ตัวรับสัญญาณแสงที่มองเห็นได้

ฉันเป็นนักเรียนและฉันต้องออกแบบโครงงานการสื่อสารทางแสงที่มองเห็นได้ ข้อกำหนดคือระยะห่างระหว่างตัวรับและตัวส่ง 20 ซม. อัตราข้อมูล 20 kbps / s และจะต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีแสงอยู่แล้ว ฉันทำแผนผังและวางมันลงบนกระดานขนมปัง

มันใช้งานได้และฉันอาจจะตอบสนองความต้องการของฉัน แต่แทบจะไม่ ฉันกำลังขับไฟ led ด้วยคลื่นสี่เหลี่ยม 20kHz และคุณสามารถเห็นผลลัพธ์ในภาพ ออสซิลโลแกรมด้านบนคือ 1V ต่อการหารและ 50us ต่อการหาร (20 kHz) และถ่ายเมื่อฉันหมุนไฟ LED ไปยังเครื่องรับ อันล่างคือ 0.3V ต่อส่วนและ 20 ms ต่อส่วน (50 Hz) และถูกถ่ายเมื่อไฟ led ถูกปิดเพื่อให้คุณสามารถเห็นสัญญาณรบกวนจากฟ้าผ่าในห้อง

ดังนั้นคำถามของฉันคือ:

1. ฉันจะกรองสัญญาณรบกวน 50Hz ได้ดีขึ้นอย่างไร มันไม่ได้แสดงมากเกินไปเมื่อฉันส่งสัญญาณด้วยไฟ led แต่ถ้าไม่มีพวกเขาฉันก็มีเสียงดังมาก
2. ฉันควรเลือกตัวพิมพ์ใหญ่และตัวต้านทานขนาดเล็กสำหรับตัวกรองของฉันหรือวิธีอื่น ๆ หรือไม่? และความถี่ในการกรองที่ดีควรเป็นเท่าไหร่? ตอนนี้ฉันเพิ่งเล่นกับค่าองค์ประกอบที่มีอยู่และเลือกความถี่ที่สูงกว่า 50 Hz
3. หากคุณมีคำแนะนำการออกแบบใด ๆ ฉันจะขอบคุณมาก ฉันเป็นผู้เริ่มต้นที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังนั้นอาจมีข้อบกพร่องบางอย่าง

คุณมีความคิดพื้นฐานที่ถูกต้อง แต่ฉันจะเปลี่ยนบางสิ่ง ใช่คุณต้องการกรองสัญญาณสูงที่ได้รับ แต่ฉันไม่ชอบการเชื่อมต่อเครื่องตรวจจับความจุโดยตรง

ขั้นตอนแรกควรเกี่ยวกับการจัดการเครื่องตรวจจับวัตถุดิบอย่างเหมาะสมและให้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าความต้านทานต่ำ กำไรเล็กน้อยจะมีประโยชน์ที่นี่ แต่นั่นไม่ใช่ประเด็นหลักของด่านแรก

โดยทั่วไปมีสองวิธีในการเรียกใช้โฟโตไดโอดในโหมดการรั่วไหลและในโหมดเซลล์แสงอาทิตย์

ในโหมดการรั่วไหลไดโอดจะกลับลำเอียงและกระแสการรั่วไหลเป็นสัดส่วนกับแสง กระแสรั่วไหลนี้มีขนาดค่อนข้างเล็กมักจะมีเพียงไม่กี่ µA กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่จะเป็นอิสระจากแรงดันย้อนกลับดังนั้นความสะดวกสบายใด ๆ "ไม่กี่โวลต์" อคติย้อนกลับ pf มักจะทำ ในโหมดตาแมวคุณจะไดโอด shorted และวัดปัจจุบันมันผลิต ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดระยะแรกจบลงด้วยการเป็นแอมป์ทรานส์เพนแดนซ์

หลังจากนั้นคุณต้องการ AC couple (high pass filter) และรับสัญญาณในสองขั้นตอน การกรองความถี่สูงผ่านระหว่างแต่ละขั้นตอนจะสูญเสียเสียง 50 Hz และจะป้องกันไม่ให้แรงดันออฟเซ็ตอินพุตรับเพิ่มขึ้นพร้อมกับสัญญาณที่ต้องการ

คุณต้องการ 20 kbits / s ดังนั้นความถี่เนื้อหาสูงถึงประมาณ 100 kHz เก็บแบนด์วิดท์ของเกนส์ไว้ในใจและอย่าพยายามทำกำไรให้มากเกินไปในช่วงใดช่วงหนึ่ง ตัวอย่างเช่นด้วยแบนด์วิดท์อัตราขยาย 10 MHz (หาง่าย) ปล่อยให้พูดได้ 5 เท่าเพื่อให้คำติชมทำงานได้อย่างถูกต้องนั่นหมายถึงสูงสุด 20x หากคุณพิจารณาว่าความถี่สูงสุดที่คุณสนใจอยู่ที่ 100 kHz สองขั้นตอนรับ 20x ให้คุณโดยรวม 400x ซึ่งน่าจะเพียงพอหลังจากที่ได้รับจากด่านแรกด้วย

