Sistema de comunicação para dois computadores em ponteiros laser. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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A parte digital do transceptor. Depois de muita experimentação, cheguei à conclusão de que um receptor simples e confiável para RS232 é difícil de fazer. Para RS232, você precisa fazer algo como um circuito de ligação para o nível preto (ou branco?) "- como na televisão. Eu não poderia fazer isso usando meios simples. Portanto, foi decidido mudar para a representação do código de pulso de Sinais RS232 e transmitem informações por pulsos. Esse sistema foi desenvolvido há muito tempo e é chamado de IRDA. Porém, de acordo com a condição do problema, a comunicação deve ser através de uma porta com. Em algum lugar na Internet vi microcircuitos (burgueses, claro ) que são conectados diretamente na porta, e na saída possuem uma sequência de pulsos ou mesmo apenas sinal óptico. E o receptor é embutido no mesmo chip.

Não gostei disso por dois motivos: custo relativamente alto e vinculação difícil a uma velocidade de porta de comunicação fixa. Aqueles. se você (ou algum programa inteligente) decidir reconfigurar a porta para uma velocidade diferente, precisará alterar a frequência do clock na entrada do microcircuito. Por tudo isso, resolvi fazer algo parecido com o IRDA, mas mais simples e independente da velocidade da porta.

Aqui está o que aconteceu. padrão FIRDA. Cada borda do sinal RS232 é codificada com um pulso unipolar curto, que é transmitido por um canal óptico. No receptor, esses pulsos são alimentados na entrada de um gatilho operando no modo de contagem. Na saída do gatilho, obtemos (idealmente) um sinal RS232. Basicamente, isso é tudo. Este algoritmo, maravilhoso em sua simplicidade, tem apenas uma desvantagem significativa, que é que quando pelo menos um pulso é pulado, uma inversão do sinal RS232 começa a aparecer na saída do trigger. Claro, podemos dizer que se a borda inicial no RS232 (ou o primeiro pulso no burst IRDA) for perdida, a sincronização também falhará, o que, com um fluxo denso de informações, pode não ser eliminado tão cedo.

No entanto, no sistema proposto, a perda de qualquer (não apenas o primeiro) impulso causa problemas. Grosso modo, a imunidade a ruído FIRDA é 8 a 10 vezes pior que IRDA ou RS232. Em princípio, não seria tão assustador (acreditamos que os erros aparecem muito raramente) se, com o tempo, o FIRDA entrasse em modo normal de operação, como acontece com seus famosos protótipos. No entanto, se medidas especiais não forem fornecidas, o FIRDA continuará a conduzir o fluxo invertido até que ocorra outra falha;)) Foi a operação inversa de longo prazo que me pareceu a principal desvantagem do FIRDA e eu o complementei com um pequeno aditivo, que mais tarde me surpreendeu com sua eficiência e quase resolveu todos os problemas.

A adição é muito simples: se por algum tempo (bem, por exemplo, 0.1 s) houver 1 "na saída do gatilho, você deve transferi-lo à força para o estado zero (assumimos que durante a transmissão pausa no RS232 saída é zero). Agora, para felicidade completa, você precisa puxar a porta com do transmissor de prontidão uma vez a cada 10 segundos, interrompendo a transmissão por 0.1 segundo para que o gatilho do receptor seja reiniciado. Obviamente, neste exemplo, a perda na velocidade de transmissão é 1 por cento.

Agora, isso é realmente tudo. Como a prática tem mostrado, não é necessário puxar a prontidão da porta de comunicação do transmissor. Numerosos experimentos mostraram que no trabalho real através do qual existem muitas pausas naturais de várias durações. (vários brinquedos de rede foram testados, uma rede entre dois Win98, terminais com protocolos diferentes. Apenas terminais funcionando via Z-modem acabaram tendo um fluxo realmente denso). Na minha versão do link, o tempo para forçar o gatilho é definido em cerca de 5 milissegundos. Essas pausas são muito comuns. É verdade que isso limita as taxas de transferência usadas abaixo (no meu caso, pelo menos 2400). Mas não tive problemas com nenhum software em toda a faixa de velocidade de 2400..115200.

