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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kommunikationssystem für zwei Computer auf Laserpointern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer Der digitale Teil des Transceivers. Nach vielen Experimenten kam ich zu dem Schluss, dass ein einfacher und zuverlässiger Empfänger für RS232 schwierig herzustellen ist. Für RS232 muss man so etwas wie eine Bindeschaltung zum Schwarz- (oder Weiß?)-Pegel machen – wie beim Fernsehen. Das konnte ich mit einfachen Mitteln nicht bewerkstelligen RS232 signalisiert und überträgt Informationen durch Impulse.Ein solches System ist seit langem entwickelt und heißt IRDA.Jedoch sollte die Kommunikation je nach Zustand des Problems über einen COM-Port erfolgen.Irgendwo im Internet habe ich Mikroschaltungen gesehen (bürgerlich natürlich ), die direkt mit dem Comport verbunden sind und am Ausgang eine Impulsfolge oder auch nur ein optisches Signal haben. Und der Empfänger ist im selben Chip eingebaut.
Das ist, was passiert ist. FIRDA-Standard. Jede Flanke im RS232-Signal wird durch einen kurzen unipolaren Impuls kodiert, der über den optischen Kanal übertragen wird. Beim Empfänger werden diese Impulse an den Eingang eines im Zählmodus arbeitenden Triggers gesendet. Am Ausgang des Triggers erhalten wir (idealerweise) ein RS232-Signal. Im Grunde ist das alles. Dieser in seiner Einfachheit wunderbare Algorithmus hat nur einen wesentlichen Nachteil: Wenn mindestens ein Impuls ausgelassen wird, beginnt am Triggerausgang eine Umkehrung des RS232-Signals zu erscheinen. Man kann natürlich sagen, dass bei Verlust der Startflanke in RS232 (oder des ersten Impulses im IRDA-Burst) auch ein Synchronisationsfehler auftritt, der angesichts des dichten Informationsflusses möglicherweise nicht so schnell behoben wird. Bei dem vorgeschlagenen System führt jedoch der Verlust irgendeines (nicht nur des ersten) Impulses zu Problemen. Grob gesagt ist die Störfestigkeit von FIRDA 8-10 Mal schlechter als bei IRDA oder RS232. Im Prinzip wäre es nicht so beängstigend (wir glauben, dass Fehler ziemlich selten auftreten), wenn FIRDA im Laufe der Zeit in den Normalbetrieb übergehen würde, wie dies bei seinen herausragenden Prototypen der Fall ist. Wenn jedoch keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, wird FIRDA den invertierten Fluss weiter treiben, bis ein weiterer Fehler auftritt;)) Es war der langfristige inverse Betrieb, der mir als Hauptnachteil von FIRDA erschien und den ich mit einem kleinen Additiv ergänzt habe, der mich später mit seiner Effizienz überraschte und fast alle Probleme löste. Die Addition ist ganz einfach: Wenn am Ausgang des Triggers für einige Zeit (also z Ausgang ist null) Jetzt müssen Sie, um vollkommen zufrieden zu sein, den Com-Port des Bereitschaftssenders einmal alle 0.1 Sekunden ziehen und die Übertragung für 1 Sekunden unterbrechen, damit der Trigger des Empfängers zurückgesetzt wird. Offensichtlich in diesem Beispiel der Verlust der Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 232 Prozent. Nun, das ist wirklich alles. Wie die Praxis gezeigt hat, ist es nicht notwendig, die Bereitschaft des Com-Ports des Senders zu ziehen. Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass es in der realen Arbeit viele natürliche Pausen unterschiedlicher Dauer gibt. (Es wurden mehrere Netzwerkspielzeuge getestet, ein Netzwerk zwischen zwei Win98-Terminals mit unterschiedlichen Protokollen. Nur Terminals, die über ein Z-Modem arbeiten, haben einen wirklich dichten Strom). In meiner Version des Links ist die Zeit zum Erzwingen des Triggers auf etwa 5 Millisekunden eingestellt. Solche Pausen kommen sehr häufig vor. Das schränkt zwar die genutzten Übertragungsraten von unten ein (in meinem Fall mindestens 2400). Aber ich hatte mit keiner Software im gesamten Geschwindigkeitsbereich von 2400..115200 Probleme.
