8-900-374-94-44
После долгих экспериментов я пришел к выводу, что простой и надежный приемник для RS232 сделать трудно. Для RS232 надо мастерить что-то вроде схемы «привязки к уровню черного (или белого?)» — как в телевидении. Простыми средствами мне это сделать не удалось. Поэтому было принято решение перейти к импульсно-кодовому представлению сигналов RS232 и передаче информации импульсами. Такая система давно разработана и называется IRDA. Однако по условию задачи связь должна быть через ком-порт. Где-то в и-нете я видел микросхемы (буржуйские, разумеется) которые подключаются прямо к ком-порту, а на выходе у них импульсная последовательность или даже просто оптический сигнал. И приемник встроен в ту же микросхему. Мне эта штука не понравилась по двум причинам: относительная дороговизна и жесткая привязка к фиксированной скорости ком-порта. Т.е. если вы (или какая-то умная программа) решили перенастроить порт на другую скорость — вам надо менять тактовую частоту на входе микросхемы. По всем эти причинам я решил смастерить что-то похожее на IRDA, но более простое и независимое от скорости работы порта. Вот что получилось.
Стандарт FIRDA. Каждый фронт в сигнале RS232 кодируется коротким однополярным импульсом, который передается по оптическому каналу. На приемнике эти импульсы поступают на вход триггера, работающего в счетном режиме. На выходе триггера получаем (в идеале) сигнал RS232. В принципе, это все. У это чудесного по своей простоте алгоритма есть только один существенный недостаток, который заключается в том, что при пропуске хотя бы одного импульса, на выходе триггера начинает появляться инверсия сигнала RS232. Конечно, можно сказать, что при потере стартового фронта в RS232 (или первого импульса в пачке IRDA) тоже произойдет сбой синхронизации, который при плотном потоке информации может быть ликвидирован не скоро. Однако, в предлагаемой системе потеря любого (а не только первого) импульса приводит к неприятностям. Грубо говоря, помехоустойчивость FIRDA раз в 8-10 хуже IRDA или RS232. В принципе, это было бы не так страшно (считаем, что ошибки появляются достаточно редко), если бы с течением времени FIRDA выходил на нормальный режим работы, как это происходит с его именитыми прототипами. Однако, если не предусмотреть специальных мер, FIRDA так и будет гнать инвертированный поток, пока не произойдет еще одного сбоя ;)) Именно длительная инверсная работа мне казалась главным недостатком FIRDA и я дополнил его маленькой добавкой, которая в последствии меня самого удивила своей эффективностью и практически решила все проблемы. Добавка очень простая: если в течении некоторого времени (ну например 0.1 сек) на выходе триггера присутствует «1», то следует принудительно перевести его в нулевое состояние (считаем, что в паузах передачи на выходе RS232 — ноль). Теперь для полного счастья надо дергать готовность ком-порта передатчика один раз в 10 сек, прерывая передачу на 0.1 сек, с тем чтобы триггер приемника установился в исходное состояние. Очевидно, в данном примере потери в скорости передачи — 1процент. Вот теперь, действительно все.
Как показала практика, дергать готовность ком-порта передатчика не надо. Многочисленные эксперименты показали, что при реальной работе через ком возникает множество естественных пауз различной длительности. (были проверены несколько сетевых игрушек, сеть между двумя Вин98, терминалки с разными протоколами. Действительно плотный поток оказался только у терминалок, работающих через Z-модем). В моей версии линка время принудительной установки триггера выбрано около 5 миллисекунд. Такие паузы встречаются очень часто. Правда, это ограничивает снизу используемые скорости передачи (в моем случае — не меньше 2400). Зато никаких проблем ни с каким софтом я не имел во всем диапазоне скоростей 2400..115200.
Сигнал Тх с выхода ком-порта через ограничивающий резистор R1 поступает на схему выделения фронтов, собранную на элементаж DD1.1, DD1.2. На выводе 4 элемента DD1.2 присутствуют импульсы длительностью около 1 микросекунды. ВременнЫе параметры этих импульсов не достаточно стабильны, поэтому в схему включен генератор нормированных по длительности импульсов, собранный на триггере Т2. Он формирует импульсы длительностью около 3-4 микросекунд. При необходимости длительность подстраивается резистором R3. Для тех, кому важна стабильность/надежность/дальность работы линка и допустима максимальная скорость работы 57600, я бы посоветовал удвоить номинал С2 и тем самым увеличить длительность нормированного импульса до 8 миллисекунд. Можно использовать специальный переключатель максимальных скоростей 115200-57600. подключающий дополнительную емкость С2. (длина проводников до переключателя должна быть минимальна). Схема цифровой части приемника содержит триггер Т1 с элементами R4,R5,C3,V2, задающими максимальную длительность единицы на выходе триггера. При указанных на схеме номиналах, она равна примерно 5 миллисекундам. Если кто-то собирается работать только с большими скоростями, имеет смысл уменьшить это время путем уменьшения С3. На элементах DD1.3, DD1.4 собран выходной усилитель, сигнал с которого поступает на вход Rx ком-порта. Это на всякий случай. У меня все прекрасно работало на перепутанном мотке проводов длинной 20 метров, когда я брал неусиленный сигнал (через резистор 1К) прямо с вывода 1 триггера Т1. Теперь несколько слов о настройке схемы. К счастью, цифровая часть приемопередатчика является совершенно самостоятельной и самодостаточной схемой, допускающей полную настройку и отладку без всяких лазеров и аналоговой части. Порядок настройки. Создайте файл килобайт на 300, содержащий один символ (мне понравился Y). Создайте батник, который засылает этот файл в ком-порт, а потом вызывает сам себя 😉 Запустите его. Проконтролируйте длительности и формы импульсов в передатчике.(лучше это делать на максимальной скорости, поскольку импульсы короткие). Закройте батник. Замкните выход передачика на вход приемника, а выход приемника подайте на вход Rx того же самого ком-порта. Войдите в любую терминальную программу ( я пользовался DN-ской терминалкой) Попробуйте понажимать на клавиши. Вы должны увидеть нажимаемые символы на экране. Если этого не происходит, попробуйте просто замкнуть Rx и Tx и добиться описанного эффекта настройкой терминальной программы, после чего снова попытайтесь сделать то же самое через приемопередатчик. И наконец, последнее, самое важное испытание. Тут потребуется уже два компьютера. Соедините их ком-порты тремя проводами по классической схеме. Запустите какой-нибудь софт,использующий этот линк. Убедитесь, что все работает. Теперь попробуйте в разрыв одного сигнального провода вставить цифровой приемопередатчик. Попробуйте поработать с этим же софтом через эту железку и убедитесь, что FIRDA вас вполне устраивает ;-))), поимитируйте помехи в передаче доступными вам способами. После этого можно переходить к постройке аналоговой части линка.
Особых пояснений, как мне кажется, он не требует. Лазерный диод является коллекторной нагрузкой первого транзистора. Резистор в его эмиттерной цепи ограничивает ток через этот транзистор и создает условия для работы второго транзистора, который является фактически (совместно с R1) управляемым делителем входного напряжения. Второй транзистор управляется фототоком диода, встроенного в лазер для организации схемы ограничения температурного дрейфа его параметров. С увеличением светового потока увеличивается базовый ток второго транзистора, и он шунтирует входной сигнал на уровне, безопасном для лазера. Подстроечный резистор R3 предназначен для регулировки допустимого уровня излучения лазера.Номиналы схемы подобраны так, что при комнатной температуре можно уменьшить его сопротивление до нуля и это не приводит к фатальным последствиям для лазерного диода (по крайней мере у меня проблем не было). Настройка передатчика сводится к измерению амплитуды сигнала на резисторе R2 (при подключенной и работающей цифровой части) и установление подстроечным резистором амплитуды импульсов, соответствующей импульсному току 30-35 ма (при комнатной температуре). (Речь идет о 5-и милливаттных указках). Для надежности можно уточнить эти цифры для конкретной указки путем измерения тока через нее при свежезаряженных аккумуляторах (до разборки). Эту величину можно в дальнейшем принять за номинальный импульсный ток через указку. Если в схеме используется R4 (у меня его нет), и часть тока всегда течет через этот резистор, на соответствующую величину надо уменьшить выставляемый ток через R2, так что бы суммарный импульсный ток оказался в указанных выше пределах. При изменении тепературы параметры излучения, конечно, будут плавать, но разброс значений будет существенно снижен за счет отрицательной обратной связи по световому потоку через фотодиод и второй транзистор. Резистором R4 можно выставить начальный уровень тока через лазер в отсутствие сигнала. Считается, что это повышает живучесть лазерного диода. С1 с этой же целью сглаживает переходные процессы при включении/выключении лазера. К питанию особых требований нет, можно взять +5В из компьютера. В заключение пару слов о разборке указки и ее цоколевке.
Могу рассказать только о своей паре указок. Насколько это типично — не знаю. Сначала я делал надпил корпуса надфилем по периметру указки на уровне кнопки включения указки. Часть с батарейками отламывается. Становится видна маленькая печатная платка, на которой крепится кнопка. Платка припаяна прямо к выводам лазерного диода. Иголкой измерил глубину до втулки, в которую запресован собственно лазер. Сделал второй надрез, стараясь попасть на уровень втулки, в результате чего получил обрубок указки с полностью сохраненной оптической частью, а с другой (обрубленной )стороны торчали три вывода с платкой, которую я отпаял. Итак, остались три вывода, торчащие из обрезанной части указки. Они расположены треугольником. Один из них соединен с корпусом лазерного диода. Это общий вывод лазерного диода и фотодиода. Предположим, что этот вывод соответствует верхнему углу треугольника. Тогда справа внизу будет расположен вывод фотодиода, а слева внизу — вывод лазерного диода. Перед разборкой полезно провести исследование расходимости луча лазера без оптической системы. Это вам понадобится при оценке чувствительности вашего приемника и дальности работы вашего линка. Для этого надо осторожно вывернуть оптическую систему из передней части указки и замерить диаметр пятна, который получается на расстоянии от указки в интервале 5-25 см. Теперь можно переходить к построению самой важной части линка — аналоговой части приемника.
