Receptor de comunicação com luz visível

Sou estudante e tenho que criar um projeto de comunicação por luz visível. Os requisitos são uma distância de 20 cm entre o receptor e o transmissor, taxa de dados de 20 kbps / s e deve funcionar em um ambiente já leve. Eu fiz um esquema e coloquei em uma tábua de pão.

Funciona e eu provavelmente poderia cumprir meus requisitos, mas mal. Estou dirigindo meus leds com uma onda quadrada de 20kHz e você pode ver o resultado na imagem. Os oscilogramas superiores são de 1V por divisão e 50us por divisão (20 kHz) e são obtidos quando eu ligo os leds em direção ao receptor. Os mais baixos são 0.3V por divisão e 20 ms por desvio (50 Hz) e são capturados quando os leds são desligados para que você possa ver a interferência de raios na sala.

Então, minhas perguntas são:

1. Como eu poderia filtrar melhor a interferência de 50Hz? Não está mostrando muito quando transmito com os leds, mas sem eles tenho muito barulho.
2. Devo escolher tampas maiores e resistores menores para meus filtros ou o contrário? E qual deve ser uma boa frequência de filtragem? Por enquanto, eu apenas brinquei com os valores dos componentes disponíveis e escolhi uma frequência bem acima de 50 Hz.
3. Se você tiver algum conselho de design, ficarei muito agradecido. Eu sou iniciante em eletrônica, então provavelmente tenho algumas falhas.

Você tem a idéia básica certa, mas eu mudaria algumas coisas. Sim, você deseja filtrar com alta frequência o sinal recebido, mas não gosto de acoplar capacitivamente o detector diretamente.

O primeiro estágio deve ser o manuseio ideal do detector bruto e o fornecimento de um sinal de baixa impedância de tensão. Um pequeno ganho será útil aqui, mas esse não é o ponto principal da primeira etapa.

Existem basicamente duas maneiras de executar um fotodiodo, no modo de vazamento e no modo de célula solar.

No modo de vazamento, o diodo é polarizado inversamente e a corrente de vazamento é proporcional à luz. Essa corrente de fuga é muito pequena, geralmente apenas alguns µA. A corrente será em grande parte independente da tensão reversa, de modo que qualquer viés inverso conveniente de "alguns volts" de inversão normalmente ocorrerá. No modo fotocélula, você mantém o diodo em curto e mede a corrente que produz. De qualquer forma, o primeiro estágio acaba sendo um amplificador de transimpedância (entrada de corrente, saída de tensão).

Depois disso, você deseja conectar o AC (filtro passa-alto) e obter o sinal provavelmente em dois estágios. A filtragem de alta passagem entre os estágios perde o ruído de 50 Hz e evita que a tensão de compensação de entrada seja aumentada junto com o sinal desejado.

Você quer 20 kbits / s, portanto, conte com frequência de até 100 kHz. Lembre-se da largura de banda de ganho dos opamps e não tente obter muito ganho em nenhum estágio. Por exemplo, com largura de banda de ganho de 10 MHz (fácil de encontrar), deixando digamos 5x para que o feedback funcione corretamente, isso significa um máximo de 20x se você considerar sua frequência de interesse mais alta como 100 kHz. Dois estágios de ganho de 20x oferecem 400x em geral, o que provavelmente é suficiente após alguns ganhos do primeiro estágio.

Seu esquema de codificação também será fundamental para que este funcione bem. Você deseja usar a codificação que garanta que todo o conteúdo esteja acima de uma frequência mínima. Isso permite que você passe agressivamente o filtro passa-alto para eliminar as frequências mais baixas, principalmente a oscilação da luz de 50 Hz e pelo menos seus primeiros harmônicos. Você pode usar algo como código manchester ou 1/3 2/3 do ciclo de trabalho etc. Com três pólos de filtragem passa-alto definidos para talvez 5 kHz rolloff, 500 Hz (até 10º harmônico de tremulação de luz) serão atenuados por 1000 Isso ainda passará bem de 20 a 40 kHz.

Depois disso, você aplica técnicas normais de corte de dados para transformar o sinal de pulsos analógicos em um trem de pulsos digitais e decodificar digitalmente a partir daí.

Eu consideraria a filtragem altamente passa-alta dos dados recebidos, para que 50Hz seja deixado para trás. Estou pensando em algo como um filtro que praticamente diferencia os dados como este: -

Em seguida, faça um circuito comparador de limite inferior e superior e acione o flip-flop do tipo de anúncio na transição positiva e redefina o tipo D na transição negativa. O resultado é que seus dados são recuperados.

Não sou o mais qualificado para responder a essa pergunta, tenho certeza que outros virão mais tarde com informações melhores. Primeiras duas perguntas. Você tem certeza de que todos esses 50Hz são da iluminação da sala, certo? Você já tentou cobrir o sensor de luz e garantir que ele ainda esteja lá? Apenas coisas curiosas como essa podem vir do seu suprimento ou não aterrar corretamente as sondas do osciloscópio.

Supondo que seja tudo do seu sensor, que tal adicionar um filtro de entalhe de 50Hz?

O segundo pensamento é que você provavelmente está em casa usando lâmpadas incandescentes como fonte ambiental? Quando você vai à escola apresentar, provavelmente terá luzes fluorescentes, que pelo menos nos EUA têm o dobro da frequência de 60Hz, se bem me lembro.

Se você está tendo interferência das luzes da sala, sugiro usar uma LUZ COLORIDA para sua comunicação e um fotodiodo sensível principalmente àquela cor ou um filtro de gel que passe apenas essa cor para limpá-la.

Além disso, dê uma olhada na altura do topo versus do fundo. A parte superior é muito maior, para que você possa mexer com a divisão de tensão no lado negativo do seu comparador de saída para limpar as coisas. Não vejo exatamente o que é VCC, mas tente substituir o resistor de 100 Ohm por 2 kOhm - 5 kOhm (ou até 2-4 10K em paralelo, se você não tiver outros resistores na faixa correta) e veja se isso ajudar. De fato, você pode considerar substituir esse resistor por algo como um trimpot de 5K e ligá-lo até obter uma boa passagem da sua comunicação e nenhum artefato da luz da sala.

Você pode obter algumas informações aqui: www.openvlc.org
E este documento pode ajudá-lo: "Uma plataforma de pesquisa de código aberto para redes de luz visível visível incorporada"