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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Système de communication pour deux ordinateurs sur pointeurs laser. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / ordinateurs La partie numérique de l'émetteur-récepteur. Après de nombreuses expérimentations, je suis arrivé à la conclusion qu'un récepteur simple et fiable pour RS232 est difficile à fabriquer. Pour RS232, vous devez créer quelque chose comme un circuit de liaison au niveau noir (ou blanc?) "- comme à la télévision. Je ne pouvais pas le faire avec des moyens simples. Par conséquent, il a été décidé de passer à la représentation par code d'impulsion de Signaux RS232 et transmettent des informations par impulsions.Un tel système a été développé depuis longtemps et s'appelle IRDA.Cependant, selon l'état du problème, la communication doit se faire via un port com.Quelque part sur Internet, j'ai vu des microcircuits (bourgeois, bien sûr ) qui sont connectés directement au comport, et à la sortie ils ont une séquence d'impulsions ou même simplement un signal optique.Et le récepteur est intégré dans la même puce.
Voici ce qui s'est passé. Norme FIRDA. Chaque front du signal RS232 est codé avec une courte impulsion unipolaire, qui est transmise sur un canal optique. Au niveau du récepteur, ces impulsions sont envoyées à l'entrée d'un déclencheur fonctionnant en mode comptage. En sortie du trigger, on obtient (idéalement) un signal RS232. En gros, c'est tout. Cet algorithme, d'une simplicité merveilleuse, n'a qu'un inconvénient majeur, à savoir que lorsqu'au moins une impulsion est sautée, une inversion du signal RS232 commence à apparaître à la sortie du déclencheur. Bien sûr, on peut dire que si le front de départ dans RS232 (ou la première impulsion dans la rafale IRDA) est perdu, la synchronisation échouera également, ce qui, avec un flux d'informations dense, ne sera peut-être pas éliminé de sitôt. Cependant, dans le système proposé, la perte de toute impulsion (pas seulement la première) entraîne des problèmes. En gros, l'immunité au bruit FIRDA est 8 à 10 fois pire que IRDA ou RS232. En principe, ce ne serait pas si effrayant (nous pensons que les erreurs apparaissent assez rarement) si, au fil du temps, FIRDA revenait à un fonctionnement normal, comme cela se produit avec ses éminents prototypes. Cependant, si des mesures particulières ne sont pas prévues, FIRDA continuera à piloter le flux inversé jusqu'à ce qu'une autre panne se produise ;)) C'est le fonctionnement inverse à long terme qui m'a semblé le principal inconvénient de FIRDA et je l'ai complété par un petit additif, qui plus tard m'a surpris par son efficacité et a presque résolu tous les problèmes. L'ajout est très simple: si pendant un certain temps (enfin, par exemple, 0.1 sec) il y a 1 "à la sortie du déclencheur, alors vous devez le transférer de force à l'état zéro (nous supposons que pendant les pauses de transmission au RS232 sortie il est zéro).Maintenant, pour un bonheur complet, vous devez tirer sur le port com de l'émetteur de préparation une fois toutes les 10 secondes, interrompant la transmission pendant 0.1 seconde afin que le déclencheur du récepteur se réinitialise.Évidemment, dans cet exemple, la perte de vitesse de transmission est de 1 pour cent. Maintenant, c'est vraiment tout. Comme l'a montré la pratique, il n'est pas nécessaire de tirer l'état de préparation du port com de l'émetteur. De nombreuses expériences ont montré que dans le travail réel à travers lequel il y a de nombreuses pauses naturelles de durées diverses. (plusieurs jouets réseau ont été testés, un réseau entre deux terminaux Win98, avec des protocoles différents. Seuls les terminaux fonctionnant via un Z-modem se sont avérés avoir un flux vraiment dense). Dans ma version du lien, le temps pour forcer le déclencheur est fixé à environ 5 millisecondes. De telles pauses sont très fréquentes. Certes, cela limite les taux de transfert utilisés par le bas (dans mon cas, au moins 2400). Mais je n'ai eu aucun problème avec aucun logiciel dans toute la plage de vitesse de 2400..115200.
