Récepteur de communication en lumière visible

Je suis étudiant et je dois concevoir un projet de communication en lumière visible. Les exigences sont une distance de 20 cm entre le récepteur et l'émetteur, un débit de données de 20 kbps / s et il doit fonctionner dans un environnement déjà léger. J'ai fait un schéma et l'ai installé sur une planche à pain.

Cela fonctionne et je pourrais probablement répondre à mes exigences, mais à peine. Je conduis mes leds avec une onde carrée de 20 kHz et vous pouvez voir le résultat sur l'image. Les oscillogrammes supérieurs sont 1V par division et 50us par division (20 kHz) et sont pris lorsque je tourne les leds vers le récepteur. Les plus basses sont 0,3 V par division et 20 ms par déviation (50 Hz) et sont prises lorsque les LED sont éteintes pour que vous puissiez voir les interférences de la foudre dans la pièce.

Mes questions sont donc:

1. Comment mieux filtrer l'interférence 50 Hz? Ça ne montre pas trop quand je transmets avec les leds, mais sans eux j'ai beaucoup de bruit.
2. Dois-je choisir des capuchons plus grands et des résistances plus petites pour mes filtres ou l'inverse? Et quelle devrait être une bonne fréquence de filtrage? Pour l'instant, je viens de jouer avec les valeurs des composants disponibles et j'ai choisi une fréquence bien supérieure à 50 Hz.
3. Si vous avez des conseils de conception, je vous en serai très reconnaissant. Je suis un débutant en électronique, j'ai donc probablement quelques défauts.

Vous avez la bonne idée de base, mais je changerais quelques choses. Oui, vous voulez filtrer passe-haut le signal reçu, mais je n'aime pas coupler directement le détecteur de manière capacitive.

La première étape devrait consister à manipuler le détecteur brut de manière optimale et à fournir un signal de tension à faible impédance. Un petit gain sera utile ici, mais ce n'est pas le point principal de la première étape.

Il existe essentiellement deux façons de faire fonctionner une photodiode, en mode fuite et en mode cellule solaire.

En mode de fuite, la diode est polarisée en inverse et le courant de fuite est proportionnel à la lumière. Ce courant de fuite est assez faible, généralement seulement quelques µA. Le courant sera largement indépendant de la tension inverse, de sorte que toute polarisation inverse pf "quelques volts" fera généralement l'affaire. En mode photocellule, vous gardez la diode court-circuitée et mesurez le courant qu'elle produit. Dans les deux cas, le premier étage finit par être un ampli à transimpédance (entrée de courant, sortie de tension).

Après cela, vous voulez coupler AC (filtre passe-haut) et augmenter le signal en probablement deux étapes. Le filtrage passe-haut entre les étages perdra le bruit de 50 Hz et empêchera la tension de décalage d'entrée d'être augmentée avec le signal souhaité.

Vous voulez 20 kbits / s, donc un contenu en fréquence jusqu'à environ 100 kHz. Gardez à l'esprit la largeur de bande de gain des amplis-op et n'essayez pas d'obtenir trop de gain dans une seule étape. Par exemple, avec une bande passante de gain de 10 MHz (facile à trouver), laissant disons 5x pour que la rétroaction fonctionne correctement, cela signifie un maximum de 20x si vous considérez que votre fréquence d'intérêt la plus élevée est de 100 kHz. Deux niveaux de gain 20x vous donnent globalement 400x, ce qui est probablement suffisant après un certain gain du premier étage également.

Votre schéma de codage sera également essentiel pour que cela fonctionne bien. Vous souhaitez utiliser un codage garantissant que tout le contenu dépasse une fréquence minimale. Cela vous permet un filtre passe-haut agressif pour éliminer les basses fréquences, en particulier le scintillement de la lumière à 50 Hz et au moins ses premières harmoniques. Vous pouvez utiliser quelque chose comme le code de Manchester, ou un rapport cyclique de 1/3 2/3, etc. Cela passera toujours bien une impulsion de 20-40 kHz.

Après cela, vous appliquez des techniques normales de découpage de données pour transformer le signal d'impulsions analogiques en un train d'impulsions numérique, puis décodez numériquement à partir de là.

J'envisagerais de filtrer fortement les passe-haut des données reçues afin que 50 Hz soit laissé derrière. Je pense à quelque chose comme un filtre qui différencie pratiquement les données comme ceci: -

Ensuite, créez un circuit comparateur de seuil inférieur et supérieur et déclenchez une bascule de type annonce sur la transistion positive et réinitialisez le type D sur la transition négative. Le résultat est que vos données sont récupérées.

Je ne suis pas le plus qualifié pour répondre à cette question, je suis sûr que d'autres viendront plus tard avec de meilleures informations. Deux premières questions. Vous êtes sûr que tout ce 50 Hz provient de l'éclairage de la pièce, n'est-ce pas? Avez-vous essayé de couvrir le capteur de lumière et de vous assurer qu'il est toujours là? Juste des trucs curieux comme ça peuvent provenir de votre alimentation, ou ne pas mettre correctement à la terre vos sondes de portée.

En supposant que tout provient de votre capteur, qu'en est-il de l'ajout d'un filtre coupe-bande de 50 Hz?

La deuxième pensée est que vous êtes probablement à la maison en utilisant des ampoules à incandescence comme source ambiante? Lorsque vous irez à l'école pour présenter, vous aurez probablement des lampes fluorescentes, qui au moins aux États-Unis sont le double de la fréquence 60Hz si je me souviens bien.

Si vous rencontrez des interférences avec les lumières de la pièce, je vous suggère d'utiliser une LUMIÈRE COLORÉE pour votre communication, et soit une photodiode sensible principalement à cette couleur, soit un filtre gel qui ne passe que cette couleur pour nettoyer.

Jetez également un œil à la hauteur du haut par rapport au bas. Le sommet est beaucoup plus grand, vous pouvez donc jouer avec la division de tension sur le côté négatif de votre comparateur de sortie pour nettoyer les choses. Je ne vois pas exactement ce qu'est le VCC, mais essayez de remplacer la résistance de 100 Ohms par un 2 kOhm - 5 kOhm (ou même 2-4 10K en parallèle, si vous n'avez pas d'autres résistances dans la bonne plage), et voyez si cela aide. En fait, vous pourriez envisager de remplacer cette résistance par quelque chose comme un potentiomètre 5K, et de la tourner jusqu'à ce que vous obteniez une bonne transmission de votre communication et aucun des artefacts d'éclairage de la pièce.

Vous pouvez obtenir des informations ici: www.openvlc.org
Et ce document peut vous aider: "Une plate-forme de recherche open-source pour la mise en réseau de la lumière visible embarquée"