www.An500.narod.ru

Главная
 
Прямая оптическая связь
(на лазерных указках)
 
Описание интерфейса
COM-порта
Cхема
Принцип построения
Лазерная указка
Фотодиод
Корпус
Оптика
Софт
Как это заставить работать
Увеличение скорости


Сайт основан 20 июля 2003г.

Web-мастерам:
Если вы захотели что-то позаимствовать, то обязательно сообщите мне. По-моему, на мой сайт не стыдно сделать ссылку, я же со своей стороны обязуюсь уведомить вас об изменениях сайта, при наличии у меня вашего мэйла.

Примерно так выглядит конечный результат:

Приемник. Самая важная и более сложная часть.
Сначала для большей убедительности приведу немного теории.
Блок-схема построения приемника.

C фотоприемника сигнал, должен быть усилен, потом продифференцирован, и подан на тригерр Шмидта. Данная схема оптимизировалась на скорость 115 Кбит/c, по-этому максимальная частота информационной последовательности может быть 57.5 КГц. Следовательно усилитель и фотоприемник должны иметь соответствующую полосу. Более того все высшие частоты не несут ни какой информации, и их целесообразно, как можно сильнее ослабить, дабы уменьшить уровень шумов и помех. Усилитель должен представлять из себя фильтр, как можно более высшего порядка, заваливающий частотную характеристику начиная с 57Кгц. Дифференциатор должен представлять из себя фильтр высоких частот первого порядка (с наклоном 20 дБ/дек.), полоса пропускания этого фильтра должна начинаться все с той же частоты 57КГц, если она будет меньше тогда не будет дифференцирования, если будет больше то это только внесет лишнее ослабление в схему, и ухудшит частотный завал усилителя. Че написал ?! но вроде понятно :)). Ниже схемы приведены характеристики иллюстрирующие все это, кто захочет разбереться.
И так схема:

 

Используемые операционники имеют частоту еденичного усиления 3 МГц. Для получения фильтра на 57 КГц коэффиент усиления должен быть около 30. Результаты моделирования представлены на рисунках с Логарифмичискими Амплитудо-Частотными Характеристиками (ЛАЧХ). Три таких усилителя подряд дадут завал 60 дБ/дек. На DA1.1 и DA2.2 сделаны инвертирующие усилители, на DA2.1, не инвертирующий.

Дифференциатор выполнен на RC-цепочке C3,R6. Он может быть поставлен в любом месте усиливающей цепи (от перемены мест множителей результат не меняеться). Но лучше это сделать как можно раньше, поскольку при большом входном сигнале, в нелинейных режимах, дифференцирование не получиться, а усиливать, полученный сигнал потом можно и с нелинейным ограничением.

Результирующая ЛАЧХ получаеться сложением ЛАЧХ от трех усилителей и дифференциатора. Все параметры схемы были рассчитаны и подобраны так, что максимум оказался примерно на частоте 57КГц. Таже результирующая характеристика но уже в линейном, а не логарифмическом масштабе. Амплитудо Частотная Характерисика (АЧХ):

После того как входной (черный) сигнал пропустить через такую систему. Он примет следующий вид (красный), масштабы конечно же у них разные:

Получаем коэффициент усиления по напряжению чуть больше 20 000. Или кто любит децибелы 86 дБел. Можно конечно усилять и больше, но усиливаеться не только сигнал, но и помехи с шумами. И все должно быть ограничено на таком уровне, что бы при отсутвии сигнала на входе, помехи и шумы не могли переключить выходной триггер. В целом коэффициент усиления зависит от конкретного фотоприемника (фотодиода) и его уровня шумов. Устанавливаеться он подбором резистора R2 на который нагружен фотодиод. Вместе с R2 необходимо менять и R5 так что бы их соотношение оставалось около 30. И при этом нагруженый фотоприемник должен иметь полосу пропускания не меньше 57Кгц.

После этих аналоговых преобразований сигнал готов, поступить на выходной (инвертирующий) триггер Шмидта. Он реализован на DA2.2, и имеет характеристику в виде гистерезиса.

На выходе для работы на линию стоит транзистор, эмитерный повторитель, для усиления сигнала по току (мощности). Электролитические конденсаторы C4,C7,C8, вместе с резисторами R8,R16 образуют фильтры питающих цепей.

Описание примененного операционника можно скачать с сайта производителя www.ti.com. Или копию с моего сайта TL072.

Модулятор.

На транзисторе VT1 собран ограничитель тока 30 мА, с обратной связью по току. VT2 работает в ключчевом режиме. Указка припаиваеться на проводах и должна быть электрически изолирована от корпуса и крепления. На ее корпусе будет +12В и ее необходимо обмотать иззолентой.

Драйвер (усилитель) порта.