Аналоговая часть. Этот блок требует наибольшей аккуратности и, я бы сказал схемотехнической культуры при построении и наладке. Питание лучше брать не из компьютера, а от отдельного стабилизированного блока питания. Длина проводников должна быть минимальна. Фильтрующие питание конденсаторы C1,C2.C4,C5 д.б. расположены максимально близко к выводам операционного усилителя. Особенно важно близкое расположение к ОУ элементов входной цепи С3, VD1, R4. Желательно компактное расположение и экранирование всей конструкции. При грамотной схемотехнике у вас не должно быть никаких проблем с настройкой. У меня на столе не было выполнено ни одно из перечисленных выше требований и тем не менее все успешно работает. Так что есть надежда, что если сделать все правильно,то у вас тоже будет работать ;-))) Пару слов о самой схеме. Она предельно проста. Соблюдайте полярность фотодиода! Резистор R4 влияет на амплитуду сигнала с фододиода и на его форму/частотные характеристики. Чем меньше номинал резистора, тем меньше сигнал с фотодиода и тем лучше его форма. У меня получались вполне приличные результаты при увеличении резистора до 4.7 К. Однако спешить с его увеличением я бы не советовал. И вообще, первое, что вы должны добится — это работа приемника на какой-нибудь умеренной скорости, ну например 57600. Это лучше делать в следующем порядке. Итак, после десятой проверки монтажа выводим сопротивление подстроечника R1 в ноль и включаем питание. Подключаем к ком-порту собранный передатчик (цифровую и аналоговую части), запускаем батник (предварительно установив скорость работы порта 57600), позволяющий наблюдать непрерывную картинку передачи одного байта (о нем шла речь в первой части трилогии), располагаем лазер со снятой оптической системой в двух-трех сантиметрах от фотодиода, подключаем лограф к выходу приемника и начинаем медленно увеличивать сопротивление R1. Через некоторое время транзистор Т1 начнет приоткрываться, и на выходе приемника появится гребенка импульсов. Оптимальное значение сопротивления R1 определяется в ходе экспериментов визуально по форме и амплитуде импульсов на выходе приемника. При выключении передатчика амплитуда шумов на выходе приемника не должна превышать 1-2 вольта. Транзистор Т1 должен быть лишь слегка приоткрыт. Типичное значение напряжения на его коллекторной нагрузке- 1-2 вольта. После достижения успеха на этом первом этапе можно двигаться дальше — постепенно раздвигать приемник и передатчик, находить их наилучшее взаимное положение и, подстраивая R1, получать гребенку импульсов амплитудой почти равной амплитуде питания +12В. Форма у них может быть не совсем прямоугольной, но амплитуда должна быть хорошей. При максимально возможной раздвижке передатчика и приемника надо определить диаметр расфокусированного пятна лазера. Этот диаметр даст вам представление о максимальной дальности, на которой будет работать ваш линк. У меня этот диаметр равнялся примерно 20 см, что примерно соответствует динамическому диапазону в 33 дБ. Как мне кажется, этого вполне должно хватить для уверенной связи на расстоянии 100 метров без применения входных линз или на расстоянии 200 метров, если использовать сведотдиод типа ФД320 в виде красной пластмассовой линзочки диаметром около сантиметра на прямоугольном основании. А при наличии входной оптики.. Впрочем, при больших дальностях уже другие проблемы.. Вернемся к настройке приемника. Теперь полезно попробовать настройку для разных скоростей ком-порта. И, наконец, можно подключить цифровую часть приемника и повторить опыты, описанные в первой части данной трилогии. Я специально ничего не говорил о конструктивном оформлении приемника. Да, наверно полезно иметь какие-нибудь бленды на входных светодиодах. Вообще-то приемник весьма устойчив к засветкам разного рода. Обычная засветка лампочкой 60 ватт с расстояния 70 см под углом в 30 градусов никак не влияла на работу схемы. Конденсатор C3 очень хорошо «режет» все низкочастотные помехи. Вот вроде и все. Наверняка что-то забыл. — Спрашивайте. И вообще, автор не питает никаких иллюзий относительно завершенности и совершенства представленных схем. Я претендую лишь на то, что все это работает и удовлетворяет тем условиям, которые я когда-то здесь излагал. Весьма приветствуется доброжелательная критика и ценные советы, особенно если они проистекают из практической работы по усовершенствованию данной конструкции.
Автор: Сергей Ковалёв (2:5030/143/38)
skov (at) gaap (dot) spb (dot) ru
www.mrwolf.ru
Цифровая часть
приемопередатчика. После долгих экспериментов я пришел к выводу, что
простой и надежный приемник для RS232 сделать трудно. Для RS232 надо
мастерить что-то вроде схемы “привязки к уровню черного (или белого?)” –
как в телевидении. Простыми средствами мне это сделать не удалось.
Поэтому было принято решение перейти к импульсно-кодовому представлению
сигналов RS232 и передаче информации импульсами. Такая система давно
разработана и называется IRDA. Однако по условию задачи связь должна
быть через ком-порт. Где-то в инете я видел микросхемы (буржуйские,
разумеется) которые подключаются прямо к ком-порту, а на выходе у них
импульсная последовательность или даже просто оптический сигнал. И
приемник встроен в ту же микросхему. Мне эта штука не понравилась по
двум причинам: относительная дороговизна и жесткая привязка к
фиксированной скорости ком-порта. Т.е. если вы (или какая-то умная
программа) решили перенастроить порт на другую скорость – вам надо
менять тактовую частоту на входе микросхемы. По всем эти причинам я
решил смастерить что-то похожее на IRDA, но более простое и независимое
от скорости работы порта. Вот что получилось.
Стандарт FIRDA. Каждый фронт в сигнале RS232 кодируется коротким
однополярным импульсом, который передается по оптическому каналу. Hа
приемнике эти импульсы поступают на вход триггера, работающего в счетном
режиме. Hа выходе триггера получаем (в идеале) сигнал RS232. В
принципе, это все. У это чудесного по своей простоте алгоритма есть
только один существенный недостаток, который заключается в том, что при
пропуске хотя бы одного импульса, на выходе триггера начинает появляться
инверсия сигнала RS232. Конечно, можно сказать, что при потере
стартового фронта в RS232 (или первого импульса в пачке IRDA) тоже
произойдет сбой синхронизации, который при плотном потоке информации
может быть ликвидирован не скоро. Однако, в предлагаемой системе потеря
любого (а не только первого) импульса приводит к неприятностям. Грубо
говоря, помехоустойчивость FIRDA раз в 8-10 хуже IRDA или RS232. В
принципе, это было бы не так страшно (считаем, что ошибки появляются
достаточно редко), если бы с течением времени FIRDA выходил на
нормальный режим работы, как это происходит с его именитыми прототипами.
Однако, если не предусмотреть специальных мер, FIRDA так и будет гнать
инвертированный поток, пока не произойдет еще одного сбоя ;)) Именно
длительная инверсная работа мне казалась главным недостатком FIRDA и я
дополнил его маленькой добавкой, которая в последствии меня самого
удивила своей эффективностью и практически решила все проблемы. Добавка
очень простая: если в течении некоторого времени (ну например 0.1 сек)
на выходе триггера присутствует “1”, то следует принудительно перевести
его в нулевое состояние (считаем, что в паузах передачи на выходе RS232 –
ноль). Теперь для полного счастья надо дергать готовность ком-порта
передатчика один раз в 10 сек, прерывая передачу на 0.1 сек, с тем чтобы
триггер приемника установился в исходное состояние. Очевидно, в данном
примере потери в скорости передачи – 1процент. Вот теперь, действительно
все.
Как показала практика, дергать готовность ком-порта передатчика не
надо. Многочисленные эксперименты показали, что при реальной работе
через ком возникает множество естественных пауз различной длительности.
(были проверены несколько сетевых игрушек, сеть между двумя Вин98,
терминалки с разными протоколами. Действительно плотный поток оказался
только у терминалок, работающих через Z-модем). В моей версии линка
время принудительной установки триггера выбрано около 5 миллисекунд.
Такие паузы встречаются очень часто. Правда, это ограничивает снизу
используемые скорости передачи (в моем случае – не меньше 2400). Зато
никаких проблем ни с каким софтом я не имел во всем диапазоне скоростей
2400..115200.
Описание принципиальной схемы. Сигнал Тх с выхода ком-порта
через ограничивающий резистор R1 поступает на схему выделения фронтов,
собранную на элементаж DD1.1, DD1.2. Hа выводе 4 элемента DD1.2
присутствуют импульсы длительностью около 1 микросекунды. ВременнЫе
параметры этих импульсов не достаточно стабильны, поэтому в схему
включен генератор нормированных по длительности импульсов, собранный на
триггере Т2. Он формирует импульсы длительностью около 3-4 микросекунд.
При необходимости длительность подстраивается резистором R3. Для тех,
кому важна стабильность/надежность/дальность работы линка и допустима
максимальная скорость работы 57600, я бы посоветовал удвоить номинал С2 и
тем самым увеличить длительность нормированного импульса до 8
миллисекунд. Можно использовать специальный переключатель максимальных
скоростей 115200-57600. подключающий дополнительную емкость С2. (длина
проводников до переключателя должна быть минимальна). Схема цифровой
части приемника содержит триггер Т1 с элементами R4,R5,C3,V2, задающими
максимальную длительность единицы на выходе триггера. При указанных на
схеме номиналах, она равна примерно 5 миллисекундам. Если кто-то
собирается работать только с большими скоростями, имеет смысл уменьшить
это время путем уменьшения С3. Hа элементах DD1.3, DD1.4 собран выходной
усилитель, сигнал с которого поступает на вход Rx ком-порта. Это на
всякий случай. У меня все прекрасно работало на перепутанном мотке
проводов длинной 20 метров, когда я брал неусиленный сигнал (через
резистор 1К) прямо с вывода 1 триггера Т1. Теперь несколько слов о
настройке схемы. К счастью, цифровая часть приемопередатчика является
совершенно самостоятельной и самодостаточной схемой, допускающей полную
настройку и отладку без всяких лазеров и аналоговой части. Порядок
настройки. Создайте файл килобайт на 300, содержащий один символ (мне
понравился Y). Создайте батник, который засылает этот файл в ком-порт, а
потом вызывает сам себя 😉 Запустите его. Проконтролируйте
длительности и формы импульсов в передатчике.(лучше это делать на
максимальной скорости, поскольку импульсы короткие). Закройте батник.
