник.

Или вы можете улучшить эффективный SNR, если используете приемник, который может обнаруживать как 30, так и 35 кГц, но различать их.

Если вам удастся правильно модулировать и демодулировать сигнал, у вас не должно возникнуть особых проблем. Инфракрасные пары светодиод-фотодиод помогают уменьшить помехи, особенно если вы выбрали их таким образом, чтобы один излучал с максимальной чувствительностью другого. Кроме того, если вы используете какой-либо усилитель для сигнала фотодиода, обязательно стабилизируйте систему, так как они имеют тенденцию к колебаниям, если они не реализованы тщательно (особенно на все более высоких частотах, когда усиление начинает падать).

Альтернативный подход к этой проблеме заключается в считывании аналоговых данных и выполнении обработки в цифровой области.

Использование такого метода, как кросс-корреляция, вероятно, будет работать хорошо, это может быть немного излишним для этого приложения, но должно быть достаточно надежным. Типичным способом применения этого было бы вычитание результата двух взаимных корреляций и использование одного цикла двух частот в качестве окон для двух взаимных корреляций. (это также может быть легко расширено для распознавания большего количества частот или шаблонов для более сложного кодирования)

Модуляция, о которой вы говорите, - это двоичная частотная манипуляция . Я думаю, что это что-то похожее на то, что делает датчик TSOP . Но работает в ИК. И я, честно говоря, чувствую, что это излишество для VLC.

Если вам действительно нужна «видимая» световая связь, вам просто нужен достаточно хороший фотодетектор. Я использовал несколько фотодиодов, которые достаточно хорошо работают даже на скорости 9600 бод (в качестве модулятора/демодулятора я использовал UART). Используемая схема приемника представляла собой трансимпедансный усилитель для получения формы сигнала напряжения от тока фотодиода, за которым следовал компаратор. Вам понадобится только достаточно яркий светодиод, чтобы увеличить диапазон. Мне пришлось установить порог компаратора вручную, но вы могли реализовать автоматическую регулировку усиления, чтобы решить эту проблему.

Один очень простой метод фильтрации — покрыть датчик тонированным пластиком (если вы используете красные светодиоды, покройте датчик зеленым и синим фильтрами). Вы эффективно полосно фильтруете световой сигнал. На схеме, если вы работаете со скоростью передачи данных 10 кГц, должно быть достаточно пассивного RC-фильтра верхних частот для блокировки шума 50 Гц/60 Гц. Потому что, если подумать, окружающий свет исходит либо от солнца/источника постоянного тока, такого как фонарик, то есть постоянного тока, либо от источника света с питанием от сети, то есть с волной 50 Гц/60 Гц. Фильтр верхних частот должен убрать шум.

Когда я проектировал и строил подобную систему (ну, простое пульсирование ("0-1-0...и т. д.") передатчика, не более того) во времена, когда по земле бродили динозавры, я нашел кусок матового черного цвета диаметром 25 мм. пластиковая труба, возможно, длиной 50–75 мм, с передающими и принимающими устройствами на дальних концах этих коротких трубок, решила все проблемы, которые у меня были с электроникой, улавливающей паразитные входные данные от дневного или искусственного освещения.

Прежде чем редактор прыгнет, чтобы удалить это, я полагаю, что это воплощение ответа электроники, потому что одним «ударом» мои кусочки пластиковой трубы в достаточной степени отфильтровали все нежелательные источники электромагнитных помех. Идеальное решение. Просто не направляйте приемник на окно или осветительные приборы.

Короткий кусок трубы в моем случае также определял степень свободы в общем электронном дизайне. И разве вся электроника не приспособлена специально для среды, в которой она будет использоваться? Кусок трубы определяет электронику - здесь все в норме...

Почему я использовал защитный экран на передатчике? Исключительно из-за специфических требований этой конкретной установки. Во многих других обстоятельствах я бы не стал заморачиваться с экраном трубы передатчика.