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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sistema di comunicazione per due computer su puntatori laser. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Компьютеры La parte digitale del ricetrasmettitore. Dopo molte sperimentazioni, sono giunto alla conclusione che un ricevitore semplice e affidabile per RS232 è difficile da realizzare. Per RS232, è necessario creare qualcosa come un circuito di collegamento al livello nero (o bianco?) "- come in televisione. Non potevo farlo con mezzi semplici. Pertanto, si è deciso di passare alla rappresentazione del codice a impulsi di RS232 segnala e trasmette informazioni a impulsi.Tale sistema è stato sviluppato da tempo e si chiama IRDA.Tuttavia, a seconda delle condizioni del problema, la comunicazione dovrebbe avvenire tramite una porta COM.Da qualche parte su Internet ho visto microcircuiti (borghesi, ovviamente ) che sono collegati direttamente al comport e all'uscita hanno una sequenza di impulsi o anche solo un segnale ottico. E il ricevitore è integrato nello stesso chip.
Ecco cosa è successo. Norma FIRDA. Ogni fronte nel segnale RS232 è codificato con un breve impulso unipolare, che viene trasmesso su un canale ottico. Al ricevitore, questi impulsi vengono inviati all'ingresso di un trigger che opera nella modalità di conteggio. All'uscita del trigger, otteniamo (idealmente) un segnale RS232. Fondamentalmente, questo è tutto. Questo algoritmo, meraviglioso nella sua semplicità, ha un solo inconveniente significativo, ovvero che quando almeno un impulso viene saltato, inizia a comparire un'inversione del segnale RS232 all'uscita del trigger. Certo, possiamo dire che se si perde il fronte iniziale in RS232 (o il primo impulso nel burst IRDA), fallirà anche la sincronizzazione, che, con un flusso di informazioni denso, potrebbe non essere eliminata presto. Tuttavia, nel sistema proposto, la perdita di qualsiasi impulso (non solo il primo) porta a problemi. In parole povere, l'immunità al rumore FIRDA è 8-10 volte peggiore di IRDA o RS232. In linea di principio, non sarebbe così spaventoso (crediamo che gli errori appaiano abbastanza raramente) se, nel tempo, FIRDA entrasse in normale funzionamento, come accade con i suoi eminenti prototipi. Tuttavia, se non vengono fornite misure speciali, FIRDA continuerà a guidare il flusso invertito fino a quando non si verificherà un altro guasto;)) È stata l'operazione inversa a lungo termine che mi è sembrata il principale svantaggio di FIRDA e l'ho integrata con un piccolo additivo, che in seguito mi ha sorpreso per la sua efficienza e ha quasi risolto tutti i problemi. L'aggiunta è molto semplice: se per un po' di tempo (beh, ad esempio, 0.1 sec) c'è 1" all'uscita del trigger, allora dovresti trasferirlo forzatamente allo stato zero (supponiamo che durante le pause di trasmissione all'RS232 output è zero).Ora, per la completa felicità, è necessario tirare la porta com del trasmettitore di prontezza una volta ogni 10 secondi, interrompendo la trasmissione per 0.1 secondi in modo che il trigger del ricevitore si azzeri.Ovviamente, in questo esempio, la perdita di velocità di trasmissione è dell'1%. Ora, questo è davvero tutto. Come ha dimostrato la pratica, non è necessario tirare la prontezza della porta com del trasmettitore. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che in un'opera reale attraverso la quale esistono molte pause naturali di varia durata. (sono stati testati diversi giochi di rete, una rete tra due Win98, terminali con protocolli diversi. Solo i terminali funzionanti tramite uno Z-modem si sono rivelati avere un flusso molto denso). Nella mia versione del collegamento, il tempo per forzare il trigger è impostato su circa 5 millisecondi. Tali pause sono molto comuni. È vero, questo limita le velocità di trasferimento utilizzate dal basso (nel mio caso, almeno 2400). Ma non ho avuto problemi con nessun software nell'intera gamma di velocità di 2400..115200.