Замкните выход передачика на вход приемника, а выход приемника подайте
на вход Rx того же самого ком-порта. Войдите в любую терминальную
программу ( я пользовался DN-ской терминалкой) Попробуйте понажимать на
клавиши. Вы должны увидеть нажимаемые символы на экране. Если этого не
происходит, попробуйте просто замкнуть Rx и Tx и добиться описанного
эффекта настройкой терминальной программы, после чего снова попытайтесь
сделать то же самое через приемопередатчик. И наконец, последнее, самое
важное испытание. Тут потребуется уже два компьютера. Соедините их
ком-порты тремя проводами по классической схеме. Запустите какой-нибудь
софт,использующий этот линк. Убедитесь, что все работает. Теперь
попробуйте в разрыв одного сигнального провода вставить цифровой
приемопередатчик. Попробуйте поработать с этим же софтом через эту
железку и убедитесь, что FIRDA вас вполне устраивает ;-))), поимитируйте
помехи в передаче доступными вам способами. После этого можно
переходить к постройке аналоговой части линка.
Передатчик. Особых пояснений, как мне кажется, он не требует.
Лазерный диод является коллекторной нагрузкой первого транзистора.
Резистор в его эмиттерной цепи ограничивает ток через этот транзистор и
создает условия для работы второго транзистора, который является
фактически (совместно с R1) управляемым делителем входного напряжения.
Второй транзистор управляется фототоком диода, встроенного в лазер для
организации схемы ограничения температурного дрейфа его параметров. С
увеличением светового потока увеличивается базовый ток второго
транзистора, и он шунтирует входной сигнал на уровне, безопасном для
лазера. Подстроечный резистор R3 предназначен для регулировки
допустимого уровня излучения лазера.Hоминалы схемы подобраны так, что
при комнатной температуре можно уменьшить его сопротивление до нуля и
это не приводит к фатальным последствиям для лазерного диода (по крайней
мере у меня проблем не было). Hастройка передатчика сводится к
измерению амплитуды сигнала на резисторе R2 (при подключенной и
работающей цифровой части) и установление подстроечным резистором
амплитуды импульсов, соответствующей импульсному току 30-35 ма (при
комнатной температуре). (Речь идет о 5-и милливаттных указках). Для
надежности можно уточнить эти цифры для конкретной указки путем
измерения тока через нее при свежезаряженных аккумуляторах (до
разборки). Эту величину можно в дальнейшем принять за номинальный
импульсный ток через указку. Если в схеме используется R4 (у меня его
нет), и часть тока всегда течет через этот резистор, на соответствующую
величину надо уменьшить выставляемый ток через R2, так что бы суммарный
импульсный ток оказался в указанных выше пределах. При изменении
тепературы параметры излучения, конечно, будут плавать, но разброс
значений будет существенно снижен за счет отрицательной обратной связи
по световому потоку через фотодиод и второй транзистор. Резистором R4
можно выставить начальный уровень тока через лазер в отсутствие сигнала.
Считается, что это повышает живучесть лазерного диода. С1 с этой же
целью сглаживает переходные процессы при включении/выключении лазера. К
питанию особых требований нет, можно взять +5В из компьютера. В
заключение пару слов о разборке указки и ее цоколевке.
Могу рассказать только о своей паре указок. Hасколько это типично –
не знаю. Сначала я делал надпил корпуса надфилем по периметру указки на
уровне кнопки включения указки. Часть с батарейками отламывается.
Становится видна маленькая печатная платка, на которой крепится кнопка.
Платка припаяна прямо к выводам лазерного диода. Иголкой измерил глубину
до втулки, в которую запресован собственно лазер. Сделал второй надрез,
стараясь попасть на уровень втулки, в результате чего получил обрубок
указки с полностью сохраненной оптической частью, а с другой
(обрубленной )стороны торчали три вывода с платкой, которую я отпаял.
Итак, остались три вывода, торчащие из обрезанной части указки. Они
расположены треугольником. Один из них соединен с корпусом лазерного
диода. Это общий вывод лазерного диода и фотодиода. Предположим, что
этот вывод соответствует верхнему углу треугольника. Тогда справа внизу
будет расположен вывод фотодиода, а слева внизу – вывод лазерного диода.
Перед разборкой полезно провести исследование расходимости луча лазера
без оптической системы. Это вам понадобится при оценке чувствительности
вашего приемника и дальности работы вашего линка. Для этого надо
осторожно вывернуть оптическую систему из передней части указки и
замерить диаметр пятна, который получается на расстоянии от указки в
интервале 5-25 см. Теперь можно переходить к построению самой важной
части линка – аналоговой части приемника.
Приемник. Аналоговая часть. Этот блок требует наибольшей
аккуратности и, я бы сказал схемотехнической культуры при построении и
наладке. Питание лучше брать не из компьютера, а от отдельного
стабилизированного блока питания. Длина проводников должна быть
минимальна. Фильтрующие питание конденсаторы C1,C2.C4,C5 д.б.
расположены максимально близко к выводам операционного усилителя.
Особенно важно близкое расположение к ОУ элементов входной цепи С3, VD1,
R4. Желательно компактное расположение и экранирование всей
конструкции. При грамотной схемотехнике у вас не должно быть никаких
проблем с настройкой. У меня на столе не было выполнено ни одно из
перечисленных выше требований и тем не менее все успешно работает. Так
что есть надежда, что если сделать все правильно,то у вас тоже будет
работать ;-))) Пару слов о самой схеме. Она предельно проста. Cоблюдайте
полярность фотодиода! Резистор R4 влияет на амплитуду сигнала с
фододиода и на его форму/частотные характеристики. Чем меньше номинал
резистора, тем меньше сигнал с фотодиода и тем лучше его форма. У меня
получались вполне приличные результаты при увеличении резистора до 4.7
К. Однако спешить с его увеличением я бы не советовал. И вообще, первое,
что вы должны добится – это работа приемника на какой-нибудь умеренной
скорости, ну например 57600. Это лучше делать в следующем порядке. Итак,
после десятой проверки монтажа выводим сопротивление подстроечника R1 в
ноль и включаем питание. Подключаем к ком-порту собранный передатчик
(цифровую и аналоговую части), запускаем батник (предварительно
установив скорость работы порта 57600), позволяющий наблюдать
непрерывную картинку передачи одного байта (о нем шла речь в первой
части трилогии), располагаем лазер со снятой оптической системой в
двух-трех сантиметрах от фотодиода, подключаем лограф к выходу приемника
и начинаем медленно увеличивать сопротивление R1. Через некоторое время
транзистор Т1 начнет приоткрываться, и на выходе приемника появится
гребенка импульсов. Оптимальное значение сопротивления R1 определяется в
ходе экспериментов визуально по форме и амплитуде импульсов на выходе
приемника. При выключении передатчика амплитуда шумов на выходе
приемника не должна превышать 1-2 вольта. Транзистор Т1 должен быть лишь
слегка приоткрыт. Типичное значение напряжения на его коллекторной
нагрузке- 1-2 вольта. После достижения успеха на этом первом этапе можно
двигаться дальше – постепенно раздвигать приемник и передатчик,
находить их наилучшее взаимное положение и, подстраивая R1, получать
гребенку импульсов амплитудой почти равной амплитуде питания +12В. Форма
у них может быть не совсем прямоугольной, но амплитуда должна быть
хорошей. При максимально возможной раздвижке передатчика и приемника
надо определить диаметр расфокусированного пятна лазера. Этот диаметр
даст вам представление о максимальной дальности, на которой будет
работать ваш линк. У меня этот диаметр равнялся примерно 20 см, что
примерно соответствует динамическому диапазону в 33 дБ. Как мне кажется,
этого вполне должно хватить для уверенной связи на расстоянии 100
метров без применения входных линз или на расстоянии 200 метров, если
использовать светодиод типа ФД320 в виде красной пластмассовой линзочки
диаметром около сантиметра на прямоугольном основании. А при наличии
входной оптики.. Впрочем, при больших дальностях уже другие проблемы..
Вернемся к настройке приемника. Теперь полезно попробовать настройку для
разных скоростей ком-порта. И, наконец, можно подключить цифровую часть
приемника и повторить опыты, описанные в первой части данной трилогии. Я
специально ничего не говорил о конструктивном оформлении приемника. Да,
наверно полезно иметь какие-нибудь бленды на входных светодиодах.
Вообще-то приемник весьма устойчив к засветкам разного рода. Обычная
засветка лампочкой 60 ватт с расстояния 70 см под углом в 30 градусов
никак не влияла на работу схемы. Конденсатор C3 очень хорошо “режет” все
низкочастотные помехи. Вот вроде и все. Hаверняка что-то забыл. –
Спрашивайте. И вообще, автор не питает никаких иллюзий относительно
завершенности и совершенства представленных схем. Я претендую лишь на
то, что все это работает и удовлетворяет тем условиям, которые я
когда-то здесь излагал. Весьма приветствуется доброжелательная критика и
ценные советы, особенно если они проистекают из практической работы по
усовершенствованию данной конструкции.
nauchebe.net
О лазерной указке и ее применении для дистанционного управления уже рассказывалось в статье автора «Новые «профессии» лазерной указки» («Радио», 1999, № 10). В предлагаемой статье описан другой вариант использования указки — для создания светотелефона, обеспечивающего беспроводную связь между абонентами.
Возможность использования лазерной указки для передачи сигналов ЗЧ на некоторое расстояние обусловлено тем, что мощность ее излучения зависит от значения питающего напряжения. Поэтому при изменении напряжения в такт с речевым сигналом получается амплитудная модуляция. Если луч указки направить на приемник абонента, в котором установлен фотодатчик с усилителем, в динамической головке приемника раздастся звук. Два приемопередатчика, размещенных в пунктах связи, образуют светотелефон.
Лазерную указку не переделывают, а лишь подключают к электронной «начинке» устройства, причем корпус соединяют с плюсом питания. Устройство состоит из передающего и приемного узлов, которые конструктивно размещены в телефонной трубке (кроме указки и фототранзистора). Питание поступает от автономного или сетевого блока.
Рис.1. Принципиальная схема светотелефона из лазерной указки
Светотелефон имеет три режима работы: «Дежурный», «Вызов», «Работа». В первом режиме передающий узел обесточен и работает только приемный. Во втором режиме включается передающий узел и подается тональный сигнал абоненту. После ответа абонента включают третий режим, при этом работают оба узла и ведется разговор, как по обычному телефону.
Приемный узел выполнен на микросхеме DA1, представляющей собой усилитель ЗЧ. Ко входу усилителя подключен фотоприемник на фототранзисторе VT1. Попадающий на него сигнал от лазерной указки абонента усиливается и поступает на телефонный капсюль BF1, размещенный в телефонной трубке. Рис. 3 Лазерный светотелефон. Печатная плата передатчика.
После подачи питающего напряжения приемный узел работает постоянно, его чувствительность можно регулировать подстроечным резистором R2.