Эта схема понадобилась для преобразования RS-232 в более помехоустойчивый интерфейс пригодный для передачи по длинным проводам. Этот интерфейс образует передачу инфы от порта к модулятору, и от приемника к порту. Главным критерием было минимум компонентов для того что бы схему можно было засунуть в кожух порта. Сделаный интерфейс имеет на своем выходе эмитерный повторитель (в схеме драйвера VT1, в схеме приемника VT1) с защитным сопротивлением на выходе (драйвер R1, приемник R17), которое ограничивает ток в случае КЗ, и кроме того играет роль некоторого согласования с линией, о полном отсутвии отражения говорить конечно не приходиться, но часть отраженного сигнала наверняка гаситься. На входе интерфеса стоят шунтирующие сопротивления (драйвер R4, модулятор R1). Они так же выбраны 100 Ом для согласования, и самое главное все помехи представляющие из себя маломощный наводки гасяться на нем. Полученый интерфейс имеет урови "1" - 0В и "0" чуть больше 5В, тоже инверсный. В принципе этого не достаточно для RS-232, и для получени требуемых уровней хочеться поставить МАХ232 или чего нибудь в этом роде, но практика показал что реально COM порт работает с такими уровнями, и делать дополнительные преобразования не имеет смысла. На 100 Омных сопротивлениях в интерфейсной части выделяеться приличная мощность до (6^2)/100 = 0.36 Ват, т.е. МЛT-0.25 могут и непотянуть, и в случае дохлого исполнения могут сгореть, желательно поставить чего нубудь помощнее.

Светодиод VD1 ставиться для индикации работы лазера на излучение. Когда устройство закреплено где нибудь на крыше, это позволяет наблюдать наличие передачи. Ток через этот светодиод ограничиваеться R3. VD1 может быть любым дешевым светодиодом видимого излучения.

Подтягивающее сопротивление R2 нужно для того, что бы можно было легко включить лазер на постоянное излучение, простым выниманием разъема из порта компьютера. Данная опция удобна при наведении лазера.

Cхема соединения.
Все должно быть соединено в соответсвии с тем как подписано на принципиальных схемах. Питание береться или из компьютера или от внешнего блока питания. Устройство может потреблять до 150 мА (при простое на приеме и включенной указке). Но при работе эта величина запросто вписываеться в 100 мА. Главные потребители 30мА - указка и по 60 мА макс. проводный интерфейс. На рисунке соблюдена ориентация проводов относительно друг друга, если смотреть на платы со стороны элементов.

Платки
можно легко сделать, при помощи утюжно-лазерной технологии. Рисунок плат в формате .pdf скачать здесь, остаеться только распечатать, и перевести на текстолит. Все сделано для простоты изготовления, и удобства монтажа. Схема расположения элементов представлена на рисунке (вид со стороны элементов, если смотреть со стороны пайки будет инверсия!). Обратите внимание на плате имееться две перемычки (на рисунке синими цветом, рядом с операционниками).

Не забывайте приемник будет работать ТОЛЬКО В ЭКРАНЕ.

Полный перечень
компонентов для одного набора
(приемник, передатчик, плата разъема).

Лазерная указка

- 1 шт.

Фотодиод ФД-263

- 1 шт.

Сдвоенный операционник TL072(TL082)

- 2 шт.

Транзисторы КТ3102АМ

- 4 шт.

Разъем 9-pin с кожухом (мама)

- 1 шт.

Светодиод любой дешевый

- 1 шт.

Электролитические конденсаторы

220 мкФ

- 3 шт.

100 мкФ

- 1 шт.

Керамические конденсаторы

1 мкФ

- 4 шт.

1 нФ

- 1 шт.

Резисторы МЛТ-0,25

100 Ом

- 6 шт.

150 Ом

- 1 шт.

3,3 КОм

- 7 шт.

51 КОм

- 1 шт.

100 КОм

- 10 шт.

Как проверить правильность сборки, и обнаружить неисправности, написано в разделе "Как это заставить работать". Советую почитать перед началом сборки.

Надеюсь теперь я смог поставить точку в лазерной связи на 115Кбит .

Новую схему абсолютным идеалом тоже конечно назвать нельзя. Во-первых, желательно бы еще сделать гальваническую развязку от компьютера это не сложно, но это сделает схему более дорогой, и скорее всего схема драйвера не поместиться в стандартный кожух разъема 9-pin COM порта. Во-вторых оптимизировать схему по уровню шумов, но для этого надо провести не мало испытаний, и кроме того все равно вряд ли получиться найти этот оптимум, т.к. схема работает на улице от +50 (под солнцем и больше) до -40.

7 апреля 2004г.

Критики старой схемы я так и недождался, так что буду критиковать ее сам здесь .

 

©Вялков Андрей, 2003-2004

Rambler's Top100

Hosted by uCoz