Description du schéma de circuit Le signal Tx de la sortie du port com à travers la résistance de limitation R1 est envoyé au circuit de sélection de front monté sur les éléments DD1.1, DD1.2. À la broche 4 de l'élément DD1.2, il y a des impulsions d'une durée d'environ 1 microseconde. Les paramètres temporels de ces impulsions ne sont pas assez stables, par conséquent, le circuit comprend un générateur d'impulsions normalisées en durée, monté sur le trigger T2. Il génère des impulsions d'une durée d'environ 3-4 microsecondes. Si nécessaire, la durée est ajustée par la résistance R3. Pour ceux qui se soucient de la stabilité / fiabilité / portée du lien et que la vitesse maximale de 57600 est acceptable, je vous conseillerais de doubler la valeur de C2 et d'augmenter ainsi la durée de l'impulsion normalisée à 8 millisecondes. Vous pouvez utiliser un interrupteur spécial pour les vitesses maximales 115200-57600. connexion de la capacité supplémentaire C2. (la longueur des fils vers l'interrupteur doit être minimale.) Le circuit de la partie numérique du récepteur contient un déclencheur T1 avec des éléments R4, R5, C3, V2 qui définissent la durée maximale d'un à la sortie du déclencheur. Avec les notes indiquées sur le diagramme, il est d'environ 5 millisecondes. Si l'on ne va travailler qu'à des vitesses élevées, il est logique de réduire ce temps en diminuant C3. Un amplificateur de sortie est assemblé sur les éléments DD1.3, DD1.4, dont le signal est envoyé à l'entrée Rx du port com. C'est juste au cas où. Tout a bien fonctionné pour moi sur une bobine confuse de fils de 20 mètres de long, lorsque j'ai pris un signal non amplifié (à travers une résistance 1K) directement à partir de la broche 1 du déclencheur T1. Maintenant, quelques mots sur la configuration du schéma. Heureusement, la partie numérique de l'émetteur-récepteur est un circuit complètement indépendant et autosuffisant, permettant un réglage et un débogage complets sans aucun laser ni partie analogique. Procédure de réglage Créez un fichier de 300 kilo-octets contenant un caractère (j'ai aimé Y). Créez un fichier batch qui envoie ce fichier au port com, puis s'appelle lui-même ;-) Exécutez-le. Vérifiez la durée et la forme des impulsions dans l'émetteur (il est préférable de le faire à vitesse maximale, car les impulsions sont courtes). Fermez le fichier de commandes. Connectez la sortie de l'émetteur à l'entrée du récepteur et connectez la sortie du récepteur à l'entrée Rx du même port com. Entrez n'importe quel programme de terminal (j'ai utilisé le terminal DN) Essayez d'appuyer sur les touches. Vous devriez voir les caractères pressés sur l'écran. Si cela ne se produit pas, essayez simplement de court-circuiter Rx et Tx et obtenez l'effet décrit en configurant le programme du terminal, puis essayez à nouveau de faire la même chose via l'émetteur-récepteur. Et enfin, le dernier l'épreuve la plus importante. Cela nécessitera deux ordinateurs. Connectez leurs ports com avec trois fils selon le schéma classique. Exécutez n'importe quel logiciel qui utilise ce lien. Assurez-vous que tout fonctionne. Essayez maintenant d'insérer un émetteur-récepteur numérique dans l'espace d'un fil de signal. Essayez de travailler avec le même logiciel à travers ce matériel et assurez-vous que FIRDA vous convient parfaitement ;-))), simulez des interférences dans la transmission en utilisant les méthodes à votre disposition. Après cela, vous pouvez procéder à la construction de la partie analogique du lien.