Передающий узел выполнен на такой же «усилительной» микросхеме (DA2). На входе усилителя включен микрофон ВМ1, а выход его соединен через токоограничивающий резистор R13 со «своей» указкой. Стабилитрон VD1 защищает указку от повышенного напряжения и при нормальной работе закрыт.
При подаче сигнала ЗЧ ток через резистор R13 и указку начнет изменяться в такт с изменением амплитуды сигнала, т.е. мощность излучения будет модулироваться сигналом.
После подачи питающего напряжения передающий узел обесточен. Работать он начнет лишь после нажатия на кнопку SB1 «Вызов» или когда замкнуты контакты выключателя SA1 «Работа». Если нажата кнопка, на узел поступает питающее напряжение, одновременно ее контактами SB1. 2 включается цепь положительной обратной связи C7 R7. Усилитель превращается в генератор, работающий на частоте около 1000 Гц. Через указку передается тональный сигнал вызова. Одновременно контактами SB1.1 капсюль BF1 отключается от приемного узла и подключается через резистор R6 к выходу микросхемы DA2.
В капсюле раздается сигнал вызова, свидетельствующий о подаче его и на указку. Громкость сигнала устанавливают подбором резистора R6.
Как только послышится ответ абонента, выключателем SA1 устройство переводят в режим «Работа». По окончании связи выключатель устанавливают в исходное положение, показанное на схеме.
Вместо указанных микросхем подойдут импортные TDA2003 или аналогичные, а фототранзистор вполне заменит фотодиод, подключенный анодом к общему проводу. Стабилитрон следует предварительно подобрать с напряжением стабилизации 4,6 ..4,7 В. Оксидные конденсаторы — К50-6, К50-16, остальные — К10-17, КЛС или аналогичные. Подстроечные резисторы — СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33. Выключатель и кнопка -любые малогабаритные. Капсюль (сопротивлением 30…100 Ом) может быть как малогабаритный от головных телефонов, так и от телефонной трубки. Микрофон — электретный МКЭ-332 или аналогичный импортный.
Большинство деталей (кроме фототранзистора и указки) размещают внутри телефонной трубки (рис. 2), причем выключатель, кнопку, микрофон и капсюль устанавливают на корпусе трубки, а цепочку C7 R7 монтируют на кнопке.
Остальные детали смонтированы на платах (рис. 3 и 4) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плата передающего узла установлена в нижней части трубки, а приемного — в верхней (рис.5).
Фототранзистор размещают в непрозрачной трубке из изоляционного материала внутренним диаметром 10…15 и длиной 40…50 мм — она защищает фототранзистор от помех (солнечный свет, осветительные приборы).
Рис.3, Рис.4. Платы светорадителефонов
Чтобы указку не переделывать и при необходимости использовать по прямому назначению, ее следует вставить в трубку внутренним диаметром, на 1…1.5 мм превышающим диаметр указки. Тогда при вставленной в трубку указке ее кнопка окажется в нажатом состоянии Но предварительно нужно подсоединить к указке (зажимами или «холодной пайкой» — прикручиванием концов проводников) двухпроводной шнур, идущий от передающего узла.
Рис. 5. Вид светотелефолна из лазерной указки изнутри
Налаживание устройства начинают с того, что временно отключают цепочку C7 R7 и указку. Включают оба узла и проверяют работоспособность микросхем измерением напряжения на их выходах — оно должно быть равно примерно половине напряжения питания. На фототранзисторе и микрофоне напряжение должно быть в пределах 4…8 В.
Нажав далее на кнопку и разговаривая перед микрофоном, услышите в капсюле громкий и чистый звук. В верхнем по схеме положении движка резистора R9 возможно самовозбуждение за счет акустической обратной связи.
Отпустив кнопку, направляют фототранзистор на включенную осветительную лампу. В капсюле должен прослушиваться фон переменного тока. После этого устанавливают цепочку C7 R7 и подбором ее деталей получают требуемую тональность вызывного сигнала. Подключают указку и контролируют напряжение на ней. Подбором резистора R13 добиваются, чтобы напряжение было равно 4 В.
Луч лазера наводят на светлый предмет, установленный на столе, а затем — на световое пятно направляют фототранзистор.
При разговоре перед микрофоном должен прослушиваться звук в капсюле. Резисторами R2 и R9 устанавливают такую чувствительность узлов, чтобы избежать самовозбуждения, а звук был возможно громче и без искажений.
Аналогично настраивают второе устройство, и проводят опытную связь на расстоянии в несколько метров, направляя лазерный луч на фототранзистор абонента. Возможно, мощность лазерного излучения окажется большой. В таком случае перед фототранзистором придется поставить светопоглощающую заслонку. Если связь будет хорошей, можно проводить опыты на большем расстоянии.
На практике дальность связи может достигать нескольких сотен метров, но в пределах прямой видимости. Правда, потребуется точно ориентировать лазерный луч и надежно зафиксировать положение указки и фототранзистора. Проводить такую настройку следует в темное время суток, пользуясь подзорной трубой или биноклем.
И. НЕЧАЕВ, г. Курск, «Радио» №1, 2000г.
Категория: Радиолюбителю / Электронные приборы
www.freeseller.ru
Цифровая часть приемопередатчика. После долгих экспериментов я пришел к выводу, что простой и надежный приемник для RS232 сделать трудно. Для RS232 надо мастерить что-то вроде схемы «привязки к уровню черного (или белого?)» — как в телевидении. Простыми средствами мне это сделать не удалось. Поэтому было принято решение перейти к импульсно-кодовому представлению сигналов RS232 и передаче информации импульсами. Такая система давно разработана и называется IRDA. Однако по условию задачи связь должна быть через ком-порт. Где-то в инете я видел микросхемы (буржуйские, разумеется) которые подключаются прямо к ком-порту, а на выходе у них импульсная последовательность или даже просто оптический сигнал. И приемник встроен в ту же микросхему. Мне эта штука не понравилась по двум причинам: относительная дороговизна и жесткая привязка к фиксированной скорости ком-порта. Т.е. если вы (или какая-то умная программа) решили перенастроить порт на другую скорость — вам надо менять тактовую частоту на входе микросхемы. По всем эти причинам я решил смастерить что-то похожее на IRDA, но более простое и независимое от скорости работы порта. Вот что получилось. Стандарт FIRDA. Каждый фронт в сигнале RS232 кодируется коротким однополярным импульсом, который передается по оптическому каналу. Hа приемнике эти импульсы поступают на вход триггера, работающего в счетном режиме. Hа выходе триггера получаем (в идеале) сигнал RS232. В принципе, это все. У это чудесного по своей простоте алгоритма есть только один существенный недостаток, который заключается в том, что при пропуске хотя бы одного импульса, на выходе триггера начинает появляться инверсия сигнала RS232. Конечно, можно сказать, что при потере стартового фронта в RS232 (или первого импульса в пачке IRDA) тоже произойдет сбой синхронизации, который при плотном потоке информации может быть ликвидирован не скоро. Однако, в предлагаемой системе потеря любого (а не только первого) импульса приводит к неприятностям. Грубо говоря, помехоустойчивость FIRDA раз в 8-10 хуже IRDA или RS232. В принципе, это было бы не так страшно (считаем, что ошибки появляются достаточно редко), если бы с течением времени FIRDA выходил на нормальный режим работы, как это происходит с его именитыми прототипами. Однако, если не предусмотреть специальных мер, FIRDA так и будет гнать инвертированный поток, пока не произойдет еще одного сбоя ;)) Именно длительная инверсная работа мне казалась главным недостатком FIRDA и я дополнил его маленькой добавкой, которая в последствии меня самого удивила своей эффективностью и практически решила все проблемы. Добавка очень простая: если в течении некоторого времени (ну например 0.1 сек) на выходе триггера присутствует «1», то следует принудительно перевести его в нулевое состояние (считаем, что в паузах передачи на выходе RS232 — ноль). Теперь для полного счастья надо дергать готовность ком-порта передатчика один раз в 10 сек, прерывая передачу на 0.1 сек, с тем чтобы триггер приемника установился в исходное состояние. Очевидно, в данном примере потери в скорости передачи — 1процент. Вот теперь, действительно все. Как показала практика, дергать готовность ком-порта передатчика не надо. Многочисленные эксперименты показали, что при реальной работе через ком возникает множество естественных пауз различной длительности. (были проверены несколько сетевых игрушек, сеть между двумя Вин98, терминалки с разными протоколами. Действительно плотный поток оказался только у терминалок, работающих через Z-модем). В моей версии линка время принудительной установки триггера выбрано около 5 миллисекунд. Такие паузы встречаются очень часто. Правда, это ограничивает снизу используемые скорости передачи (в моем случае — не меньше 2400). Зато никаких проблем ни с каким софтом я не имел во всем диапазоне скоростей 2400..115200.
Описание принципиальной схемы. Сигнал Тх с выхода ком-порта через ограничивающий резистор R1 поступает на схему выделения фронтов, собранную на элементах DD1.1, DD1.2. Hа выводе 4 элемента DD1.2 присутствуют импульсы длительностью около 1 микросекунды. Временные параметры этих импульсов не достаточно стабильны, поэтому в схему включен генератор нормированных по длительности импульсов, собранный на триггере Т2. Он формирует импульсы длительностью около 3-4 микросекунд. При необходимости длительность подстраивается резистором R3. Для тех, кому важна стабильность/надежность/дальность работы линка и допустима максимальная скорость работы 57600, я бы посоветовал удвоить номинал С2 и тем самым увеличить длительность нормированного импульса до 8 миллисекунд. Можно использовать специальный переключатель максимальных скоростей 115200-57600. подключающий дополнительную емкость С2. (длина проводников до переключателя должна быть минимальна). Схема цифровой части приемника содержит триггер Т1 с элементами R4,R5,C3,V2, задающими максимальную длительность единицы на выходе триггера. При указанных на схеме номиналах, она равна примерно 5 миллисекундам. Если кто-то собирается работать только с большими скоростями, имеет смысл уменьшить это время путем уменьшения С3. Hа элементах DD1.3, DD1.4 собран выходной усилитель, сигнал с которого поступает на вход Rx ком-порта. Это на всякий случай. У меня все прекрасно работало на перепутанном мотке проводов длинной 20 метров, когда я брал неусиленный сигнал (через резистор 1К) прямо с вывода 1 триггера Т1. Теперь несколько слов о настройке схемы. К счастью, цифровая часть приемопередатчика является совершенно самостоятельной и самодостаточной схемой, допускающей полную настройку и отладку без всяких лазеров и аналоговой части. Порядок настройки. Создайте файл килобайт на 300, содержащий один символ (мне понравился Y). Создайте батник, который засылает этот файл в ком-порт, а потом вызывает сам себя 😉 Запустите его. Проконтролируйте длительности и формы импульсов в передатчике.(лучше это делать на максимальной скорости, поскольку импульсы короткие). Закройте батник. Замкните выход передатчика на вход приемника, а выход приемника подайте на вход Rx того же самого ком-порта. Войдите в любую терминальную программу ( я пользовался DN-ской терминалкой) Попробуйте понажимать на клавиши. Вы должны увидеть нажимаемые символы на экране. Если этого не происходит, попробуйте просто замкнуть Rx и Tx и добиться описанного эффекта настройкой терминальной программы, после чего снова попытайтесь сделать то же самое через приемопередатчик. И наконец, последнее, самое важное испытание. Тут потребуется уже два компьютера. Соедините их ком-порты тремя проводами по классической схеме. Запустите какой-нибудь софт,использующий этот линк. Убедитесь, что все работает. Теперь попробуйте в разрыв одного сигнального провода вставить цифровой приемопередатчик. Попробуйте поработать с этим же софтом через эту железку и убедитесь, что FIRDA вас вполне устраивает ;-))), имитируйте помехи в передаче доступными вам способами. После этого можно переходить к постройке аналоговой части линка.
