Приемник видимого света

Я студент, и мне нужно разработать проект связи в видимом свете. Требованиями являются расстояние в 20 см между приемником и передатчиком, скорость передачи данных 20 кбит / с, и она должна работать в уже освещенной среде. Я сделал схему и установил ее на хлебной доске.

Это работает, и я, вероятно, мог выполнить свои требования, но едва. Я вожу свои светодиоды с помощью прямоугольной волны 20 кГц, и вы можете увидеть результат на картинке. Верхние осциллограммы - 1 В на деление и 50 мкс на деление (20 кГц), и они принимаются, когда я поворачиваю светодиоды в сторону приемника. Нижние значения - 0,3 В на деление и 20 мс на деление (50 Гц). Они принимаются, когда светодиоды выключены, чтобы вы могли видеть помехи в помещении.

Итак, мои вопросы:

1. Как можно лучше отфильтровать помехи 50 Гц? Когда я передаю со светодиодами, он не показывает слишком много, но без них у меня много шума.
2. Должен ли я выбрать большие колпачки и меньшие резисторы для своих фильтров или наоборот? А какая должна быть хорошая частота фильтрации? Сейчас я просто поигрался с доступными значениями компонентов и выбрал частоту значительно выше 50 Гц.
3. Если у вас есть какие-либо советы по дизайну, я буду очень благодарен. Я новичок в электронике, поэтому, вероятно, есть некоторые недостатки.

У вас есть правильная основная идея, но я бы изменил несколько вещей. Да, вы хотите фильтровать верхние частоты принимаемого сигнала, но я не люблю емкостную связь с детектором напрямую.

Первым этапом должно быть оптимальное обращение с необработанным детектором и выдача сигнала с низким импедансным напряжением. Здесь будет полезен небольшой выигрыш, но это не главное на первом этапе.

Есть в основном два способа запустить фотодиод, в режиме утечки и в режиме солнечного элемента.

В режиме утечки диод имеет обратное смещение, а ток утечки пропорционален свету. Этот ток утечки довольно мал, обычно всего несколько мкА. Ток будет в значительной степени не зависеть от обратного напряжения, поэтому обычно подходит любое удобное «несколько вольт» обратного смещения. В режиме фотоэлемента вы удерживаете диод замкнутым и измеряете ток, который он производит. В любом случае, первая ступень заканчивается трансимпедансным усилителем (вход тока, выход напряжения).

После этого вы хотите соединить переменный ток (фильтр верхних частот) и получить сигнал, вероятно, в два этапа. Фильтрация верхних частот между каскадами приведет к потере шума 50 Гц и предотвратит увеличение входного напряжения смещения вместе с требуемым сигналом.

Вы хотите 20 кбит / с, так что частота контента примерно до 100 кГц. Помните о пропускной способности усилителей и не пытайтесь получить слишком много усиления на одном этапе. Например, с шириной полосы усиления 10 МГц (которую легко найти), скажем, для правильной работы обратной связи, скажем, в 5 раз, то есть максимум в 20 раз, если вы считаете, что ваша самая высокая интересующая частота равна 100 кГц. Две ступени усиления в 20 раз дают вам в общей сложности 400х, что, вероятно, достаточно и после некоторого усиления на первой ступени.

Ваша схема кодирования также будет иметь решающее значение для обеспечения этой работы хорошо. Вы хотите использовать кодировку, которая гарантирует, что весь контент выше некоторой минимальной частоты. Это позволяет использовать агрессивный фильтр верхних частот для устранения более низких частот, в частности, мерцания света 50 Гц и, по крайней мере, его первых нескольких гармоник. Вы можете использовать что-то вроде манчестерского кода или 1/3 2/3 рабочего цикла и т. Д. С тремя полюсами высокочастотной фильтрации, настроенной на спад 5 кГц, 500 Гц (до 10-й гармоники светового мерцания) будут ослаблены на 1000 Это все равно будет хорошо передавать импульсы 20-40 кГц.

После этого вы применяете обычные методы среза данных, чтобы превратить аналоговый импульсный сигнал в цифровую последовательность импульсов, а затем декодировать их оттуда в цифровом виде.

Я бы посоветовал отфильтровать принятые данные с высокой частотой, чтобы 50 Гц остались далеко позади. Я думаю, что-то вроде фильтра, который фактически дифференцирует данные, как это:

Затем создайте схему сравнения нижнего и верхнего пороговых значений и активируйте триггер типа объявления на положительном переходе и сбросьте тип D на отрицательном переходе. В результате ваши данные будут восстановлены.

Я не самый квалифицированный, чтобы ответить на этот вопрос, я уверен, что другие придут позже с лучшей информацией. Первые два вопроса. Вы уверены, что все эти 50 Гц от освещения комнаты, верно? Вы пытались закрыть датчик света и убедиться, что он все еще там? Просто любопытные вещи, подобные этому, могут прийти из вашего запаса, или не правильно заземлить ваши пробники.

Предполагая, что это все от вашего датчика, как насчет добавления там 50-Гц режекторного фильтра?

Вторая мысль, что вы, вероятно, дома используете лампы накаливания в качестве внешнего источника? Когда вы идете в школу, чтобы представить, у вас, вероятно, будут люминесцентные лампы, которые, по крайней мере в США, в два раза больше частоты 60 Гц, если я правильно помню.

Если у вас есть помехи от комнатного освещения, я предлагаю использовать ЦВЕТНЫЙ СВЕТ для вашего общения и либо фотодиод, чувствительный в основном к этому цвету, либо гель-фильтр, который пропускает только этот цвет, чтобы очистить его.

Кроме того, взгляните на высоту верхней части против нижней. Верх намного больше, так что вы можете возиться с делением напряжения на отрицательной стороне выходного компаратора, чтобы очистить вещи. Я не вижу точно, что такое VCC, но попробуйте заменить резистор 100 Ом на 2 кОм - 5 кОм (или даже на 2-4 10 кОм параллельно, если у вас нет других резисторов в нужном диапазоне), и посмотрите если это поможет На самом деле, вы можете подумать о замене этого резистора чем-то вроде триммера 5К и поворачивать его до тех пор, пока не получите хороший проход через коммуникацию и ни один из артефактов освещения помещения.

Вы можете получить некоторую информацию здесь: www.openvlc.org.
Этот документ может вам помочь: «Исследовательская платформа с открытым исходным кодом для встраиваемых сетей видимого света»