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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sistema de comunicación para dos ordenadores sobre punteros láser. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры La parte digital del transceptor. Después de mucha experimentación, llegué a la conclusión de que es difícil fabricar un receptor simple y confiable para RS232. Para RS232, debe hacer algo así como un circuito de enlace al nivel de negro (¿o blanco?) "- como en la televisión. No pude hacer esto usando medios simples. Por lo tanto, se decidió cambiar a la representación de código de pulso de Señales RS232 y transmisión de información por pulsos. Tal sistema se ha desarrollado durante mucho tiempo y se llama IRDA. Sin embargo, según la condición del problema, la comunicación debe ser a través de un puerto com. En algún lugar de Internet vi microcircuitos (burgueses, por supuesto ) que se conectan directamente al puerto com, y en la salida tienen una secuencia de pulsos o incluso solo una señal óptica. Y el receptor está integrado en el mismo chip.
Esto es lo que sucedió. Norma FIRDA. Cada borde de la señal RS232 se codifica con un pulso unipolar corto, que se transmite a través de un canal óptico. En el receptor, estos pulsos se alimentan a la entrada de un disparador que opera en el modo de conteo. En la salida del disparador, obtenemos (idealmente) una señal RS232. Básicamente, eso es todo. Este algoritmo, maravilloso en su simplicidad, solo tiene un inconveniente importante, y es que cuando se salta al menos un pulso, comienza a aparecer una inversión de la señal RS232 en la salida del disparador. Por supuesto, podemos decir que si se pierde el flanco inicial en RS232 (o el primer pulso en la ráfaga IRDA), también fallará la sincronización, que, con un flujo de información denso, puede no eliminarse pronto. Sin embargo, en el sistema propuesto, la pérdida de cualquier impulso (no solo el primero) genera problemas. En términos generales, la inmunidad al ruido FIRDA es de 8 a 10 veces peor que IRDA o RS232. En principio, no daría tanto miedo (creemos que los errores aparecen muy raramente) si, con el tiempo, FIRDA entrara en un modo de funcionamiento normal, como ocurre con sus eminentes prototipos. Sin embargo, si no se proporcionan medidas especiales, FIRDA continuará impulsando el flujo invertido hasta que ocurra otra falla ;)) casi resolvió todos los problemas. La adición es muy simple: si durante algún tiempo (bueno, por ejemplo, 0.1 segundos) hay 1 "en la salida del disparador, entonces debe transferirlo con fuerza al estado cero (suponemos que durante la transmisión se detiene en el RS232 la salida es cero). Ahora, para una felicidad completa, debe activar el puerto de comunicaciones del transmisor una vez cada 10 segundos, interrumpiendo la transmisión durante 0.1 segundos para que el disparador del receptor se reinicie. Obviamente, en este ejemplo, la pérdida en la transmisión la velocidad es del 1 por ciento. Ahora, eso es realmente todo. Como ha demostrado la práctica, no es necesario activar la disponibilidad del puerto de comunicaciones del transmisor. Numerosos experimentos han demostrado que en el trabajo real a través de los cuales hay muchas pausas naturales de varias duraciones. (Se probaron varios juguetes de red, una red entre dos Win98, terminales con diferentes protocolos. Solo los terminales que funcionan a través de un módem Z resultaron tener un flujo realmente denso). En mi versión del enlace, el tiempo para forzar el gatillo se establece en unos 5 milisegundos. Tales pausas son muy comunes. Es cierto que esto limita las tasas de transferencia utilizadas desde abajo (en mi caso, al menos 2400). Pero no tuve problemas con ningún software en todo el rango de velocidad de 2400 a 115200.