Передатчик. Особых пояснений, как мне кажется, он не требует. Лазерный диод является коллекторной нагрузкой первого транзистора. Резистор в его эмиттерной цепи ограничивает ток через этот транзистор и создает условия для работы второго транзистора, который является фактически (совместно с R1) управляемым делителем входного напряжения. Второй транзистор управляется фототоком диода, встроенного в лазер для организации схемы ограничения температурного дрейфа его параметров. С увеличением светового потока увеличивается базовый ток второго транзистора, и он шунтирует входной сигнал на уровне, безопасном для лазера. Подстроечный резистор R3 предназначен для регулировки допустимого уровня излучения лазера.Номиналы схемы подобраны так, что при комнатной температуре можно уменьшить его сопротивление до нуля и это не приводит к фатальным последствиям для лазерного диода (по крайней мере у меня проблем не было). Настройка передатчика сводится к измерению амплитуды сигнала на резисторе R2 (при подключенной и работающей цифровой части) и установление подстроечным резистором амплитуды импульсов, соответствующей импульсному току 30-35 ма (при комнатной температуре). (Речь идет о 5-и милливаттных указках). Для надежности можно уточнить эти цифры для конкретной указки путем измерения тока через нее при перезаряженных аккумуляторах (до разборки). Эту величину можно в дальнейшем принять за номинальный импульсный ток через указку. Если в схеме используется R4 (у меня его нет), и часть тока всегда течет через этот резистор, на соответствующую величину надо уменьшить выставляемый ток через R2, так что бы суммарный импульсный ток оказался в указанных выше пределах. При изменении температуры параметры излучения, конечно, будут плавать, но разброс значений будет существенно снижен за счет отрицательной обратной связи по световому потоку через фотодиод и второй транзистор. Резистором R4 можно выставить начальный уровень тока через лазер в отсутствие сигнала. Считается, что это повышает живучесть лазерного диода. С1 с этой же целью сглаживает переходные процессы при включении/выключении лазера. К питанию особых требований нет, можно взять +5В из компьютера. В заключение пару слов о разборке указки и ее цоколевке. Могу рассказать только о своей паре указок. Настолько это типично — не знаю. Сначала я делал надпил корпуса надфилем по периметру указки на уровне кнопки включения указки. Часть с батарейками отламывается. Становится видна маленькая печатная платка, на которой крепится кнопка. Платка припаяна прямо к выводам лазерного диода. Иголкой измерил глубину до втулки, в которую запрессован собственно лазер. Сделал второй надрез, стараясь попасть на уровень втулки, в результате чего получил обрубок указки с полностью сохраненной оптической частью, а с другой (обрубленной )стороны торчали три вывода с платой, которую я отпаял. Итак, остались три вывода, торчащие из обрезанной части указки. Они расположены треугольником. Один из них соединен с корпусом лазерного диода. Это общий вывод лазерного диода и фотодиода. Предположим, что этот вывод соответствует верхнему углу треугольника. Тогда справа внизу будет расположен вывод фотодиода, а слева внизу — вывод лазерного диода. Перед разборкой полезно провести исследование расходимости луча лазера без оптической системы. Это вам понадобится при оценке чувствительности вашего приемника и дальности работы вашего линка. Для этого надо осторожно вывернуть оптическую систему из передней части указки и замерить диаметр пятна, который получается на расстоянии от указки в интервале 5-25 см. Теперь можно переходить к построению самой важной части линка — аналоговой части приемника.
Приемник. Аналоговая часть. Этот блок требует наибольшей аккуратности и, я бы сказал схемотехнической культуры при построении и наладке. Питание лучше брать не из компьютера, а от отдельного стабилизированного блока питания. Длина проводников должна быть минимальна. Фильтрующие питание конденсаторы C1,C2.C4,C5 д.б. расположены максимально близко к выводам операционного усилителя. Особенно важно близкое расположение к ОУ элементов входной цепи С3, VD1, R4. Желательно компактное расположение и экранирование всей конструкции. При грамотной схемотехнике у вас не должно быть никаких проблем с настройкой. У меня на столе не было выполнено ни одно из перечисленных выше требований и тем не менее все успешно работает. Так что есть надежда, что если сделать все правильно,то у вас тоже будет работать ;-))) Пару слов о самой схеме. Она предельно проста. Соблюдайте полярность фотодиода! Резистор R4 влияет на амплитуду сигнала с фотодиода и на его форму/частотные характеристики. Чем меньше номинал резистора, тем меньше сигнал с фотодиода и тем лучше его форма. У меня получались вполне приличные результаты при увеличении резистора до 4.7 К. Однако спешить с его увеличением я бы не советовал. И вообще, первое, что вы должны добиться — это работа приемника на какой-нибудь умеренной скорости, ну например 57600. Это лучше делать в следующем порядке. Итак, после десятой проверки монтажа выводим сопротивление подстроечника R1 в ноль и включаем питание. Подключаем к ком-порту собранный передатчик (цифровую и аналоговую части), запускаем батник (предварительно установив скорость работы порта 57600), позволяющий наблюдать непрерывную картинку передачи одного байта (о нем шла речь в первой части трилогии), располагаем лазер со снятой оптической системой в двух-трех сантиметрах от фотодиода, подключаем осциллограф к выходу приемника и начинаем медленно увеличивать сопротивление R1. Через некоторое время транзистор Т1 начнет приоткрываться, и на выходе приемника появится гребенка импульсов. Оптимальное значение сопротивления R1 определяется в ходе экспериментов визуально по форме и амплитуде импульсов на выходе приемника. При выключении передатчика амплитуда шумов на выходе приемника не должна превышать 1-2 вольта. Транзистор Т1 должен быть лишь слегка приоткрыт. Типичное значение напряжения на его коллекторной нагрузке- 1-2 вольта. После достижения успеха на этом первом этапе можно двигаться дальше — постепенно раздвигать приемник и передатчик, находить их наилучшее взаимное положение и, подстраивая R1, получать гребенку импульсов амплитудой почти равной амплитуде питания +12В. Форма у них может быть не совсем прямоугольной, но амплитуда должна быть хорошей. При максимально возможной раздвижке передатчика и приемника надо определить диаметр расфокусированного пятна лазера. Этот диаметр даст вам представление о максимальной дальности, на которой будет работать ваш линк. У меня этот диаметр равнялся примерно 20 см, что примерно соответствует динамическому диапазону в 33 дБ. Как мне кажется, этого вполне должно хватить для уверенной связи на расстоянии 100 метров без применения входных линз или на расстоянии 200 метров, если использовать светодиод типа ФД320 в виде красной пластмассовой линзочки диаметром около сантиметра на прямоугольном основании. А при наличии входной оптики.. Впрочем, при больших дальностях уже другие проблемы.. Вернемся к настройке приемника. Теперь полезно попробовать настройку для разных скоростей ком-порта. И, наконец, можно подключить цифровую часть приемника и повторить опыты, описанные в первой части данной трилогии. Я специально ничего не говорил о конструктивном оформлении приемника. Да, наверно полезно иметь какие-нибудь бленды на входных светодиодах. Вообще-то приемник весьма устойчив к засветкам разного рода. Обычная засветка лампочкой 60 ватт с расстояния 70 см под углом в 30 градусов никак не влияла на работу схемы. Конденсатор C3 очень хорошо «режет» все низкочастотные помехи. Вот вроде и все. Наверняка что-то забыл. — Спрашивайте. И вообще, автор не питает никаких иллюзий относительно завершенности и совершенства представленных схем. Я претендую лишь на то, что все это работает и удовлетворяет тем условиям, которые я когда-то здесь излагал. Весьма приветствуется доброжелательная критика и ценные советы, особенно если они проистекают из практической работы по усовершенствованию данной конструкции.
Источник: iceinet.ru |
sirak.ucoz.ru
Вся информация о лазерной указке которой я владею в основном получена из собственного опыта. Мой опыт основан на порядка 10 указках (буду честным, я студент бедный каждая на счету, было их 7), у всех на корпусе было написано 1mW, почти все из них сдохли (светят, но очень тускло) по какой причине выявить не смог, целенаправленно для этого испытания не проводил :-), но было бы интересно узнать. Если ее не трогать то вроде бы работает нормально, говорят даже долго.
Внутри лазерной указки заключён полупроводниковый светоизлучающий кристалл, излучаемый луч света рассеивается примерно под углом 30 градусов и собирается короткофокусной линзочкой, регулируя положение которой с помощью резьбовой муфты относительно кристалла можно добиться достаточно узкого пучка света, хочу подчеркнуть что это заслуга не линзы, а следствие высокой когерентности излучения. Сейчас эти муфточки в основном делают из пластмассы (были железными) и сажают на клей. Для того чтобы её повернуть рекомендую сделать в ней с торца надрез и крутить ее отверткой, можно попробовать вплавить туда отвертку. В некоторых последних моделях указок уже сделаны такие надрезы.
Так же внутри заключена небольшая плата (15х8мм). В одной из указок более раннего производства, чем другие, купленные недавно, была обнаружена схема представлена на рисунке.
Эта схема есть ни что иное, как ограничитель тока на 30 мА (0.6 В / 20 Ом). Из чего был сделан вывод что для нормальной работы кристалла необходимо ограничивать ток на указанном уровне.