Descrição do diagrama de circuito

O sinal Tx da saída da porta com através do resistor limitador R1 é alimentado ao circuito de seleção de borda montado nos elementos DD1.1, DD1.2. No pino 4 do elemento DD1.2, existem pulsos com duração de cerca de 1 microssegundo. Os parâmetros de tempo desses pulsos não são suficientemente estáveis, portanto, o circuito inclui um gerador de pulsos normalizados em duração, montado no gatilho T2. Ele gera pulsos com duração de cerca de 3-4 microssegundos. Se necessário, a duração é ajustada pelo resistor R3.

Para quem se preocupa com a estabilidade/confiabilidade/alcance do link e a velocidade máxima de 57600 é aceitável, aconselho dobrar o valor de C2 e assim aumentar a duração do pulso normalizado para 8 milissegundos. Você pode usar um interruptor especial para velocidades máximas 115200-57600. conectando capacitância adicional C2. (o comprimento dos condutores para o interruptor deve ser mínimo.) O circuito da parte digital do receptor contém um gatilho T1 com os elementos R4, R5, C3, V2 que definem a duração máxima de um na saída do gatilho.

Com as classificações indicadas no diagrama, é de aproximadamente 5 milissegundos. Se for trabalhar apenas em altas velocidades, faz sentido reduzir esse tempo diminuindo C3. Um amplificador de saída é montado nos elementos DD1.3, DD1.4, cujo sinal é enviado para a entrada Rx da porta com. Este é apenas no caso. Tudo funcionou bem para mim em uma bobina confusa de fios de 20 metros de comprimento, quando recebi um sinal não amplificado (através de um resistor de 1K) diretamente do pino 1 do gatilho T1. Agora, algumas palavras sobre como configurar o esquema. Felizmente, a parte digital do transceptor é um circuito completamente independente e autossuficiente, permitindo ajuste e depuração completos sem lasers e peças analógicas.

Procedimento de configuração

Crie um arquivo de 300 kilobytes contendo um caractere (eu gostei de Y). Crie um arquivo em lote que envie esse arquivo para a porta com e, em seguida, chame a si mesmo ;-) Execute-o. Verifique a duração e a forma dos pulsos no transmissor (é melhor fazer isso na velocidade máxima, pois os pulsos são curtos). Feche o arquivo em lote. Conecte a saída do transmissor à entrada do receptor e conecte a saída do receptor à entrada Rx da mesma porta com. Digite qualquer programa de terminal (usei o terminal DN) Tente pressionar as teclas. Você deve ver os caracteres sendo pressionados na tela. Se isso não acontecer, tente simplesmente encurtar Rx e Tx e obter o efeito descrito configurando o programa do terminal e, em seguida, tente novamente fazer o mesmo através do transceptor.

E, finalmente, o último o teste mais importante. Isso exigirá dois computadores. Conecte suas portas com três fios de acordo com o esquema clássico. Execute qualquer software que use este link. Certifique-se de que tudo funciona. Agora tente inserir um transceptor digital no espaço de um fio de sinal. Tente trabalhar com o mesmo software através deste hardware e certifique-se de que o FIRDA se adapta perfeitamente a você ;-))), simule interferências na transmissão usando os métodos disponíveis para você. Depois disso, você pode prosseguir para a construção da parte analógica do link.

Transmissor

Acho que não precisa de nenhuma explicação especial. O diodo laser é a carga do coletor do primeiro transistor. O resistor em seu circuito emissor limita a corrente através deste transistor e cria condições para a operação do segundo transistor, que é na verdade (juntamente com R1) um divisor de tensão de entrada controlado. O segundo transistor é controlado pela fotocorrente de um diodo embutido no laser para organizar um circuito para limitar o desvio de temperatura de seus parâmetros. À medida que o fluxo de luz aumenta, a corrente de base do segundo transistor aumenta e desvia o sinal de entrada em um nível seguro para o laser. O resistor trimmer R3 é projetado para ajustar o nível permitido de radiação laser.