Beschreibung des Schaltplans Das Tx-Signal vom Ausgang des COM-Ports wird über den Begrenzungswiderstand R1 einer Flankenauswahlschaltung zugeführt, die auf den Elementen DD1.1, DD1.2 aufgebaut ist. An Pin 4 des DD1.2-Elements liegen Impulse mit einer Dauer von etwa 1 Mikrosekunde an. Die Zeitparameter dieser Impulse sind nicht stabil genug, daher enthält die Schaltung einen Generator von Impulsen, die nach der Dauer normiert sind und auf einem T2-Trigger montiert sind. Es erzeugt Impulse mit einer Dauer von etwa 3–4 Mikrosekunden. Bei Bedarf wird die Dauer über den Widerstand R3 angepasst. Für diejenigen, denen die Stabilität / Zuverlässigkeit / Reichweite der Verbindung wichtig ist und die maximale Geschwindigkeit von 57600 akzeptabel ist, würde ich Ihnen raten, den Wert von C2 zu verdoppeln und dadurch die Dauer des normalisierten Impulses auf 8 Millisekunden zu erhöhen. Sie können einen speziellen Schalter für die Höchstgeschwindigkeiten 115200-57600 verwenden. Anschluss zusätzlicher Kapazität C2. (Die Länge der Drähte zum Schalter sollte minimal sein.) Die Schaltung des digitalen Teils des Empfängers enthält einen Trigger T1 mit Elementen R4, R5, C3, V2, die die maximale Dauer von eins am Ausgang des Triggers einstellen. Bei den im Diagramm angegebenen Werten sind es etwa 5 Millisekunden. Wenn nur mit hohen Drehzahlen gearbeitet werden soll, ist es sinnvoll, diese Zeit durch Verkleinern von C3 zu verkürzen. Auf den Elementen DD1.3, DD1.4 ist ein Ausgangsverstärker aufgebaut, dessen Signal dem Rx-Eingang des COM-Ports zugeführt wird. Dies ist nur für den Fall. Alles funktionierte gut für mich auf einer verwirrten Drahtspule von 20 Metern Länge, als ich ein unverstärktes Signal (über einen 1K-Widerstand) direkt von Pin 1 des T1-Triggers nahm. Nun ein paar Worte zum Einrichten des Schemas. Glücklicherweise ist der digitale Teil des Transceivers eine völlig unabhängige und autarke Schaltung, die eine vollständige Abstimmung und Fehlersuche ohne Laser und analoge Teile ermöglicht. Einstellverfahren Erstellen Sie eine 300-Kilobyte-Datei mit einem Zeichen (ich mochte Y). Erstellen Sie eine Batch-Datei, die diese Datei an den Com-Port sendet und sich dann selbst aufruft ;-) Führen Sie sie aus. Überprüfen Sie Dauer und Form der Impulse im Sender (besser bei maximaler Geschwindigkeit, da die Impulse kurz sind). Schließen Sie die Batchdatei. Verbinden Sie den Ausgang des Senders mit dem Eingang des Empfängers und verbinden Sie den Ausgang des Empfängers mit dem Rx-Eingang desselben COM-Ports. Geben Sie ein beliebiges Terminalprogramm ein (ich habe das DN-Terminal verwendet). Versuchen Sie, die Tasten zu drücken. Sie sollten sehen, wie die Zeichen auf dem Bildschirm gedrückt werden. Wenn dies nicht geschieht, versuchen Sie einfach, Rx und Tx kurzzuschließen und den beschriebenen Effekt zu erzielen, indem Sie das Terminalprogramm einrichten, und versuchen Sie es dann erneut, um dasselbe über den Transceiver zu tun. Und schließlich das letzte die wichtigste Prüfung. Dies erfordert zwei Computer. Verbinden Sie ihre Com-Ports mit drei Drähten nach dem klassischen Schema. Führen Sie eine beliebige Software aus, die diesen Link verwendet. Stellen Sie sicher, dass alles funktioniert. Versuchen Sie nun, einen digitalen Transceiver in die Lücke einer Signalleitung einzusetzen. Versuchen Sie, über diese Hardware mit der gleichen Software zu arbeiten und stellen Sie sicher, dass FIRDA perfekt zu Ihnen passt ;-))), simulieren Sie Störungen in der Übertragung mit den Ihnen zur Verfügung stehenden Methoden. Danach können Sie mit dem Aufbau des analogen Teils des Links fortfahren.