В интернете была найдена информация о том, что в ещё более ранних моделях использовался фотодиод размещённый рядом с кристаллом лазера, и его фототок использовался в качестве отрицательной обратной связи для ограничения мощности светового излучения на безопасном для кристалла уровне. Я встречал кристаллы с тремя выводами, но один вывод не использовался. В лазерных диодах которые есть в продаже фотодиод обычно тоже есть.
Сейчас же в указке китайского производства схему упростили (удешевили) до максимума и используется только один ограничительный резистор включённый последовательно с лазером. В моих схемах в дальнейшем используется токоограничительная схема в надежде что это продлит срок эксплуатации при достаточно мощном излучении. За основной электрический параметр взят Iном = Imax = 30 мА, но вообще если указка работает в импульсном режиме при необходимости можно увеличить это значение раза в два, при соответствующей средней скважности. Я увеличивать ток не пробовал, говорят это можно сделать только один раз : ).
Если использовать указку в активном режиме (я пробовал), то необходимо посмотреть ее ВАХ, которая представляет из себя пороговую характеристику, что усложняет модуляцию. А лучше снимать вообще на ВАХ а проходную характеристику (вход-выход) пары лазер — фотоэлемент. Но самое простое и надежное использовать ее в режиме «горит — не горит», тогда ВАХ вообще не нужна.
Лазерная указка довольно быстрый элемент, насколько быстрый не знаю, но говорят очень быстрый. У меня с этим проблем не было. Думаю что если делать что-то быстродействующее лучше лазер тушить не до конца, что бы инжекция не прекращалась.
Надпиливать ни чего не надо. Батарейки конечно вынимаются первым делом. Потом просто выкручивается колпачок с переда и проверяется на скольких нитках резьбы он держится. Если держится слабо то, указку надо аккуратно зажать в тисочках и колпачок сильно закрутить до упора. Муфточка в которой закреплен лазерный кристалл, должна подтянутся (выехать) по ближе к краю внешней втулки. Она там вроде безо всякого клея плотненько сидит. После этого колпачок опять выворачивается и в его дырочку вставляется подходящий гвоздь шляпкой внутрь. Колпачок заворачивается с торчащим гвоздем. Гвоздь зажимается в тисках, а за задний колпачок куда вставляется цепочка надо сильно тянуть пассатижами, но контролируя свою силу. Для удобства в дырку для цепочки нужно вставить кусок проволоки, а в тиски упереться рукой или ногой. Муфточка с лазером и микросхемкой должна вытянуться.
Кнопочку взять и просто выпаять (где-нибудь пригодится). Пружинку тоже она пригодится для того, чтобы прижимать лазер к юстировочным болтикам. Плюсовой провод к корпусу паять не рекомендую, лучше оба проводка припаять к микросхемке.
an500.narod.ru
|
Цифровая часть приемопередатчика. После долгих экспериментов я пришел к выводу, что простой и надежный приемник для RS232 сделать трудно. Для RS232 надо мастерить что-то вроде схемы «привязки к уровню черного (или белого?)» — как в телевидении. Простыми средствами мне это сделать не удалось. Поэтому было принято решение перейти к импульсно-кодовому представлению сигналов RS232 и передаче информации импульсами. Такая система давно разработана и называется IRDA. Однако по условию задачи связь должна быть через ком-порт. Где-то в и-нете я видел микросхемы (буржуйские, разумеется) которые подключаются прямо к ком-порту, а на выходе у них импульсная последовательность или даже просто оптический сигнал. И приемник встроен в ту же микросхему. Мне эта штука не понравилась по двум причинам: относительная дороговизна и жесткая привязка к фиксированной скорости ком-порта. Т.е. если вы (или какая-то умная программа) решили перенастроить порт на другую скорость — вам надо менять тактовую частоту на входе микросхемы. По всем эти причинам я решил смастерить что-то похожее на IRDA, но более простое и независимое от скорости работы порта. Вот что получилось. Стандарт FIRDA. Каждый фронт в сигнале RS232 кодируется коротким однополярным импульсом, который передается по оптическому каналу. Hа приемнике эти импульсы поступают на вход триггера, работающего в счетном режиме. Hа выходе триггера получаем (в идеале) сигнал RS232. В принципе, это все. У это чудесного по своей простоте алгоритма есть только один существенный недостаток, который заключается в том, что при пропуске хотя бы одного импульса, на выходе триггера начинает появляться инверсия сигнала RS232. Конечно, можно сказать, что при потере стартового фронта в RS232 (или первого импульса в пачке IRDA) тоже произойдет сбой синхронизации, который при плотном потоке информации может быть ликвидирован не скоро. Однако, в предлагаемой системе потеря любого (а не только первого) импульса приводит к неприятностям. Грубо говоря, помехоустойчивость FIRDA раз в 8-10 хуже IRDA или RS232. В принципе, это было бы не так страшно (считаем, что ошибки появляются достаточно редко), если бы с течением времени FIRDA выходил на нормальный режим работы, как это происходит с его именитыми прототипами. Однако, если не предусмотреть специальных мер, FIRDA так и будет гнать инвертированный поток, пока не произойдет еще одного сбоя ;)) Именно длительная инверсная работа мне казалась главным недостатком FIRDA и я дополнил его маленькой добавкой, которая в последствии меня самого удивила своей эффективностью и практически решила все проблемы. Добавка очень простая: если в течении некоторого времени (ну например 0.1 сек) на выходе триггера присутствует «1», то следует принудительно перевести его в нулевое состояние (считаем, что в паузах передачи на выходе RS232 — ноль). Теперь для полного счастья надо дергать готовность ком-порта передатчика один раз в 10 сек, прерывая передачу на 0.1 сек, с тем чтобы триггер приемника установился в исходное состояние. Очевидно, в данном примере потери в скорости передачи — 1процент. Вот теперь, действительно все. Как показала практика, дергать готовность ком-порта передатчика не надо. Многочисленные эксперименты показали, что при реальной работе через ком возникает множество естественных пауз различной длительности. (были проверены несколько сетевых игрушек, сеть между двумя Вин98, терминалки с разными протоколами. Действительно плотный поток оказался только у терминалок, работающих через Z-модем). В моей версии линка время принудительной установки триггера выбрано около 5 миллисекунд. Такие паузы встречаются очень часто. Правда, это ограничивает снизу используемые скорости передачи (в моем случае — не меньше 2400). Зато никаких проблем ни с каким софтом я не имел во всем диапазоне скоростей 2400..115200. Описание принципиальной схемы. Сигнал Тх с выхода ком-порта через ограничивающий резистор R1 поступает на схему выделения фронтов, собранную на элементаж DD1.1, DD1.2. Hа выводе 4 элемента DD1.2 присутствуют импульсы длительностью около 1 микросекунды. ВременнЫе параметры этих импульсов не достаточно стабильны, поэтому в схему включен генератор нормированных по длительности импульсов, собранный на триггере Т2. Он формирует импульсы длительностью около 3-4 микросекунд. При необходимости длительность подстраивается резистором R3. Для тех, кому важна стабильность/надежность/дальность работы линка и допустима максимальная скорость работы 57600, я бы посоветовал удвоить номинал С2 и тем самым увеличить длительность нормированного импульса до 8 миллисекунд. Можно использовать специальный переключатель максимальных скоростей 115200-57600. подключающий дополнительную емкость С2. (длина проводников до переключателя должна быть минимальна.) Схема цифровой части приемника содержит триггер Т1 с элементами R4,R5,C3,V2, задающими максимальную длительность единицы на выходе триггера. При указанных на схеме номиналах, она равна примерно 5 миллисекундам. Если кто-то собирается работать только с большими скоростями, имеет смысл уменьшить это время путем уменьшения С3. Hа элементах DD1.3, DD1.4 собран выходной усилитель, сигнал с которого поступает на вход Rx ком-порта. Это на всякий случай. У меня все прекрасно работало на перепутанном мотке проводов длинной 20 метров, когда я брал неусиленный сигнал (через резистор 1К) прямо с вывода 1 триггера Т1. Теперь несколько слов о настройке схемы. К счастью, цифровая часть приемопередатчика является совершенно самостоятельной и самодостаточной схемой, допускающей полную настройку и отладку без всяких лазеров и аналоговой части. Порядок настройки. Создайте файл килобайт на 300, содержащий один символ (мне понравился Y). Создайте батник, который засылает этот файл в ком-порт, а потом вызывает сам себя 😉 Запустите его. Проконтролируйте длительности и формы импульсов в передатчике.(лучше это делать на максимальной скорости, поскольку импульсы короткие). Закройте батник. Замкните выход передачика на вход приемника, а выход приемника подайте на вход Rx того же самого ком-порта. Войдите в любую терминальную программу ( я пользовался DN-ской терминалкой) Попробуйте понажимать на клавиши. Вы должны увидеть нажимаемые символы на экране. Если этого не происходит, попробуйте просто замкнуть Rx и Tx и добиться описанного эффекта настройкой терминальной программы, после чего снова попытайтесь сделать то же самое через приемопередатчик. И наконец, последнее, самое важное испытание. Тут потребуется уже два компьютера. Соедините их ком-порты тремя проводами по классической схеме. Запустите какой-нибудь софт,использующий этот линк. Убедитесь, что все работает. Теперь попробуйте в разрыв одного сигнального провода вставить цифровой приемопередатчик. Попробуйте поработать с этим же софтом через эту железку и убедитесь, что FIRDA вас вполне устраивает ;-))), поимитируйте помехи в передаче доступными вам способами. После этого можно переходить к постройке аналоговой части линка. Передатчик. Особых пояснений, как мне кажется, он не требует. Лазерный диод является коллекторной нагрузкой первого транзистора. Резистор в его эмиттерной цепи ограничивает ток через этот транзистор и создает условия для работы второго транзистора, который является фактически (совместно с R1) управляемым делителем входного напряжения. Второй транзистор управляется фототоком диода, встроенного в лазер для организации схемы ограничения температурного дрейфа его параметров. С увеличением светового потока увеличивается базовый ток второго транзистора, и он шунтирует входной сигнал на уровне, безопасном для лазера. Подстроечный резистор R3 предназначен для регулировки допустимого уровня излучения лазера.Hоминалы схемы подобраны так, что при комнатной температуре можно уменьшить его сопротивление до нуля и это не приводит к фатальным последствиям для лазерного диода (по крайней мере у меня проблем не было). Hастройка передатчика сводится к измерению амплитуды сигнала на резисторе R2 (при подключенной и работающей цифровой части) и установление подстроечным резистором амплитуды импульсов, соответствующей импульсному току 30-35 ма (при комнатной температуре).