Descrizione dello schema elettrico Il segnale Tx dall'uscita della porta com attraverso il resistore limitatore R1 viene inviato al circuito di selezione del bordo montato sugli elementi DD1.1, DD1.2. Al pin 4 dell'elemento DD1.2 sono presenti impulsi con una durata di circa 1 microsecondo. I parametri temporali di questi impulsi non sono sufficientemente stabili, pertanto il circuito include un generatore di impulsi normalizzati in durata, montato sul trigger T2. Genera impulsi con una durata di circa 3-4 microsecondi. Se necessario, la durata viene regolata dal resistore R3. Per chi ha a cuore la stabilità / affidabilità / portata del collegamento e la velocità massima di 57600 è accettabile, ti consiglio di raddoppiare il valore di C2 e aumentare così la durata dell'impulso normalizzato a 8 millisecondi. È possibile utilizzare un interruttore speciale per le velocità massime 115200-57600. collegamento di capacità aggiuntiva C2. (la lunghezza dei fili all'interruttore dovrebbe essere minima.) Il circuito della parte digitale del ricevitore contiene un trigger T1 con elementi R4, R5, C3, V2 che impostano la durata massima di uno all'uscita del trigger. Con i valori indicati nel diagramma, è di circa 5 millisecondi. Se si lavora solo ad alta velocità, ha senso ridurre questo tempo diminuendo C3. Un amplificatore di uscita è assemblato sugli elementi DD1.3, DD1.4, il cui segnale viene inviato all'ingresso Rx della porta com. Questo è solo nel caso. Tutto ha funzionato bene per me su una bobina di fili confusa lunga 20 metri, quando ho preso un segnale non amplificato (attraverso un resistore da 1K) direttamente dal pin 1 del trigger T1. Ora qualche parola sull'impostazione dello schema. Fortunatamente, la parte digitale del ricetrasmettitore è un circuito completamente indipendente e autosufficiente, che consente la messa a punto e il debug completi senza laser e parti analogiche. Procedura di impostazione Crea un file da 300 kilobyte contenente un carattere (mi è piaciuto Y). Crea un file batch che invii questo file alla porta com e quindi si autodefinisca ;-) Eseguilo. Controllare la durata e la forma degli impulsi nel trasmettitore (è meglio farlo alla massima velocità, poiché gli impulsi sono brevi). Chiudere il file batch. Collegare l'uscita del trasmettitore all'ingresso del ricevitore e collegare l'uscita del ricevitore all'ingresso Rx della stessa porta com. Entra in qualsiasi programma del terminale (ho usato il terminale DN) Prova a premere i tasti. Dovresti vedere i caratteri premuti sullo schermo. Se ciò non accade, provare semplicemente a cortocircuitare Rx e Tx e ottenere l'effetto descritto impostando il programma del terminale, quindi riprovare a fare lo stesso tramite il ricetrasmettitore. E infine, l'ultimo la prova più importante. Ciò richiederà due computer. Collega le loro porte com con tre fili secondo lo schema classico. Esegui qualsiasi software che utilizza questo collegamento. Assicurati che tutto funzioni. Ora prova a inserire un ricetrasmettitore digitale nello spazio di un filo di segnale. Prova a lavorare con lo stesso software attraverso questo pezzo di hardware e assicurati che FIRDA ti si adatti perfettamente ;-))), simula l'interferenza nella trasmissione usando i metodi a tua disposizione. Successivamente, puoi procedere alla costruzione della parte analogica del collegamento.