As classificações do circuito são escolhidas de forma que em temperatura ambiente sua resistência possa ser reduzida a zero e isso não leve a consequências fatais para o diodo laser (pelo menos não tive problemas). A configuração do transmissor se resume a medir a amplitude do sinal através do resistor R2 (com a parte digital conectada e funcionando) e ajustar o resistor de ajuste para a amplitude do pulso correspondente a uma corrente pulsada de 30-35 mA (em temperatura ambiente) (estamos falando de ponteiros de 5 miliwatts).

Para confiabilidade, você pode refinar esses números para um ponteiro específico medindo a corrente através dele com baterias recém-carregadas (antes da desmontagem). Esse valor também pode ser considerado como a corrente de pulso nominal através do ponteiro. Se R4 for usado no circuito (não o tenho) e parte da corrente sempre fluir por esse resistor, a corrente definida por R2 deve ser reduzida em uma quantidade apropriada, para que a corrente total do pulso fique dentro dos limites acima. Quando a temperatura muda, os parâmetros de radiação irão, é claro, flutuar, mas a propagação dos valores será significativamente reduzida devido ao feedback negativo no fluxo de luz através do fotodiodo e do segundo transistor. O resistor R4 pode definir o nível inicial de corrente através do laser na ausência de um sinal. Acredita-se que isso aumenta a capacidade de sobrevivência do diodo laser. C1 para o mesmo propósito suaviza os transientes quando o laser é ligado/desligado.

К nutrição não há requisitos especiais, você pode obter + 5V do computador. Em conclusão, algumas palavras sobre a desmontagem do ponteiro e sua pinagem. Eu só posso falar sobre o meu par de ponteiros. Quão típico isso é, eu não sei. Primeiro, arquivei o corpo com uma lima ao longo do perímetro do ponteiro no nível do botão liga / desliga do ponteiro. A parte da bateria está quebrada. Uma pequena placa de circuito impresso na qual o botão está preso torna-se visível. O cachecol é soldado diretamente aos terminais do diodo laser. Com uma agulha, medi a profundidade da manga, na qual o próprio laser é pressionado. Fiz uma segunda incisão, tentando chegar ao nível da manga, como resultado recebi um toco de ponteiro com a parte ótica totalmente preservada, e do outro lado (cortado) havia três eletrodos com um lenço, que dessoldei. Portanto, há três conclusões saindo da parte cortada do ponteiro. Eles estão dispostos em um triângulo. Um deles está conectado ao corpo do diodo laser. Este é o pino comum do diodo laser e do fotodiodo. Vamos supor que esta conclusão corresponda ao vértice superior do triângulo. Em seguida, a saída do fotodiodo estará localizada no canto inferior direito e a saída do diodo laser estará localizada no canto inferior esquerdo.

Antes da desmontagem, é útil estudar a divergência do feixe de laser sem um sistema óptico. Você precisará disso ao avaliar a sensibilidade do seu receptor e o alcance do seu link. Para fazer isso, desparafuse cuidadosamente o sistema óptico da frente do ponteiro e meça o diâmetro do ponto, obtido a uma distância do ponteiro na faixa de 5 a 25 cm. Agora você pode prosseguir para a construção da parte mais importante do o link - a parte analógica do receptor.