รูปแบบการเข้ารหัสของคุณจะมีความสำคัญในการทำให้งานนี้เป็นไปด้วยดี คุณต้องการใช้การเข้ารหัสที่รับประกันว่าเนื้อหาทั้งหมดอยู่เหนือความถี่ขั้นต่ำ สิ่งนี้จะช่วยให้คุณผ่านตัวกรองความถี่สูงเพื่อลดความถี่ต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงกะพริบ 50 Hz และอย่างน้อยก็เป็นฮาร์โมนิกส์แรก คุณสามารถใช้บางอย่างเช่นรหัสแมนเชสเตอร์หรือ 1/3 รอบหน้าที่ 2/3 เป็นต้นด้วยการกรอง High pass สามชุดที่อาจตั้งค่าไว้ที่ 5 kHz rolloff 500 Hz (สูงสุด 10 ฮาร์โมนิกของการสั่นไหวของแสง) จะถูกลดทอน 1,000 นั่นจะยังคงผ่านพัลส์ 20-40 kHz อย่างดี

หลังจากนั้นคุณใช้เทคนิคปกติของการแบ่งส่วนข้อมูลเพื่อเปลี่ยนสัญญาณพัลส์แบบอะนาล็อกให้เป็นรถไฟชีพจรแบบดิจิทัลจากนั้นถอดรหัสแบบดิจิทัลจากที่นั่น

ฉันจะพิจารณากรองข้อมูลที่ได้รับอย่างหนักเพื่อให้ 50Hz เหลือทาง ฉันกำลังคิดบางอย่างเช่นตัวกรองที่แยกความแตกต่างของข้อมูลเช่นนี้: -

ถัดไปสร้างวงจรตัวเปรียบเทียบเกณฑ์ที่ต่ำกว่าและสูงกว่าและเรียกโฆษณาฟลิปฟล็อปพลิกการบวกและการรีเซ็ตประเภท D บนการเปลี่ยนแปลงเชิงลบ ผลลัพธ์คือข้อมูลของคุณถูกกู้คืน

ฉันไม่ได้มีคุณสมบัติเหมาะสมที่สุดที่จะตอบคำถามนี้ฉันแน่ใจว่าคนอื่นจะมาในภายหลังด้วยข้อมูลที่ดีกว่า คำถามสองข้อแรก คุณแน่ใจหรือว่า 50Hz นั้นมาจากแสงสว่างของห้องใช่ไหม คุณได้ลองครอบคลุมเซ็นเซอร์แสงและตรวจสอบให้แน่ใจว่ามันยังคงอยู่หรือไม่ เพียงแค่สิ่งที่อยากรู้อยากเห็นเช่นที่อาจมาจากการจัดหาของคุณหรือไม่ตรวจสอบขอบเขตของคุณอย่างถูกต้อง

สมมติว่ามันมาจากเซ็นเซอร์ของคุณแล้วการเพิ่มตัวกรองรอย 50Hz ในนั้น?

ความคิดที่สองคือคุณอยู่ที่บ้านโดยใช้หลอดไฟแบบไส้เป็นแหล่งกำเนิดแสง เมื่อคุณไปโรงเรียนเพื่อนำเสนอคุณอาจมีแสงไฟฟลูออเรสเซนต์ซึ่งอย่างน้อยในสหรัฐอเมริกาจะมีความถี่ 60Hz เป็นสองเท่าถ้าฉันจำได้อย่างถูกต้อง

หากคุณมีสัญญาณรบกวนจากไฟในห้องฉันขอแนะนำให้ใช้แสงสีเพื่อการสื่อสารของคุณและโฟโตไดโอดที่ไวต่อสีส่วนใหญ่หรือตัวกรองเจลที่ผ่านสีนั้นเพื่อทำความสะอาดเท่านั้น

ลองดูที่ความสูงของด้านบนและด้านล่าง ด้านบนมีขนาดใหญ่กว่ามากดังนั้นคุณสามารถยุ่งกับแรงดันไฟฟ้าด้านลบของตัวเปรียบเทียบเอาท์พุทของคุณเพื่อทำความสะอาด ฉันไม่เห็นว่า VCC คืออะไร แต่ลองแทนที่ตัวต้านทาน 100 Ohm ด้วย 2 kOhm - 5 kOhm (หรือ 2-4 2-4K ในแบบคู่ขนานถ้าคุณไม่มีตัวต้านทานอื่นในช่วงที่เหมาะสม) และดู ถ้านั่นช่วย ในความเป็นจริงคุณอาจลองเปลี่ยนตัวต้านทานนั้นเป็นแบบ 5K trimpot และหมุนมันจนกว่าคุณจะผ่านการสื่อสารและไม่มีสิ่งประดิษฐ์แสงไฟในห้อง

คุณสามารถรับข้อมูลได้จากที่นี่: www.openvlc.org
และบทความนี้อาจช่วยคุณได้: "แพลตฟอร์มการวิจัยโอเพ่นซอร์สสำหรับเครือข่ายแสงที่มองเห็นได้ในตัว"