Émetteur Je ne pense pas qu'il nécessite une explication particulière. La diode laser est la charge de collecteur du premier transistor. La résistance dans son circuit d'émetteur limite le courant à travers ce transistor et crée des conditions pour le fonctionnement du deuxième transistor, qui est en fait (avec R1) un diviseur de tension d'entrée commandé. Le deuxième transistor est commandé par le photocourant d'une diode intégrée au laser pour organiser un circuit de limitation de la dérive en température de ses paramètres. Lorsque le flux lumineux augmente, le courant de base du deuxième transistor augmente et il shunte le signal d'entrée à un niveau sans danger pour le laser. La résistance ajustable R3 est conçue pour ajuster le niveau admissible de rayonnement laser. Les valeurs nominales du circuit sont choisies de manière à ce qu'à température ambiante, sa résistance puisse être réduite à zéro et que cela n'entraîne pas de conséquences fatales pour la diode laser (au moins je n'ai eu aucun problème). Le réglage de l'émetteur revient à mesurer l'amplitude du signal aux bornes de la résistance R2 (avec la partie numérique connectée et en fonctionnement) et à régler la résistance d'ajustement à l'amplitude d'impulsion correspondant à un courant pulsé de 30-35 mA (à température ambiante). ( Nous parlons de pointeurs de 5 milliwatts). Pour plus de fiabilité, vous pouvez affiner ces chiffres pour un pointeur spécifique en mesurant le courant qui le traverse avec des batteries fraîchement chargées (avant le démontage). Cette valeur peut en outre être considérée comme le courant d'impulsion nominal à travers le pointeur. Si R4 est utilisé dans le circuit (je ne l'ai pas) et qu'une partie du courant circule toujours à travers cette résistance, le courant réglé à travers R2 doit être réduit d'une quantité appropriée, de sorte que le courant d'impulsion total soit dans le au-dessus des limites. Lorsque la température change, les paramètres de rayonnement flotteront bien sûr, mais la propagation des valeurs sera considérablement réduite en raison de la rétroaction négative sur le flux lumineux à travers la photodiode et le deuxième transistor. La résistance R4 peut régler le niveau initial de courant à travers le laser en l'absence de signal. On pense que cela augmente la capacité de survie de la diode laser. C1 dans le même but lisse les transitoires lorsque le laser est allumé / éteint. К la nutrition il n'y a pas d'exigences particulières, vous pouvez prendre le + 5V de l'ordinateur. En conclusion, quelques mots sur le démontage du pointeur et son brochage. Je ne peux parler que de ma paire de pointeurs. C'est typique, je ne sais pas. Tout d'abord, j'ai déposé le corps avec une lime le long du périmètre du pointeur au niveau du bouton d'alimentation du pointeur. La partie batterie est cassée. Une petite carte de circuit imprimé sur laquelle le bouton est fixé devient visible. L'écharpe est soudée directement aux fils de la diode laser. Avec une aiguille, j'ai mesuré la profondeur de la manche, dans laquelle le laser lui-même est pressé. J'ai fait une deuxième incision, en essayant d'atteindre le niveau de la manche, à la suite de quoi j'ai reçu un moignon d'un pointeur avec une partie optique complètement conservée, et de l'autre côté (coupé), il y avait trois fils avec un mouchoir, que j'ai dessoudé. Donc, il y a trois conclusions qui sortent de la partie coupée du pointeur. Ils sont disposés en triangle. L'un d'eux est relié au corps de la diode laser. C'est la broche commune de la diode laser et de la photodiode. Supposons que cette conclusion corresponde au coin supérieur du triangle. Ensuite, la sortie de la photodiode sera située en bas à droite et la sortie de la diode laser sera située en bas à gauche. Avant le démontage, il est utile d'étudier la divergence du faisceau laser sans système optique. Vous en aurez besoin pour évaluer la sensibilité de votre récepteur et la portée de votre liaison. Pour ce faire, vous devez dévisser soigneusement le système optique de l'avant du pointeur et mesurer le diamètre du point, qui est obtenu à une distance du pointeur de l'ordre de 5 à 25 cm. Vous pouvez maintenant procéder à la construction du plus partie importante du lien - la partie analogique du récepteur.