Sender Ich glaube nicht, dass es einer besonderen Erklärung bedarf. Die Laserdiode ist die Kollektorlast des ersten Transistors. Der Widerstand in seinem Emitterkreis begrenzt den Strom durch diesen Transistor und schafft Bedingungen für den Betrieb des zweiten Transistors, der eigentlich (zusammen mit R1) ein gesteuerter Eingangsspannungsteiler ist. Der zweite Transistor wird durch den Fotostrom einer in den Laser eingebauten Diode gesteuert, um eine Schaltung zur Begrenzung der Temperaturdrift seiner Parameter zu organisieren. Wenn der Lichtfluss zunimmt, steigt der Basisstrom des zweiten Transistors und er überbrückt das Eingangssignal auf einen für den Laser sicheren Pegel. Der Trimmerwiderstand R3 dient zum Einstellen des zulässigen Pegels der Laserstrahlung. Die Schaltkreiswerte sind so gewählt, dass man bei Raumtemperatur den Widerstand auf Null reduzieren kann und dies keine fatalen Folgen für die Laserdiode hat (zumindest hatte ich keine Probleme). Beim Einrichten des Senders wird die Signalamplitude am Widerstand R2 gemessen (bei angeschlossenem und funktionierendem Digitalteil) und mithilfe eines Trimmwiderstands die Impulsamplitude entsprechend einem Impulsstrom von 30–35 mA (bei Raumtemperatur) eingestellt. Wir sprechen von 5-Milliwatt-Zeigern). Aus Gründen der Zuverlässigkeit können Sie diese Zahlen für einen bestimmten Zeiger klären, indem Sie den Strom durch ihn mit frisch geladenen Batterien (vor der Demontage) messen. Dieser Wert kann später als Nennimpulsstrom durch den Zeiger übernommen werden. Wenn die Schaltung R4 verwendet (ich habe keinen) und ein Teil des Stroms immer über diesen Widerstand fließt, muss der eingestellte Strom durch R2 um den entsprechenden Betrag reduziert werden, damit der gesamte Impulsstrom innerhalb der oben genannten Grenzen liegt. Wenn sich die Temperatur ändert, schweben die Strahlungsparameter natürlich, aber die Streuung der Werte wird aufgrund der negativen Rückkopplung des Lichtflusses durch die Fotodiode und den zweiten Transistor erheblich verringert. Mit dem Widerstand R4 kann der anfängliche Strompegel durch den Laser bei fehlendem Signal eingestellt werden. Es wird angenommen, dass dies die Überlebensfähigkeit der Laserdiode erhöht. Zum gleichen Zweck glättet C1 transiente Vorgänge beim Ein-/Ausschalten des Lasers. К Ernährung Es gibt keine besonderen Anforderungen, Sie können +5V vom Computer beziehen. Abschließend noch ein paar Worte zur Demontage des Zeigers und seiner Pinbelegung. Ich kann Ihnen nur etwas über mein Zeigerpaar erzählen. Ich weiß nicht, wie typisch das ist. Zuerst habe ich das Gehäuse mit einer Nadelfeile am Umfang des Zeigers auf Höhe des Ein-/Ausschalters des Zeigers eingekerbt. Der Teil mit den Batterien bricht ab. Sichtbar wird die kleine Platine, auf der der Taster befestigt ist. Der Schal wird direkt an die Anschlüsse der Laserdiode angelötet. Mit einer Nadel habe ich die Tiefe bis zur Hülse gemessen, in die der Laser selbst gedrückt wird. Ich machte einen zweiten Schnitt und versuchte, bis zur Höhe der Buchse zu gelangen. Als Ergebnis bekam ich einen Zeigerstumpf, bei dem der optische Teil vollständig erhalten blieb, und auf der anderen (abgehackten) Seite ragten drei Leitungen heraus mit einem Schal, den ich abgelötet habe. Aus dem abgeschnittenen Teil des Zeigers ragen also noch drei Leitungen heraus. Sie sind in einem Dreieck angeordnet. Einer davon ist mit dem Laserdiodengehäuse verbunden. Dies ist der gemeinsame Anschluss der Laserdiode und der Fotodiode. Nehmen wir an, dass dieser Stift der oberen Ecke des Dreiecks entspricht. Dann befindet sich der Fotodiodenausgang unten rechts und der Laserdiodenausgang unten links. Vor der Demontage ist es sinnvoll, die Divergenz des Laserstrahls ohne optisches System zu untersuchen. Sie benötigen dies, wenn Sie die Empfindlichkeit Ihres Empfängers und die Reichweite Ihrer Verbindung bewerten. Dazu müssen Sie das optische System vorsichtig von der Vorderseite des Zeigers abschrauben und den Punktdurchmesser messen, der in einem Abstand vom Zeiger im Bereich von 5 bis 25 cm erhalten wird.Jetzt können Sie mit dem Bauen fortfahren wichtiger Teil der Verbindung - der analoge Teil des Empfängers.