(Речь идет о 5-и милливаттных указках). Для надежности можно уточнить эти цифры для конкретной указки путем измерения тока через нее при свежезаряженных аккумуляторах (до разборки). Эту величину можно в дальнейшем принять за номинальный импульсный ток через указку. Если в схеме используется R4 (у меня его нет), и часть тока всегда течет через этот резистор, на соответствующую величину надо уменьшить выставляемый ток через R2, так что бы суммарный импульсный ток оказался в указанных выше пределах. При изменении тепературы параметры излучения, конечно, будут плавать, но разброс значений будет существенно снижен за счет отрицательной обратной связи по световому потоку через фотодиод и второй транзистор. Резистором R4 можно выставить начальный уровень тока через лазер в отсутствие сигнала. Считается, что это повышает живучесть лазерного диода. С1 с этой же целью сглаживает переходные процессы при включении/выключении лазера. К питанию особых требований нет, можно взять +5В из компьютера. В заключение пару слов о разборке указки и ее цоколевке. Могу рассказать только о своей паре указок. Hасколько это типично — не знаю. Сначала я делал надпил корпуса надфилем по периметру указки на уровне кнопки включения указки. Часть с батарейками отламывается. Становится видна маленькая печатная платка, на которой крепится кнопка. Платка припаяна прямо к выводам лазерного диода. Иголкой измерил глубину до втулки, в которую запресован собственно лазер. Сделал второй надрез, стараясь попасть на уровень втулки, в результате чего получил обрубок указки с полностью сохраненной оптической частью, а с другой (обрубленной )стороны торчали три вывода с платкой, которую я отпаял. Итак, остались три вывода, торчащие из обрезанной части указки. Они расположены треугольником. Один из них соединен с корпусом лазерного диода. Это общий вывод лазерного диода и фотодиода. Предположим, что этот вывод соответствует верхнему углу треугольника. Тогда справа внизу будет расположен вывод фотодиода, а слева внизу — вывод лазерного диода. Перед разборкой полезно провести исследование расходимости луча лазера без оптической системы. Это вам понадобится при оценке чувствительности вашего приемника и дальности работы вашего линка. Для этого надо осторожно вывернуть оптическую систему из передней части указки и замерить диаметр пятна, который получается на расстоянии от указки в интервале 5-25 см. Теперь можно переходить к построению самой важной части линка — аналоговой части приемника. Приемник. Аналоговая часть. Этот блок требует наибольшей аккуратности и, я бы сказал схемотехнической культуры при построении и наладке. Питание лучше брать не из компьютера, а от отдельного стабилизированного блока питания. Длина проводников должна быть минимальна. Фильтрующие питание конденсаторы C1,C2.C4,C5 д.б. расположены максимально близко к выводам операционного усилителя. Особенно важно близкое расположение к ОУ элементов входной цепи С3,VD1,R4. Желательно компактное расположение и экранирование всей конструкции. При грамотной схемотехнике у вас не должно быть никаких проблем с настройкой. У меня на столе не было выполнено ни одно из перечисленных выше требований и тем не менее все успешно работает. Так что есть надежда, что если сделать все правильно,то у вас тоже будет работать ;-))) Пару слов о самой схеме. Она предельно проста. Cоблюдайте полярность фотодиода! Резистор R4 влияет на амплитуду сигнала с фододиода и на его форму/частотные характеристики. Чем меньше номинал резистора, тем меньше сигнал с фотодиода и тем лучше его форма. У меня получались вполне приличные результаты при увеличении резистора до 4.7 К. Однако спешить с его увеличением я бы не советовал. И вообще, первое, что вы должны добится — это работа приемника на какой-нибудь умеренной скорости, ну например 57600. Это лучше делать в следующем порядке. Итак, после десятой проверки монтажа выводим сопротивление подстроечника R1 в ноль и включаем питание. Подключаем к ком-порту собранный передатчик (цифровую и аналоговую части), запускаем батник (предварительно установив скорость работы порта 57600), позволяющий наблюдать непрерывную картинку передачи одного байта (о нем шла речь в первой части трилогии), располагаем лазер со снятой оптической системой в двух-трех сантиметрах от фотодиода, подключаем лограф к выходу приемника и начинаем медленно увеличивать сопротивление R1. Через некоторое время транзистор Т1 начнет приоткрываться, и на выходе приемника появится гребенка импульсов. Оптимальное значение сопротивления R1 определяется в ходе экспериментов визуально по форме и амплитуде импульсов на выходе приемника. При выключении передатчика амплитуда шумов на выходе приемника не должна превышать 1-2 вольта. Транзистор Т1 должен быть лишь слегка приоткрыт. Типичное значение напряжения на его коллекторной нагрузке- 1-2 вольта. После достижения успеха на этом первом этапе можно двигаться дальше — постепенно раздвигать приемник и передатчик, находить их наилучшее взаимное положение и, подстраивая R1, получать гребенку импульсов амплитудой почти равной амплитуде питания +12В. Форма у них может быть не совсем прямоугольной, но амплитуда должна быть хорошей. При максимально возможной раздвижке передатчика и приемника надо определить диаметр расфокусированного пятна лазера. Этот диаметр даст вам представление о максимальной дальности, на которой будет работать ваш линк. У меня этот диаметр равнялся примерно 20 см, что примерно соответствует динамическому диапазону в 33 дБ. Как мне кажется, этого вполне должно хватить для уверенной связи на расстоянии 100 метров без применения входных линз или на расстоянии 200 метров, если использовать сведотдиод типа ФД320 в виде красной пластмассовой линзочки диаметром около сантиметра на прямоугольном основании. А при наличии входной оптики… Впрочем, при больших дальностях уже другие проблемы… Вернемся к настройке приемника. Теперь полезно попробовать настройку для разных скоростей ком-порта. И, наконец, можно подключить цифровую часть приемника и повторить опыты, описанные в первой части данной трилогии. Я специально ничего не говорил о конструктивном оформлении приемника. Да, наверно полезно иметь какие-нибудь бленды на входных светодиодах. Вообще-то приемник весьма устойчив к засветкам разного рода. Обычная засветка лампочкой 60 ватт с расстояния 70 см под углом в 30 градусов никак не влияла на работу схемы. Конденсатор C3 очень хорошо «режет» все низкочастотные помехи. skov (at) gaap.spb.ru
|
www.qrz.ru
После долгих экспериментов я пришел к выводу, что простой и надежный приемник для RS232 сделать трудно. Для RS232 надо мастерить что-то вроде схемы «привязки к уровню черного (или белого?)» — как в телевидении. Простыми средствами мне это сделать не удалось. Поэтому было принято решение перейти к импульсно-кодовому представлению сигналов RS232 и передаче информации импульсами. Такая система давно разработана и называется IRDA. Однако по условию задачи связь должна быть через ком-порт. Где-то в и-нете я видел микросхемы (буржуйские, разумеется) которые подключаются прямо к ком-порту, а на выходе у них импульсная последовательность или даже просто оптический сигнал. И приемник встроен в ту же микросхему. Мне эта штука не понравилась по двум причинам: относительная дороговизна и жесткая привязка к фиксированной скорости ком-порта. Т.е. если вы (или какая-то умная программа) решили перенастроить порт на другую скорость — вам надо менять тактовую частоту на входе микросхемы. По всем эти причинам я решил смастерить что-то похожее на IRDA, но более простое и независимое от скорости работы порта. Вот что получилось.
Стандарт FIRDA. Каждый фронт в сигнале RS232 кодируется коротким однополярным импульсом, который передается по оптическому каналу. На приемнике эти импульсы поступают на вход триггера, работающего в счетном режиме. На выходе триггера получаем (в идеале) сигнал RS232. В принципе, это все. У это чудесного по своей простоте алгоритма есть только один существенный недостаток, который заключается в том, что при пропуске хотя бы одного импульса, на выходе триггера начинает появляться инверсия сигнала RS232. Конечно, можно сказать, что при потере стартового фронта в RS232 (или первого импульса в пачке IRDA) тоже произойдет сбой синхронизации, который при плотном потоке информации может быть ликвидирован не скоро. Однако, в предлагаемой системе потеря любого (а не только первого) импульса приводит к неприятностям. Грубо говоря, помехоустойчивость FIRDA раз в 8-10 хуже IRDA или RS232. В принципе, это было бы не так страшно (считаем, что ошибки появляются достаточно редко), если бы с течением времени FIRDA выходил на нормальный режим работы, как это происходит с его именитыми прототипами. Однако, если не предусмотреть специальных мер, FIRDA так и будет гнать инвертированный поток, пока не произойдет еще одного сбоя ;)) Именно длительная инверсная работа мне казалась главным недостатком FIRDA и я дополнил его маленькой добавкой, которая в последствии меня самого удивила своей эффективностью и практически решила все проблемы. Добавка очень простая: если в течении некоторого времени (ну например 0.1 сек) на выходе триггера присутствует «1», то следует принудительно перевести его в нулевое состояние (считаем, что в паузах передачи на выходе RS232 — ноль). Теперь для полного счастья надо дергать готовность ком-порта передатчика один раз в 10 сек, прерывая передачу на 0.1 сек, с тем чтобы триггер приемника установился в исходное состояние. Очевидно, в данном примере потери в скорости передачи — 1процент. Вот теперь, действительно все.
Как показала практика, дергать готовность ком-порта передатчика не надо. Многочисленные эксперименты показали, что при реальной работе через ком возникает множество естественных пауз различной длительности. (были проверены несколько сетевых игрушек, сеть между двумя Вин98, терминалки с разными протоколами. Действительно плотный поток оказался только у терминалок, работающих через Z-модем). В моей версии линка время принудительной установки триггера выбрано около 5 миллисекунд. Такие паузы встречаются очень часто. Правда, это ограничивает снизу используемые скорости передачи (в моем случае — не меньше 2400). Зато никаких проблем ни с каким софтом я не имел во всем диапазоне скоростей 2400..115200.
