Estoy trabajando en un proyecto VLC en el que necesito transmitir datos codificados a través de un LED utilizando una placa Arduino a un receptor de fotodiodo que de alguna manera demodula la señal y extrae los datos. Estoy buscando una tasa de transmisión de al menos 1 Kbps, donde cualquier valor superior es puntos de bonificación. El problema es que habrá luz ambiental presente y mi LED no puede ser de un color rojo o verde distinto para parecerse a un accesorio de iluminación común. Por lo tanto, una solución que estoy considerando es modular el LED a dos frecuencias establecidas, por ejemplo, 30 kHz y 35 kHz, y conectar el fotodiodo a un filtro de paso de banda diseñado para 35 kHz, de modo que la salida del filtro sea lógica cuando mi LED se modula a 35 kHz. y un 0 lógico cuando su mod a 30 kHz (esto se simplifica, id hace algo donde un 1 lógico tiene una duración determinada de 35 seguido de una duración determinada de 30). Prácticamente esta idea se basa en el protocolo NEC utilizado para los controles remotos. Me gustaría saber si esta configuración funcionaría antes de comenzar a armarla ya que no puedo encontrar ningún simulador que simule razonablemente las interacciones LED / fotodiodo. Además, ya que soy un principiante y estoy seguro de que todos ustedes tienen ideas maravillosas, ¿hay algo que pueda hacer mejor o diferente? Cualquier entrada sería de oro!
Transmisión de la señal de comunicación con luz visible
6 respuestas
Su investigación ha señalado los métodos utilizados por los controles remotos de TV, que han mejorado la transmisión de datos que es robusta. Un enlace LED visible tiene poca diferencia óptica con respecto al enlace óptico infrarrojo utilizado universalmente por todos los controles remotos. Quizás un poco de investigación sobre esos excelentes chips de receptores remotos de IR sería un tiempo bien empleado. Vishay describe los aspectos internos con un poco más de detalle en esta nota: descripción del circuito del control remoto del receptor IR
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LástimaqueesoschipsreceptoresremotosIRsonópticamenteopacosalaluzvisible(soloaceptanlongitudesdeondainfrarrojasmáslargasqueaproximadamente750nm).EstefiltroópticoeselúnicomotivoporelqueestoschipsnosepuedenusarconunafuentedeluzLEDrojavisible.
Supropuestadealternanciaentre30-35Khz.Lamodulaciónestambiénunenfoquerazonable.Unfotodetector,filtrodepasodebanda,limitador,enundetectorPLLcomoLM567o4046podríaprocesarlaseñalrecibida.Sinohayseñal,esprobablequeobtengadatosdebasura,porloqueunprotocolodedatosconsumadecomprobaciónopaquetesCRCseríaapropiado.Aquíhayunaideaparaelreceptorfrontal"front-end" que podría alimentar el demodulador PLL ...
Si puede, elija un led ROJO de alta eficiencia (no verde) que tenga un ancho de haz ajustado como 8 grados o menos, con lente de plástico transparente (no difusa). Tendrá que apuntar con bastante cuidado al fotodetector receptor. Puede modular fácilmente este LED con 30/35 KHz. onda cuadrada de una fuente digital.
Los fototransistores de silicio tienen la mejor eficiencia para infrarrojos, pero aún así detectan la luz ROJA visible lo suficientemente bien, pero no tanta luz VERDE de su LED. Se podría usar un fototransistor de lente transparente estándar, con una carga sintonizada que comprende un circuito sintonizado de L-C (sintonizado a 33 KHz). Una gran resistencia de polarización (3.3MEGohm) ayuda a mejorar la respuesta de CA a 33KHz. La luz ambiental de la habitación proporciona un sesgo adicional también. La Q cargada del paso de banda L-C debe ser inferior a diez para su aplicación.
Lo que estoy considerando es modular el LED a dos frecuencias establecidas, por ejemplo, 30 kHz y 35 kHz, y conectar el fotodiodo a un filtro de paso de banda diseñado para 35 kHz, de modo que la salida del filtro sea lógica cuando mi LED se modula a 35 kHz y un 0 lógico cuando su mod a 30kHz
Puede ahorrar energía simplemente apagando el LED por completo para transmitir un 0, en lugar de transmitir una señal y desecharlo en el receptor.
