Cómo modular un LED para enviar datos y recibir con un fotodiodo

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¿Cuál es el concepto de modular una fuente de luz (led blanco, led IR, etc.) para enviar datos y luego demodularlos con un fotodiodo de nuevo en datos?

Quiero experimentar con el uso de diodos IR / blancos para enviar datos a varias frecuencias por encima de 1 mhz al aire libre. Sé que existen partes preexistentes, como los receptores IR de 36 kHz, pero quiero entender la teoría de fondo de cómo los lados de TX y RX encajan con los distintos pasos / partes para poder reproducirla y luego ver si puedo modifíquelo para que funcione en frecuencias más altas o en rangos adicionales.

Tengo una comprensión básica del funcionamiento del proceso (por ejemplo, cómo funcionan los controles remotos), pero una explicación en profundidad de los lados de TX / RX sería útil desde un microcontrolador que conmuta el LED de TX hasta un microcontrolador RXing los datos con las partes necesarias que se pueden requerir en ambos extremos (si corresponde). Las explicaciones sobre los protocolos específicos específicos de la transferencia de datos pueden omitirse.

Gracias por la ayuda.

    
pregunta randy newfield

2 respuestas

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Creo que deberías comenzar con tal vez 100KHz antes de intentar empujar el sobre hasta 1MHz. A medida que aumenta la frecuencia del pulso, se encontrará con un 'muro de ladrillos' en el límite de la conmutación de diodos del LED & Frecuencia pulsante de emisión de luz.

Si bien hay diodos / láseres súper rápidos utilizados para la transmisión de fibra; no todos los LED funcionarán a velocidades de MHz.

En cuanto a la modulación real de la luz; puede elegir entre AM, FM, OOK o PWM para codificar datos en sus pulsos. Si bien podría escribir varios párrafos sobre el uso de cada uno en este caso, no creo que lo esté haciendo mucho mejor que los respectivos artículos de Wikipedia, por lo que los remitiré aquí.

Una vez que haya decidido su frecuencia de pulso de banda base & su método de modulación, su MCU en la unidad de envío puede conducir directamente un transistor para operar el LED de envío.

Sin embargo, en el extremo receptor, querrá usar un circuito de filtro activo (amplificador de banda selectiva) para amplificar & paso de banda filtre su señal recibida, mientras bloquea ruidos extraños.

Después de la etapa de amplificación / filtro, todo lo que queda es desmontar su señal (usando un ADC de potencia de envolvente para AM, OOK o PWM; o la demodulación de FM adecuada) y enviarlo a la MCU receptora.

    
respondido por el Robherc KV5ROB
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La mayoría de los controles remotos IR usan una portadora de 36 kHz, no 48 kHz. Hay algunos protocolos comunes, siendo el más utilizado probablemente RC-5 .

En RC-5, un paquete binario de 14 bits se codifica primero utilizando Codificación Manchester . En la codificación de Manchester, los bits se codifican como transiciones en una forma de onda: cero se convierte en bajo seguido de un alto, uno se convierte en alto seguido de bajo. Estas transiciones ocurren a intervalos constantes.

Laventajadeestesistemaesque,dadoquelosbitssecodificancomotransicionesqueocurrenconunatemporizaciónpredecible,elreceptorpuedesincronizarsupropiorelojconlaseñalyrecuperarlosdatos.

LaseñalcodificadadeManchestersemodulaenamplitudenunaportadorade36kHz.Entérminosmássimples,cuandolaseñalcodificadaesalta,losLEDinfrarrojosseenciendenyapaganaunafrecuenciade36kHz.Cuandolaseñalcodificadaesbaja,losLEDsemantienenapagados.Unbitcodificadosetransmitecada1.778ms.

El receptor tiene un fotodiodo que se utiliza para la recepción. El fotodiodo generalmente está detrás de un filtro IR que permite que solo pasen ciertas longitudes de onda IR, lo que reduce la interferencia de la luz solar y las lámparas. La corriente del fotodiodo varía directamente con la exposición a la luz, y primero se amplifican pequeños cambios en esta corriente, luego se filtran los pases de banda (se eliminan todas las frecuencias, además de las cercanas a 36 kHz) y finalmente se pasan a un detector de envolvente. El detector de envolvente rastrea y promedia la amplitud de la señal, eliminando la modulación. Un circuito de control automático de ganancia ajusta la ganancia del amplificador para las condiciones de luz ambiental.

Los datos se recuperan buscando transiciones en la señal. Después de cada transición, el receptor espera un retraso fijo de poco menos de 1.778 ms antes de escuchar la siguiente transición, para distinguir los datos de las transiciones de "relleno" que ocurren entre los bits. Una vez que se han recibido todos los bits, se procesa el comando.

Esto resume cómo funciona un protocolo de IR común, relativamente simple. RC-5 es claramente inútil para transmitir cualquier cosa que no sea presionar un botón en un control remoto, pero ilustra bien la tecnología. Existen protocolos más rápidos, como las variantes IRDA, pero tienen un rango muy corto ya que no emplean una modulación real en los datos. Si desea transferir una gran cantidad de datos relativamente por infrarrojos, usaría multiplexación por división de frecuencia ortogonal (con procesamiento de señal digital) para modular los datos.

    
respondido por el jms

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