Trasmettitore Non credo che abbia bisogno di una spiegazione particolare. Il diodo laser è il carico del collettore del primo transistor. Il resistore nel suo circuito emettitore limita la corrente attraverso questo transistor e crea le condizioni per il funzionamento del secondo transistor, che in realtà è (insieme a R1) un divisore di tensione di ingresso controllato. Il secondo transistor è controllato dalla fotocorrente di un diodo integrato nel laser per organizzare un circuito per limitare la deriva termica dei suoi parametri. All'aumentare del flusso luminoso, la corrente di base del secondo transistor aumenta e devia il segnale di ingresso a un livello sicuro per il laser. Il resistore trimmer R3 è progettato per regolare il livello consentito di radiazione laser. I valori nominali del circuito sono scelti in modo tale che a temperatura ambiente la sua resistenza possa essere ridotta a zero e questo non porti a conseguenze fatali per il diodo laser (almeno non ho avuto problemi). L'impostazione del trasmettitore si riduce alla misurazione dell'ampiezza del segnale attraverso il resistore R2 (con la parte digitale collegata e funzionante) e all'impostazione del resistore di regolazione sull'ampiezza dell'impulso corrispondente a una corrente pulsata di 30-35 mA (a temperatura ambiente). Stiamo parlando di puntatori da 5 milliwatt). Per affidabilità, è possibile perfezionare queste cifre per un puntatore specifico misurando la corrente che lo attraversa con batterie appena caricate (prima dello smontaggio). Questo valore può essere ulteriormente preso come la corrente di impulso nominale attraverso il puntatore. Se R4 è utilizzato nel circuito (non ce l'ho) e parte della corrente scorre sempre attraverso questo resistore, la corrente impostata attraverso R2 deve essere ridotta di una quantità appropriata, in modo che la corrente di impulso totale sia all'interno del sopra i limiti. Quando la temperatura cambia, i parametri di radiazione, ovviamente, galleggeranno, ma la diffusione dei valori sarà notevolmente ridotta a causa del feedback negativo sul flusso luminoso attraverso il fotodiodo e il secondo transistor. Il resistore R4 può impostare il livello iniziale di corrente attraverso il laser in assenza di segnale. Si ritiene che ciò aumenti la sopravvivenza del diodo laser. C1 per lo stesso scopo attenua i transitori quando il laser viene acceso / spento. К nutrizione non ci sono requisiti particolari, puoi prendere + 5V dal computer. In conclusione, qualche parola sullo smontaggio del puntatore e sulla sua piedinatura. Posso solo parlare del mio paio di puntatori. Quanto sia tipico questo, non lo so. Innanzitutto, ho archiviato il corpo con un file lungo il perimetro del puntatore a livello del pulsante di accensione del puntatore. La parte della batteria è rotta. Diventa visibile un piccolo circuito stampato su cui è attaccato il pulsante. La sciarpa è saldata direttamente ai conduttori del diodo laser. Con un ago, ho misurato la profondità della manica, in cui viene premuto il laser stesso. Ho praticato una seconda incisione, cercando di arrivare al livello della manica, a seguito della quale ho ricevuto un moncone di puntatore con una parte ottica completamente conservata, e dall'altro lato (tagliato via) c'erano tre derivazioni con un fazzoletto, che ho dissaldato. Quindi, ci sono tre conclusioni che spuntano dalla parte tagliata del puntatore. Sono disposti in un triangolo. Uno di questi è collegato al corpo del diodo laser. Questo è il pin comune del diodo laser e del fotodiodo. Supponiamo che questa conclusione corrisponda all'angolo superiore del triangolo. Quindi l'uscita del fotodiodo si troverà in basso a destra e l'uscita del diodo laser si troverà in basso a sinistra. Prima dello smontaggio è utile studiare la divergenza del raggio laser senza un sistema ottico. Ne avrai bisogno quando valuti la sensibilità del tuo ricevitore e la portata del tuo collegamento. Per fare ciò, è necessario svitare con cura il sistema ottico dalla parte anteriore del puntatore e misurare il diametro dello spot, che si ottiene ad una distanza dal puntatore nell'intervallo di 5-25 cm, ora si può procedere alla costruzione più parte importante del collegamento - la parte analogica del ricevitore.