Descripción del diagrama de circuito La señal Tx de la salida del puerto com a través de la resistencia limitadora R1 se alimenta al circuito de selección de borde ensamblado en los elementos DD1.1, DD1.2. En el pin 4 del elemento DD1.2, hay pulsos con una duración de aproximadamente 1 microsegundo. Los parámetros de tiempo de estos pulsos no son lo suficientemente estables, por lo tanto, el circuito incluye un generador de pulsos de duración normalizada, ensamblado en el disparador T2. Genera pulsos con una duración de unos 3-4 microsegundos. Si es necesario, la duración se ajusta mediante la resistencia R3. Para aquellos que se preocupan por la estabilidad/fiabilidad/alcance del enlace y la velocidad máxima de 57600 es aceptable, les aconsejaría duplicar el valor de C2 y así aumentar la duración del pulso normalizado a 8 milisegundos. Puede usar un interruptor especial para velocidades máximas 115200-57600. conectando la capacitancia adicional C2. (la longitud de los conductores al interruptor debe ser mínima). El circuito de la parte digital del receptor contiene un disparador T1 con elementos R4, R5, C3, V2 que establecen la duración máxima de uno en la salida del disparador. Con las clasificaciones indicadas en el diagrama, son aproximadamente 5 milisegundos. Si solo se va a trabajar a altas velocidades, tiene sentido reducir este tiempo disminuyendo C3. Se ensambla un amplificador de salida en los elementos DD1.3, DD1.4, cuya señal se alimenta a la entrada Rx del puerto com. Esto es por si acaso. Todo funcionó bien para mí en una bobina enredada de cables de 20 metros de largo, cuando tomé una señal no amplificada (a través de una resistencia de 1K) directamente desde el pin 1 del disparador T1. Ahora unas pocas palabras sobre la configuración del esquema. Afortunadamente, la parte digital del transceptor es un circuito completamente independiente y autosuficiente, lo que permite una sintonización y depuración completas sin láser ni partes analógicas. Procedimiento de ajuste Cree un archivo de 300 kilobytes que contenga un carácter (me gustó Y). Cree un archivo por lotes que envíe este archivo al puerto COM y luego se llame a sí mismo ;-) Ejecútelo. Verifique la duración y forma de los pulsos en el transmisor (es mejor hacerlo a máxima velocidad, ya que los pulsos son cortos). Cierre el archivo por lotes. Conecte la salida del transmisor a la entrada del receptor y conecte la salida del receptor a la entrada Rx del mismo puerto com. Ingrese cualquier programa de terminal (utilicé el terminal DN) Intente presionar las teclas. Debería ver los caracteres que se presionan en la pantalla. Si esto no sucede, intente simplemente acortar Rx y Tx y lograr el efecto descrito configurando el programa del terminal, luego intente hacer lo mismo nuevamente a través del transceptor. Y finalmente, el último la prueba mas importante. Esto requerirá dos computadoras. Conecte sus puertos de comunicación con tres cables según el esquema clásico. Ejecute cualquier software que use este enlace. Asegúrate de que todo funcione. Ahora intente insertar un transceptor digital en el espacio de un cable de señal. Intente trabajar con el mismo software a través de esta pieza de hardware y asegúrese de que FIRDA se adapte perfectamente a sus necesidades ;-))), simule interferencias en la transmisión utilizando los métodos disponibles para usted. Después de eso, puede proceder a la construcción de la parte analógica del enlace.
Transmisor No creo que necesite ninguna explicación especial. El diodo láser es la carga del colector del primer transistor. La resistencia en su circuito emisor limita la corriente a través de este transistor y crea las condiciones para el funcionamiento del segundo transistor, que en realidad (junto con R1) es un divisor de voltaje de entrada controlado. El segundo transistor está controlado por la fotocorriente de un diodo integrado en el láser para organizar un circuito para limitar la variación de temperatura de sus parámetros. A medida que aumenta el flujo de luz, aumenta la corriente de base del segundo transistor y desvía la señal de entrada a un nivel seguro para el láser. La resistencia de corte R3 está diseñada para ajustar el nivel permitido de radiación láser. Las clasificaciones del circuito se eligen para que a temperatura ambiente su resistencia se pueda reducir a cero y esto no tenga consecuencias fatales para el diodo láser (al menos yo no tuve problemas). La configuración del transmisor se reduce a medir la amplitud de la señal a través de la resistencia R2 (con la parte digital conectada y funcionando) y configurar la resistencia de corte a la amplitud del pulso correspondiente a una corriente pulsada de 30-35 mA (a temperatura ambiente). Estamos hablando de punteros de 5 milivatios). Para mayor confiabilidad, puede refinar estas cifras para un puntero específico midiendo la corriente a través de él con baterías recién cargadas (antes del desmontaje). Este valor puede tomarse además como la corriente de pulso nominal a través del puntero. Si se usa R4 en el circuito (no lo tengo), y parte de la corriente siempre fluye a través de esta resistencia, la corriente establecida a través de R2 debe reducirse en una cantidad adecuada, de modo que la corriente de pulso total esté dentro de los por encima de los límites. Cuando la temperatura cambia, los parámetros de radiación, por supuesto, flotarán, pero la dispersión de valores se reducirá significativamente debido a la retroalimentación negativa sobre el flujo de luz a través del fotodiodo y el segundo transistor. La resistencia R4 puede establecer el nivel inicial de corriente a través del láser en ausencia de una señal. Se cree que esto aumenta la capacidad de supervivencia del diodo láser. C1 para el mismo propósito suaviza los transitorios cuando el láser se enciende/apaga. К nutrición no hay requisitos especiales, puede tomar + 5V de la computadora. En conclusión, algunas palabras sobre el desmontaje del puntero y su pinout. Sólo puedo hablar de mi par de punteros. Qué tan típico es esto, no lo sé. Primero, limé el cuerpo con una lima a lo largo del perímetro del puntero al nivel del botón de encendido del puntero. La parte de la batería está rota. Se hace visible una pequeña placa de circuito impreso en la que se adjunta el botón. La bufanda se suelda directamente a los cables del diodo láser. Con una aguja, medí la profundidad de la manga, en la que se presiona el láser. Hice una segunda incisión, tratando de llegar al nivel de la manga, como resultado de lo cual recibí un muñón de un puntero con una parte óptica completamente conservada, y en el otro lado (cortado) había tres cables con un pañuelo, que desoldé. Entonces, hay tres conclusiones que sobresalen de la parte cortada del puntero. Están dispuestos en un triángulo. Uno de ellos está conectado al cuerpo del diodo láser. Este es el pin común del diodo láser y el fotodiodo. Supongamos que esta conclusión corresponde a la esquina superior del triángulo. Luego, la salida del fotodiodo se ubicará en la parte inferior derecha, y la salida del diodo láser se ubicará en la parte inferior izquierda. Antes del desmontaje, es útil estudiar la divergencia del rayo láser sin un sistema óptico. Lo necesitará cuando evalúe la sensibilidad de su receptor y el alcance de su enlace. Para hacer esto, debe desenroscar con cuidado el sistema óptico de la parte frontal del puntero y medir el diámetro del punto, que se obtiene a una distancia del puntero en el rango de 5-25 cm. Ahora puede proceder a construir la mayoría parte importante del enlace - la parte analógica del receptor.