Récepteur partie analogique. Ce bloc nécessite la plus grande précision et, je dirais, la culture des circuits lors de la construction et de la mise en service. Il est préférable de ne pas être alimenté par un ordinateur, mais par une alimentation stabilisée séparée. La longueur des conducteurs doit être réduite au minimum. Condensateurs de filtrage de puissance C1, C2.C4, C5 d.b. situé le plus près possible des sorties de l'amplificateur opérationnel. La proximité avec le système d'exploitation des éléments du circuit d'entrée C3, VD1, R4 est particulièrement importante. Un agencement compact et un blindage de l'ensemble de la structure sont souhaitables. Avec un circuit approprié, vous ne devriez pas avoir de problèmes de réglage. Aucune des exigences énumérées ci-dessus n'a été remplie sur mon bureau, et pourtant tout fonctionne avec succès. Il y a donc de l'espoir que si vous faites tout correctement, cela fonctionnera aussi pour vous ;-))) Quelques mots sur le programme lui-même. Elle est extrêmement simple. Respectez la polarité de la photodiode ! La résistance R4 affecte l'amplitude du signal de la diode et ses caractéristiques forme/fréquence. Plus la valeur de la résistance est petite, plus le signal de la photodiode est petit et meilleure est sa forme. J'ai obtenu des résultats assez corrects en augmentant la résistance à 4.7 K. Cependant, je ne conseillerais pas de se précipiter pour l'augmenter. Et en général, la première chose que vous devez réaliser est le fonctionnement du récepteur à une vitesse modérée, par exemple 57600. Il est préférable de le faire dans l'ordre suivant. Ainsi, après la dixième vérification de l'installation, nous ramenons la résistance du trimmer R1 à zéro et mettons sous tension. Nous connectons l'émetteur assemblé (parties numériques et analogiques) au port com, lançons le fichier batch (après avoir réglé la vitesse du port sur 57600), ce qui nous permet d'observer une image continue de la transmission d'un octet (cela a été discuté dans le première partie de la trilogie), placez le laser avec le système optique retiré à deux ou trois centimètres de la photodiode, nous connectons le logographe à la sortie du récepteur et commençons à augmenter lentement la résistance R1. Après un certain temps, le transistor T1 commencera à s'ouvrir légèrement et un peigne d'impulsions apparaîtra à la sortie du récepteur. La valeur optimale de la résistance R1 est déterminée visuellement au cours d'expériences par la forme et l'amplitude des impulsions en sortie du récepteur. Lorsque l'émetteur est éteint, l'amplitude du bruit à la sortie du récepteur ne doit pas dépasser 1-2 volts. Le transistor T1 ne doit être que légèrement ouvert. La valeur typique de la tension sur sa charge de collecteur est de 1-2 volts. Après avoir réussi à cette première étape, vous pouvez passer à autre chose - écartez progressivement le récepteur et l'émetteur, trouvez leur meilleure position mutuelle et, en ajustant R1, obtenez un peigne d'impulsions d'une amplitude presque égale à l'amplitude de l'alimentation + 12V . Leur forme n'est peut-être pas tout à fait rectangulaire, mais l'amplitude doit être bonne. Avec la séparation maximale possible de l'émetteur et du récepteur, il est nécessaire de déterminer le diamètre du spot laser défocalisé. Ce diamètre vous donnera une idée de la portée maximale à laquelle votre lien fonctionnera. Pour moi, ce diamètre était d'environ 20 cm, ce qui correspond à peu près à une plage dynamique de 33 dB. Il me semble que cela devrait suffire pour une communication fiable à une distance de 100 mètres sans utiliser de lentilles d'entrée ou à une distance de 200 mètres, si vous utilisez une LED de type FD320 sous la forme d'une lentille en plastique rouge d'un diamètre d'environ un centimètre sur une base rectangulaire. Et en présence d'optique d'entrée ... Cependant, à longue distance, il y a déjà d'autres problèmes ... Revenons à la configuration du récepteur. Maintenant, il est utile d'essayer le réglage pour différentes vitesses de port com. Et enfin, vous pouvez connecter la partie numérique du récepteur et répéter les expériences décrites dans la première partie de cette trilogie. Je n'ai spécifiquement rien dit sur la conception du récepteur. Oui, il est probablement utile d'avoir une sorte de capots sur les LED d'entrée. En fait, le récepteur est très résistant à toutes sortes de flare. L'éclairage habituel d'une ampoule de 60 watts à une distance de 70 cm sous un angle de 30 degrés n'a aucunement affecté le fonctionnement du circuit. Le condensateur C3 "coupe" très bien toutes les interférences à basse fréquence. Auteur : skov@gaap.spb.ru ; Publication : cxem.net
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