Receptor

parte analógica. Este bloco requer a maior precisão e, eu diria, cultura de circuito durante a construção e comissionamento. É melhor obter energia não de um computador, mas de uma fonte de alimentação estabilizada separada. O comprimento dos condutores deve ser mínimo. Capacitores de filtragem de energia C1, C2.C4, C5 d.b. localizado o mais próximo possível das saídas do amplificador operacional. Especialmente importante é a proximidade com o sistema operacional dos elementos do circuito de entrada C3, VD1, R4. É desejável um arranjo compacto e blindagem de toda a estrutura. Com circuitos adequados, você não deve ter problemas com o ajuste. Nenhum dos requisitos listados acima foi atendido em minha área de trabalho e, no entanto, tudo funciona com sucesso. Portanto, há esperança de que, se você fizer tudo certo, também funcione para você ;-))) Algumas palavras sobre o esquema em si. Ela é extremamente simples.

Observe a polaridade do fotodiodo!

O resistor R4 afeta a amplitude do sinal do diodo e suas características de forma / frequência. Quanto menor o valor do resistor, menor o sinal do fotodiodo e melhor sua forma. Obtive resultados bastante decentes ao aumentar o resistor para 4.7 K. No entanto, não aconselho correr para aumentá-lo. E, em geral, a primeira coisa que você deve conseguir é operar o receptor em alguma velocidade moderada, por exemplo, 57600. É melhor fazer isso na seguinte ordem.

Assim, após a décima verificação da instalação, zeramos a resistência do aparador R1 e ligamos a energia. Conectamos o transmissor montado (peças digitais e analógicas) à porta com, lançamos o arquivo batch (depois de definir a velocidade da porta para 57600), o que nos permite observar uma imagem contínua da transmissão de um byte (foi discutido no primeira parte da trilogia), colocamos o laser com o sistema óptico afastado a dois ou três centímetros do fotodiodo, conectamos o logografo na saída do receptor e começamos a aumentar lentamente a resistência R1. Depois de algum tempo, o transistor T1 começará a se abrir ligeiramente e um pente de pulsos aparecerá na saída do receptor.

O valor ideal da resistência R1 é determinado visualmente durante os experimentos pela forma e amplitude dos pulsos na saída do receptor. Quando o transmissor é desligado, a amplitude do ruído na saída do receptor não deve exceder 1-2 volts. O transistor T1 deve estar apenas ligeiramente aberto. O valor típico da tensão em sua carga de coletor é de 1-2 volts. Depois de obter sucesso neste primeiro estágio, você pode seguir em frente - afaste gradualmente o receptor e o transmissor, encontre sua melhor posição mútua e, ajustando R1, obtenha um pente de pulsos com amplitude quase igual à amplitude da alimentação de + 12V . Sua forma pode não ser bem retangular, mas a amplitude deve ser boa.

Com a máxima separação possível do transmissor e do receptor, é necessário determinar o diâmetro do ponto do laser desfocado. Este diâmetro lhe dará uma ideia do alcance máximo em que seu link irá operar. Para mim, esse diâmetro era de cerca de 20 cm, o que corresponde aproximadamente a uma faixa dinâmica de 33 dB. Parece-me que isso deve ser suficiente para uma comunicação confiável a uma distância de 100 metros sem o uso de lentes de entrada ou a uma distância de 200 metros, se você usar um LED do tipo FD320 na forma de uma lente de plástico vermelha com diâmetro de cerca de um centímetro em uma base retangular. E na presença de óptica de entrada ... Porém, em longas distâncias já existem outros problemas ...

Vamos voltar a configurar o receptor. Agora é útil tentar a configuração para diferentes velocidades de porta com. E, finalmente, você pode conectar a parte digital do receptor e repetir os experimentos descritos na primeira parte desta trilogia. Eu especificamente não disse nada sobre o design do receptor. Sim, provavelmente é útil ter algum tipo de proteção nos LEDs de entrada. Na verdade, o receptor é muito resistente a todos os tipos de reflexos. A iluminação usual de uma lâmpada de 60 watts a uma distância de 70 cm em um ângulo de 30 graus não afetou de forma alguma o funcionamento do circuito. O capacitor C3 "corta" muito bem todas as interferências de baixa frequência.

Autor: skov@gaap.spb.ru; Publicação: cxem.net

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