Receptor de comunicación de luz visible

Soy estudiante y tengo que diseñar un proyecto de comunicaciones de luz visible. Los requisitos son una distancia de 20 cm entre el receptor y el transmisor, una velocidad de datos de 20 kbps / sy debe funcionar en un entorno que ya sea ligero. Hice un esquema y lo configuré en una tabla de pan.

Funciona y probablemente podría cumplir mis requisitos, pero apenas. Estoy conduciendo mis leds con una onda cuadrada de 20kHz y puedes ver el resultado en la imagen. Los oscilogramas superiores son 1V por división y 50us por división (20 kHz) y se toman cuando giro los leds hacia el receptor. Los más bajos son 0.3V por división y 20 ms por dispositivo (50 Hz) y se toman cuando los leds están apagados para que pueda ver la interferencia de los rayos de la habitación.

Entonces mis preguntas son:

1. ¿Cómo podría filtrar mejor la interferencia de 50Hz? No se muestra demasiado cuando transmito con los leds, pero sin ellos tengo mucho ruido.
2. ¿Debo elegir tapas más grandes y resistencias más pequeñas para mis filtros o al revés? ¿Y cuál debería ser una buena frecuencia de filtrado? Por ahora solo jugué con los valores de los componentes disponibles y elegí una frecuencia muy superior a 50 Hz.
3. Si tienes algún consejo de diseño, te lo agradeceré. Soy un principiante en electrónica, así que probablemente tenga algunos defectos.

Tienes la idea básica correcta, pero cambiaría algunas cosas. Sí, desea filtrar la señal recibida de paso alto, pero no me gusta acoplar capacitivamente el detector directamente.

La primera etapa debe consistir en manejar el detector sin procesar de manera óptima y proporcionar una señal de voltaje de baja impedancia. Aquí será útil un poco de ganancia, pero ese no es el punto principal de la primera etapa.

Básicamente, hay dos formas de ejecutar un fotodiodo, en modo de fuga y en modo de célula solar.

En el modo de fuga, el diodo tiene polarización inversa y la corriente de fuga es proporcional a la luz. Esta corriente de fuga es bastante pequeña, generalmente solo unos pocos µA. La corriente será en gran medida independiente del voltaje inverso, por lo que cualquier polarización inversa de "unos pocos voltios" conveniente generalmente servirá. En el modo de fotocélula, mantiene el diodo en corto y mide la corriente que produce. De cualquier manera, la primera etapa termina siendo un amplificador de transimpedancia (entrada de corriente, salida de voltaje).

Después de eso, desea unir AC (filtro de paso alto) y obtener la señal en probablemente dos etapas. El filtrado de paso alto entre etapas perderá el ruido de 50 Hz y evitará que el voltaje de compensación de entrada se acumule junto con la señal deseada.

Desea 20 kbits / s, por lo que el contenido de frecuencia es de alrededor de 100 kHz. Tenga en cuenta el ancho de banda de ganancia de los opamps y no intente obtener demasiada ganancia en ninguna etapa. Por ejemplo, con un ancho de banda de ganancia de 10 MHz (fácil de encontrar), dejando 5x para que la retroalimentación funcione correctamente, eso significa un máximo de 20x si considera que su frecuencia de interés más alta es de 100 kHz. Dos etapas de ganancia de 20x le dan un total de 400x, que probablemente sea suficiente después de cierta ganancia de la primera etapa también.

Su esquema de codificación también será fundamental para que esto funcione bien. Desea utilizar una codificación que garantice que todo el contenido esté por encima de una frecuencia mínima. Esto le permite un filtro de paso alto agresivo para eliminar las frecuencias más bajas, particularmente el parpadeo de la luz de 50 Hz y al menos sus primeros armónicos. Podría usar algo como el código de Manchester, o el ciclo de trabajo 1/3 2/3, etc. Con tres polos de filtrado de paso alto configurados en una reducción de 5 kHz, 500 Hz (hasta el décimo armónico del parpadeo de la luz) se atenuará en 1000 Eso seguirá pasando pulsos de 20-40 kHz muy bien.

Después de eso, aplica técnicas normales de corte de datos para convertir la señal de pulsos analógicos en un tren de pulsos digital, luego decodifica digitalmente desde allí.

Consideraría filtrar en gran medida los datos recibidos para que 50Hz se quede atrás. Estoy pensando en algo así como un filtro que prácticamente diferencia los datos de esta manera:

Luego, haga un circuito comparador de umbral inferior y superior y active el flip flop de tipo de anuncio en la transmisión positiva y restablezca el tipo D en la transición negativa. El resultado es que sus datos se recuperan.

No soy el más calificado para responder esta pregunta, estoy seguro de que otros vendrán más tarde con mejor información. Primeras dos preguntas. Estás seguro de que todos esos 50Hz provienen de la iluminación de la habitación, ¿verdad? ¿Has intentado cubrir el sensor de luz y asegurarte de que todo sigue ahí? Solo cosas curiosas como esa pueden provenir de su suministro, o no conectar a tierra sus sondas de alcance correctamente.

Suponiendo que todo es de su sensor, ¿qué hay de agregar un filtro de muesca de 50Hz allí?

La segunda idea es que probablemente estás en casa usando bombillas incandescentes como fuente ambiental. Cuando vayas a la escuela para presentar, probablemente tengas luces fluorescentes, que al menos en los EE. UU. Son el doble de la frecuencia de 60Hz si no recuerdo mal.

Si tiene interferencias de las luces de la habitación, le sugiero que use una LUZ COLOREADA para su comunicación, y un fotodiodo sensible principalmente a ese color o un filtro de gel que solo pase ese color para limpiarlo.

Además, eche un vistazo a la altura de la parte superior frente a la parte inferior. La parte superior es mucho más grande, por lo que puede perder el tiempo con la división de voltaje en el lado negativo de su comparador de salida para limpiar las cosas. No veo exactamente qué es VCC, pero intente reemplazar la resistencia de 100 Ohm con 2 kOhm - 5 kOhm (o incluso 2-4 10K en paralelo, si no tiene otras resistencias en el rango correcto), y vea Si eso ayuda. De hecho, podría considerar reemplazar esa resistencia con algo así como un trimpot de 5K, y girarla hasta que obtenga una buena transmisión de su comunicación y ninguno de los artefactos de luz de la habitación.

Puede obtener información aquí: www.openvlc.org
Y este documento puede ayudarlo: "Una plataforma de investigación de código abierto para redes integradas de luz visible"