Empfänger Analoger Teil. Dieser Block erfordert größte Sorgfalt und, ich würde sagen, Schaltungskultur beim Bau und bei der Inbetriebnahme. Es ist besser, die Stromversorgung nicht über den Computer, sondern über ein separates stabilisiertes Netzteil zu beziehen. Die Länge der Leiter sollte minimal sein. Filterkondensatoren für die Stromversorgung C1, C2. C4, C5 d.b. möglichst nah an den Ausgängen des Operationsverstärkers angeordnet werden. Es ist besonders wichtig, dass sich die Elemente der Eingangsschaltung C3, VD1, R4 in der Nähe des Operationsverstärkers befinden. Wünschenswert ist eine kompakte Anordnung und Abschirmung des gesamten Aufbaus. Bei ordnungsgemäßem Schaltungsdesign sollten Sie bei der Einrichtung keine Probleme haben. Auf meinem Schreibtisch war keine der oben genannten Voraussetzungen erfüllt und dennoch hat alles erfolgreich funktioniert. Es besteht also die Hoffnung, dass es, wenn Sie alles richtig machen, auch bei Ihnen funktioniert ;-))) Ein paar Worte zum Schema selbst. Es ist äußerst einfach. Polarität der Fotodiode beachten! Der Widerstand R4 beeinflusst die Amplitude des Signals von der Diode und seine Form- / Frequenzeigenschaften. Je kleiner der Widerstandswert, desto kleiner das Signal von der Fotodiode und desto besser seine Form. Ich habe ganz anständige Ergebnisse erzielt, als ich den Widerstand auf 4.7 K erhöht habe. Ich würde jedoch nicht raten, ihn zu überstürzen. Und im Allgemeinen sollten Sie als erstes den Betrieb des Empfängers mit einer moderaten Geschwindigkeit erreichen, z. B. 57600. Es ist besser, dies in der folgenden Reihenfolge zu tun. Also bringen wir nach der zehnten Überprüfung der Installation den Widerstand des Trimmers R1 auf Null und schalten den Strom ein. Wir verbinden den zusammengebauten Sender (digitale und analoge Teile) mit dem COM-Port, starten die Batch-Datei (nachdem wir die Port-Geschwindigkeit auf 57600 eingestellt haben), wodurch wir ein kontinuierliches Bild der Übertragung eines Bytes beobachten können (es wurde in der besprochen erster Teil der Trilogie), platzieren Sie den Laser mit entferntem optischen System in zwei oder drei Zentimetern Entfernung von der Fotodiode, verbinden Sie den Logographen mit dem Ausgang des Empfängers und beginnen Sie, den Widerstand R1 langsam zu erhöhen. Nach einiger Zeit beginnt sich der Transistor T1 leicht zu öffnen und am Ausgang des Empfängers erscheint ein Impulskamm. Der optimale Wert des Widerstands R1 wird visuell im Laufe von Versuchen durch die Form und Amplitude der Impulse am Ausgang des Empfängers bestimmt. Bei ausgeschaltetem Sender sollte die Rauschamplitude am Empfängerausgang 1-2 Volt nicht überschreiten. Der Transistor T1 sollte nur leicht geöffnet sein. Der typische Wert der Spannung an seiner Kollektorlast beträgt 1-2 Volt. Nachdem Sie in dieser ersten Phase Erfolg haben, können Sie weitermachen - Empfänger und Sender allmählich auseinanderschieben, ihre beste gegenseitige Position finden und durch Einstellen von R1 einen Impulskamm mit einer Amplitude erhalten, die fast gleich der Amplitude der + 12-V-Versorgung ist . Ihre Form ist vielleicht nicht ganz rechteckig, aber die Amplitude sollte gut sein. Bei größtmöglichem Abstand von Sender und Empfänger ist es erforderlich, den Durchmesser des defokussierten Laserflecks zu bestimmen. Dieser Durchmesser gibt Ihnen eine Vorstellung von der maximalen Reichweite, mit der Ihr Link betrieben werden kann. Bei mir betrug dieser Durchmesser etwa 20 cm, was etwa einem Dynamikumfang von 33 dB entspricht. Meiner Meinung nach sollte dies für eine zuverlässige Kommunikation in einer Entfernung von 100 Metern ohne Verwendung von Eingangslinsen ausreichen, oder in einer Entfernung von 200 Metern, wenn Sie eine LED vom Typ FD320 in Form einer roten Kunststofflinse mit einem Durchmesser verwenden von etwa einem Zentimeter auf einer rechteckigen Grundfläche. Und wenn eine Eingangsoptik vorhanden ist ... Auf große Entfernungen gibt es jedoch andere Probleme ... Kehren wir zum Einrichten des Empfängers zurück. Jetzt ist es sinnvoll, die Einstellungen für verschiedene COM-Port-Geschwindigkeiten auszuprobieren. Und schließlich können Sie den digitalen Teil des Empfängers anschließen und die im ersten Teil dieser Trilogie beschriebenen Experimente wiederholen. Zum Design des Receivers habe ich nicht konkret etwas gesagt. Ja, es wäre wahrscheinlich nützlich, eine Art Haube auf den Eingangs-LEDs zu haben. Tatsächlich ist der Empfänger sehr widerstandsfähig gegen verschiedene Arten von Streulicht. Eine normale Beleuchtung mit einer 60-Watt-Glühbirne aus 70 cm Entfernung und einem Winkel von 30 Grad hatte keinen Einfluss auf die Funktion der Schaltung. Der Kondensator C3 „schneidet“ alle niederfrequenten Störungen sehr gut ab. Autor: skov@gaap.spb.ru; Veröffentlichung: cxem.net
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