Receptor parte analógica. Este bloque requiere la mayor precisión y, diría, cultura de circuitos durante la construcción y puesta en marcha. Es mejor tomar energía no de una computadora, sino de una fuente de alimentación estabilizada separada. La longitud de los conductores debe mantenerse al mínimo. Condensadores de filtrado de potencia C1, C2.C4, C5 d.b. ubicado lo más cerca posible de las salidas del amplificador operacional. Especialmente importante es la proximidad al sistema operativo de los elementos del circuito de entrada C3, VD1, R4. Es deseable una disposición compacta y un blindaje de toda la estructura. Con un diseño de circuito adecuado, no debería tener ningún problema con la sintonización. Ninguno de los requisitos enumerados anteriormente se cumplió en mi escritorio y, sin embargo, todo funciona correctamente. Por lo tanto, existe la esperanza de que si hace todo bien, también funcione para usted ;-))) Algunas palabras sobre el esquema en sí. Ella es extremadamente simple. ¡Observe la polaridad del fotodiodo! La resistencia R4 afecta la amplitud de la señal del diodo y sus características de forma/frecuencia. Cuanto menor sea el valor de la resistencia, menor será la señal del fotodiodo y mejor será su forma. Obtuve resultados bastante decentes al aumentar la resistencia a 4.7 K. Sin embargo, no recomendaría apresurarse a aumentarla. Y en general, lo primero que debe lograr es el funcionamiento del receptor a una velocidad moderada, por ejemplo 57600. Es mejor hacerlo en el siguiente orden. Entonces, después de la décima verificación de la instalación, llevamos la resistencia del recortador R1 a cero y encendemos la alimentación. Conectamos el transmisor ensamblado (partes digitales y analógicas) al puerto com, iniciamos el archivo por lotes (después de configurar la velocidad del puerto a 57600), lo que nos permite observar una imagen continua de la transmisión de un byte (se discutió en el primera parte de la trilogía), colocamos el láser con el sistema óptico retirado a dos o tres centímetros del fotodiodo, conectamos el logografo a la salida del receptor y comenzamos a aumentar lentamente la resistencia R1. Después de un tiempo, el transistor T1 comenzará a abrirse ligeramente y aparecerá un peine de pulsos en la salida del receptor. El valor óptimo de la resistencia R1 se determina visualmente en el curso de experimentos por la forma y amplitud de los pulsos en la salida del receptor. Cuando el transmisor está apagado, la amplitud del ruido en la salida del receptor no debe exceder de 1 a 2 voltios. El transistor T1 solo debe estar ligeramente abierto. El valor típico del voltaje en su carga de colector es de 1-2 voltios. Después de lograr el éxito en esta primera etapa, puede continuar: separe gradualmente el receptor y el transmisor, encuentre su mejor posición mutua y, al ajustar R1, obtenga un peine de pulsos con una amplitud casi igual a la amplitud del suministro de + 12V . Su forma puede no ser del todo rectangular, pero la amplitud debe ser buena. Con la máxima separación posible del transmisor y el receptor, es necesario determinar el diámetro del punto láser desenfocado. Este diámetro le dará una idea del rango máximo en el que operará su enlace. Para mí, este diámetro era de unos 20 cm, lo que corresponde aproximadamente a un rango dinámico de 33 dB. Me parece que esto debería ser suficiente para una comunicación confiable a una distancia de 100 metros sin el uso de lentes de entrada o a una distancia de 200 metros, si usa un LED tipo FD320 en forma de lente de plástico rojo con un diámetro de aproximadamente un centímetro sobre una base rectangular. Y en presencia de óptica de entrada... Sin embargo, a largas distancias ya hay otros problemas... Volvamos a configurar el receptor. Ahora es útil probar la configuración para diferentes velocidades de puerto COM. Y finalmente, puedes conectar la parte digital del receptor y repetir los experimentos descritos en la primera parte de esta trilogía. Específicamente no dije nada sobre el diseño del receptor. Sí, probablemente sea útil tener algún tipo de cubiertas en los LED de entrada. De hecho, el receptor es muy resistente a todo tipo de destellos. La iluminación habitual de una bombilla de 60 vatios desde una distancia de 70 cm en un ángulo de 30 grados no afectó de ninguna manera el funcionamiento del circuito. El condensador C3 "corta" muy bien todas las interferencias de baja frecuencia. Autor: skov@gaap.spb.ru; Publicación: cxem.net
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