Сигнал Тх с выхода ком-порта через ограничивающий резистор R1 поступает на схему выделения фронтов, собранную на элементаж DD1.1, DD1.2. На выводе 4 элемента DD1.2 присутствуют импульсы длительностью около 1 микросекунды. ВременнЫе параметры этих импульсов не достаточно стабильны, поэтому в схему включен генератор нормированных по длительности импульсов, собранный на триггере Т2. Он формирует импульсы длительностью около 3-4 микросекунд. При необходимости длительность подстраивается резистором R3. Для тех, кому важна стабильность/надежность/дальность работы линка и допустима максимальная скорость работы 57600, я бы посоветовал удвоить номинал С2 и тем самым увеличить длительность нормированного импульса до 8 миллисекунд. Можно использовать специальный переключатель максимальных скоростей 115200-57600. подключающий дополнительную емкость С2. (длина проводников до переключателя должна быть минимальна). Схема цифровой части приемника содержит триггер Т1 с элементами R4,R5,C3,V2, задающими максимальную длительность единицы на выходе триггера. При указанных на схеме номиналах, она равна примерно 5 миллисекундам. Если кто-то собирается работать только с большими скоростями, имеет смысл уменьшить это время путем уменьшения С3. На элементах DD1.3, DD1.4 собран выходной усилитель, сигнал с которого поступает на вход Rx ком-порта. Это на всякий случай. У меня все прекрасно работало на перепутанном мотке проводов длинной 20 метров, когда я брал неусиленный сигнал (через резистор 1К) прямо с вывода 1 триггера Т1. Теперь несколько слов о настройке схемы. К счастью, цифровая часть приемопередатчика является совершенно самостоятельной и самодостаточной схемой, допускающей полную настройку и отладку без всяких лазеров и аналоговой части. Порядок настройки. Создайте файл килобайт на 300, содержащий один символ (мне понравился Y). Создайте батник, который засылает этот файл в ком-порт, а потом вызывает сам себя 😉 Запустите его. Проконтролируйте длительности и формы импульсов в передатчике.(лучше это делать на максимальной скорости, поскольку импульсы короткие). Закройте батник. Замкните выход передачика на вход приемника, а выход приемника подайте на вход Rx того же самого ком-порта. Войдите в любую терминальную программу ( я пользовался DN-ской терминалкой) Попробуйте понажимать на клавиши. Вы должны увидеть нажимаемые символы на экране. Если этого не происходит, попробуйте просто замкнуть Rx и Tx и добиться описанного эффекта настройкой терминальной программы, после чего снова попытайтесь сделать то же самое через приемопередатчик. И наконец, последнее, самое важное испытание. Тут потребуется уже два компьютера. Соедините их ком-порты тремя проводами по классической схеме. Запустите какой-нибудь софт,использующий этот линк. Убедитесь, что все работает. Теперь попробуйте в разрыв одного сигнального провода вставить цифровой приемопередатчик. Попробуйте поработать с этим же софтом через эту железку и убедитесь, что FIRDA вас вполне устраивает ;-))), поимитируйте помехи в передаче доступными вам способами. После этого можно переходить к постройке аналоговой части линка.
Особых пояснений, как мне кажется, он не требует. Лазерный диод является коллекторной нагрузкой первого транзистора. Резистор в его эмиттерной цепи ограничивает ток через этот транзистор и создает условия для работы второго транзистора, который является фактически (совместно с R1) управляемым делителем входного напряжения. Второй транзистор управляется фототоком диода, встроенного в лазер для организации схемы ограничения температурного дрейфа его параметров. С увеличением светового потока увеличивается базовый ток второго транзистора, и он шунтирует входной сигнал на уровне, безопасном для лазера. Подстроечный резистор R3 предназначен для регулировки допустимого уровня излучения лазера.Номиналы схемы подобраны так, что при комнатной температуре можно уменьшить его сопротивление до нуля и это не приводит к фатальным последствиям для лазерного диода (по крайней мере у меня проблем не было). Настройка передатчика сводится к измерению амплитуды сигнала на резисторе R2 (при подключенной и работающей цифровой части) и установление подстроечным резистором амплитуды импульсов, соответствующей импульсному току 30-35 ма (при комнатной температуре). (Речь идет о 5-и милливаттных указках). Для надежности можно уточнить эти цифры для конкретной указки путем измерения тока через нее при свежезаряженных аккумуляторах (до разборки). Эту величину можно в дальнейшем принять за номинальный импульсный ток через указку. Если в схеме используется R4 (у меня его нет), и часть тока всегда течет через этот резистор, на соответствующую величину надо уменьшить выставляемый ток через R2, так что бы суммарный импульсный ток оказался в указанных выше пределах. При изменении тепературы параметры излучения, конечно, будут плавать, но разброс значений будет существенно снижен за счет отрицательной обратной связи по световому потоку через фотодиод и второй транзистор. Резистором R4 можно выставить начальный уровень тока через лазер в отсутствие сигнала. Считается, что это повышает живучесть лазерного диода. С1 с этой же целью сглаживает переходные процессы при включении/выключении лазера. К питанию особых требований нет, можно взять +5В из компьютера. В заключение пару слов о разборке указки и ее цоколевке.
Могу рассказать только о своей паре указок. Насколько это типично — не знаю. Сначала я делал надпил корпуса надфилем по периметру указки на уровне кнопки включения указки. Часть с батарейками отламывается. Становится видна маленькая печатная платка, на которой крепится кнопка. Платка припаяна прямо к выводам лазерного диода. Иголкой измерил глубину до втулки, в которую запресован собственно лазер. Сделал второй надрез, стараясь попасть на уровень втулки, в результате чего получил обрубок указки с полностью сохраненной оптической частью, а с другой (обрубленной )стороны торчали три вывода с платкой, которую я отпаял. Итак, остались три вывода, торчащие из обрезанной части указки. Они расположены треугольником. Один из них соединен с корпусом лазерного диода. Это общий вывод лазерного диода и фотодиода. Предположим, что этот вывод соответствует верхнему углу треугольника. Тогда справа внизу будет расположен вывод фотодиода, а слева внизу — вывод лазерного диода. Перед разборкой полезно провести исследование расходимости луча лазера без оптической системы. Это вам понадобится при оценке чувствительности вашего приемника и дальности работы вашего линка. Для этого надо осторожно вывернуть оптическую систему из передней части указки и замерить диаметр пятна, который получается на расстоянии от указки в интервале 5-25 см. Теперь можно переходить к построению самой важной части линка — аналоговой части приемника.
Аналоговая часть. Этот блок требует наибольшей аккуратности и, я бы сказал схемотехнической культуры при построении и наладке. Питание лучше брать не из компьютера, а от отдельного стабилизированного блока питания. Длина проводников должна быть минимальна. Фильтрующие питание конденсаторы C1,C2.C4,C5 д.б. расположены максимально близко к выводам операционного усилителя. Особенно важно близкое расположение к ОУ элементов входной цепи С3, VD1, R4. Желательно компактное расположение и экранирование всей конструкции. При грамотной схемотехнике у вас не должно быть никаких проблем с настройкой. У меня на столе не было выполнено ни одно из перечисленных выше требований и тем не менее все успешно работает. Так что есть надежда, что если сделать все правильно,то у вас тоже будет работать ;-))) Пару слов о самой схеме. Она предельно проста. Соблюдайте полярность фотодиода! Резистор R4 влияет на амплитуду сигнала с фододиода и на его форму/частотные характеристики. Чем меньше номинал резистора, тем меньше сигнал с фотодиода и тем лучше его форма. У меня получались вполне приличные результаты при увеличении резистора до 4.7 К. Однако спешить с его увеличением я бы не советовал. И вообще, первое, что вы должны добится — это работа приемника на какой-нибудь умеренной скорости, ну например 57600. Это лучше делать в следующем порядке. Итак, после десятой проверки монтажа выводим сопротивление подстроечника R1 в ноль и включаем питание. Подключаем к ком-порту собранный передатчик (цифровую и аналоговую части), запускаем батник (предварительно установив скорость работы порта 57600), позволяющий наблюдать непрерывную картинку передачи одного байта (о нем шла речь в первой части трилогии), располагаем лазер со снятой оптической системой в двух-трех сантиметрах от фотодиода, подключаем лограф к выходу приемника и начинаем медленно увеличивать сопротивление R1. Через некоторое время транзистор Т1 начнет приоткрываться, и на выходе приемника появится гребенка импульсов. Оптимальное значение сопротивления R1 определяется в ходе экспериментов визуально по форме и амплитуде импульсов на выходе приемника. При выключении передатчика амплитуда шумов на выходе приемника не должна превышать 1-2 вольта. Транзистор Т1 должен быть лишь слегка приоткрыт. Типичное значение напряжения на его коллекторной нагрузке- 1-2 вольта. После достижения успеха на этом первом этапе можно двигаться дальше — постепенно раздвигать приемник и передатчик, находить их наилучшее взаимное положение и, подстраивая R1, получать гребенку импульсов амплитудой почти равной амплитуде питания +12В. Форма у них может быть не совсем прямоугольной, но амплитуда должна быть хорошей. При максимально возможной раздвижке передатчика и приемника надо определить диаметр расфокусированного пятна лазера. Этот диаметр даст вам представление о максимальной дальности, на которой будет работать ваш линк. У меня этот диаметр равнялся примерно 20 см, что примерно соответствует динамическому диапазону в 33 дБ. Как мне кажется, этого вполне должно хватить для уверенной связи на расстоянии 100 метров без применения входных линз или на расстоянии 200 метров, если использовать сведотдиод типа ФД320 в виде красной пластмассовой линзочки диаметром около сантиметра на прямоугольном основании. А при наличии входной оптики.. Впрочем, при больших дальностях уже другие проблемы.. Вернемся к настройке приемника. Теперь полезно попробовать настройку для разных скоростей ком-порта. И, наконец, можно подключить цифровую часть приемника и повторить опыты, описанные в первой части данной трилогии. Я специально ничего не говорил о конструктивном оформлении приемника. Да, наверно полезно иметь какие-нибудь бленды на входных светодиодах. Вообще-то приемник весьма устойчив к засветкам разного рода. Обычная засветка лампочкой 60 ватт с расстояния 70 см под углом в 30 градусов никак не влияла на работу схемы. Конденсатор C3 очень хорошо «режет» все низкочастотные помехи. Вот вроде и все. Наверняка что-то забыл. — Спрашивайте. И вообще, автор не питает никаких иллюзий относительно завершенности и совершенства представленных схем. Я претендую лишь на то, что все это работает и удовлетворяет тем условиям, которые я когда-то здесь излагал. Весьма приветствуется доброжелательная критика и ценные советы, особенно если они проистекают из практической работы по усовершенствованию данной конструкции.
Автор: Сергей Ковалёв (2:5030/143/38)
skov (at) gaap (dot) spb (dot) ru
Автор: Александр Скрыпник
avtors.ru