ricevitore parte analogica. Questo blocco richiede la massima precisione e, direi, la cultura dei circuiti durante la costruzione e la messa in servizio. È meglio prendere l'alimentazione non da un computer, ma da un alimentatore stabilizzato separato. La lunghezza dei conduttori deve essere ridotta al minimo. Condensatori di filtraggio di potenza C1, C2.C4, C5 d.b. situato il più vicino possibile alle uscite dell'amplificatore operazionale. Particolarmente importante è la vicinanza al sistema operativo degli elementi del circuito di ingresso C3, VD1, R4. È auspicabile una disposizione compatta e una schermatura dell'intera struttura. Con un circuito adeguato, non dovresti avere problemi con la messa a punto. Nessuno dei requisiti sopra elencati è stato soddisfatto sul mio desktop, eppure tutto funziona correttamente. Quindi c'è la speranza che se fai tutto bene, funzionerà anche per te ;-))) Qualche parola sullo schema stesso. Lei è estremamente semplice. Osservare la polarità del fotodiodo! Il resistore R4 influenza l'ampiezza del segnale dal diodo e le sue caratteristiche di forma/frequenza. Minore è il valore del resistore, minore è il segnale del fotodiodo e migliore è la sua forma. Ho ottenuto risultati abbastanza decenti aumentando il resistore a 4.7 K. Tuttavia, non consiglierei di affrettarsi ad aumentarlo. E in generale, la prima cosa che dovresti ottenere è il funzionamento del ricevitore a una velocità moderata, ad esempio 57600. È meglio farlo nel seguente ordine. Quindi, dopo il decimo controllo dell'impianto, portiamo a zero la resistenza del trimmer R1 e diamo tensione. Colleghiamo il trasmettitore assemblato (parti digitali e analogiche) alla porta com, lanciamo il file batch (dopo aver impostato la velocità della porta su 57600), che ci consente di osservare un'immagine continua della trasmissione di un byte (è stato discusso nel prima parte della trilogia), posizioniamo il laser con il sistema ottico rimosso a due o tre centimetri dal fotodiodo, colleghiamo il logografo all'uscita del ricevitore e iniziamo ad aumentare lentamente la resistenza R1. Dopo qualche tempo, il transistor T1 inizierà ad aprirsi leggermente e all'uscita del ricevitore apparirà un pettine di impulsi. Il valore ottimale della resistenza R1 è determinato visivamente nel corso degli esperimenti dalla forma e dall'ampiezza degli impulsi all'uscita del ricevitore. Quando il trasmettitore è spento, l'ampiezza del rumore all'uscita del ricevitore non deve superare 1-2 volt. Il transistor T1 dovrebbe essere solo leggermente aperto. Il valore tipico della tensione sul suo carico del collettore è 1-2 volt. Dopo aver raggiunto il successo in questa prima fase, puoi andare avanti - allontanare gradualmente ricevitore e trasmettitore, trovare la loro migliore posizione reciproca e, regolando R1, ottenere un pettine di impulsi con un'ampiezza quasi uguale all'ampiezza dell'alimentazione + 12V . La loro forma potrebbe non essere del tutto rettangolare, ma l'ampiezza dovrebbe essere buona. Con la massima distanza possibile del trasmettitore e del ricevitore, è necessario determinare il diametro del punto laser sfocato. Questo diametro ti darà un'idea della portata massima a cui opererà il tuo collegamento. Per me questo diametro era di circa 20 cm, che corrisponde all'incirca a una gamma dinamica di 33 dB. Mi sembra che questo dovrebbe essere sufficiente per una comunicazione affidabile a una distanza di 100 metri senza l'uso di lenti di ingresso oa una distanza di 200 metri, se si utilizza un LED di tipo FD320 sotto forma di una lente di plastica rossa con un diametro di circa un centimetro su base rettangolare. E in presenza di ottiche di input ... Tuttavia, a lunghe distanze ci sono già altri problemi ... Torniamo alla configurazione del ricevitore. Ora è utile provare l'impostazione per diverse velocità della porta com. Infine, puoi collegare la parte digitale del ricevitore e ripetere gli esperimenti descritti nella prima parte di questa trilogia. In particolare non ho detto nulla sul design del ricevitore. Sì, probabilmente è utile avere una sorta di cappa sui LED di ingresso. Infatti, il ricevitore è molto resistente a tutti i tipi di bagliori. La normale illuminazione di una lampadina da 60 watt da una distanza di 70 cm con un angolo di 30 gradi non ha influenzato in alcun modo il funzionamento del circuito. Il condensatore C3 "taglia" molto bene tutte le interferenze a bassa frequenza. Autore: skov@gaap.spb.ru; Pubblicazione: cxem.net
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