O puede mejorar la SNR efectiva si utiliza un receptor que puede detectar 30 y 35 kHz, pero puede distinguir la diferencia entre ellos.
Si puede administrar para modular y demodular correctamente la señal, no debería tener muchos problemas. Los pares de fotodiodos LED infrarrojos ayudan a reducir la interferencia, especialmente si los eliges para que uno emita a la sensibilidad máxima del otro. Además, si utiliza algún tipo de amplificador para la señal del fotodiodo, asegúrese de estabilizar el sistema, ya que tienden a oscilar si no se implementan con cuidado (especialmente a frecuencias cada vez más altas, cuando la ganancia comienza a disminuir).
Un enfoque alternativo a este problema es leer en datos analógicos y realizar el procesamiento en el dominio digital.
Utilizar una técnica como correlación cruzada probablemente funcionará bien, podría ser un poco excesivo para esta aplicación pero debe ser bastante robusto. La forma típica de aplicar esto sería restar el resultado de dos correlaciones cruzadas, y usar un solo ciclo de las dos frecuencias como las ventanas para las dos correlaciones cruzadas. (Esto también podría expandirse fácilmente para reconocer más frecuencias o patrones para una codificación más compleja)
La modulación de la que está hablando es Keying Shift Frequency Shift . Creo que es algo similar a lo que hace el sensor TSOP . Pero funciona en IR. Y francamente siento que es una exageración para VLC.
Si realmente desea una comunicación con luz "visible", solo necesita un fotodetector lo suficientemente bueno. He usado algunos fotodiodos que funcionan razonablemente bien incluso a 9600 baudios (estaba usando UART como mi modulador / demodulador). El circuito receptor utilizado fue un amplificador de transimpedancia para obtener una forma de onda de voltaje de la corriente del fotodiodo, seguido de un comparador. Solo necesitarías un LED suficientemente brillante para aumentar el rango. Tuve que establecer el umbral del comparador de forma manual, pero podría implementar el control automático de ganancia para superar ese problema.
Un método de filtrado muy simple es cubrir su sensor con plástico tintado (si está usando LED rojos, cubra su sensor con filtros verdes y azules). Usted está efectivamente filtrando el paso de la señal de luz. En el circuito, si está trabajando con una velocidad de datos de 10 kHz, entonces un filtro pasivo de paso alto RC para bloquear el ruido de 50 Hz / 60 Hz debería ser suficiente. Porque si lo piensas bien, la luz ambiental proviene de la fuente de sol / CC como una antorcha, es decir, su CC o de una fuente de luz alimentada por la red, es decir, está a una onda de 50Hz / 60Hz. Un filtro de paso alto debería hacer el truco de eliminar el ruido.
Cuando diseñé y construí un sistema similar (bueno, pulsaciones simples ("0-1-0 ... etc") del transmisor, nada más) cuando los dinosaurios vagaban por la tierra, encontré una pieza de 25 mm de diámetro de tubería plástica negra mate, tal vez 50 mm-75 mm de largo, con los dispositivos de transmisión y recepción en los extremos de estos tubos cortos, resolvió todos los problemas que tenía con los dispositivos electrónicos que detectaban la entrada de luz diurna o iluminación artificial.
Antes de que un editor salte para eliminar esto, sugiero que este es el epítome de una respuesta electrónica porque de un solo "golpe" mis trozos de tubo de plástico filtraron cada fuente no deseada de interferencia electromagnética lo suficiente. Solución perfecta. Simplemente no apunte el receptor hacia la ventana o los accesorios de iluminación.
Una pieza corta de tubería en mi caso también determinó la libertad en el diseño electrónico general. ¿Y no está toda la electrónica diseñada específicamente para el entorno en el que se va a utilizar? Un trozo de tubería determina la electrónica: todo es normal aquí ...
¿Por qué usé el protector de tubería en el transmisor? Únicamente por los requisitos específicos de esa instalación en particular. No me hubiera molestado con un protector de tubería de transmisor en muchas otras circunstancias.
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