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無線電子工学および電気工学の百科事典 レーザー ポインター上の XNUMX 台のコンピューターの通信システム。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
トランシーバーのデジタル部分。 多くの実験の後、RS232 用のシンプルで信頼性の高い受信機を作るのは難しいという結論に達しました。 RS232の場合、テレビのように「黒（白？）レベルへのバインド回路のようなものを作る必要があります。単純な手段ではこれを行うことができませんでした。したがって、のパルスコード表現に切り替えることにしました。 RS232 信号とパルスによる情報送信. このようなシステムは長い間開発されており、IRDA と呼ばれています.しかし、問題の状態に応じて, 通信は COM ポートを介して行われるべきです. ）コンポートに直接接続され、出力にはパルスシーケンスまたは光信号さえあります。レシーバーは同じチップに組み込まれています。
何が起こったのかを説明します。 FIRDA規格。 RS232 信号の各エッジは短い単極パルスでエンコードされ、光チャネルを介して送信されます。 受信機では、これらのパルスが計数モードで動作するトリガーの入力に供給されます。 トリガーの出力では、(理想的には) RS232 信号を取得します。 基本的にはそれだけです。 このアルゴリズムはその単純さにおいて素晴らしいものですが、重大な欠点が 232 つだけあります。それは、少なくとも 232 つのパルスがスキップされると、RSXNUMX 信号の反転がトリガー出力に現れ始めることです。 もちろん、RSXNUMX の開始エッジ (または IRDA バーストの最初のパルス) が失われた場合、同期も失敗すると言えます。これは、高密度の情報フローでは、すぐには解消されない可能性があります。 ただし、提案されたシステムでは、（最初のインパルスだけでなく）インパルスが失われると問題が発生します。 大まかに言えば、FIRDAのノイズ耐性はIRDAまたはRS8よりも10〜232倍劣ります。 原則として、FIRDAがその著名なプロトタイプで発生するように、時間の経過とともに通常の動作モードに移行した場合、それほど恐ろしいことではありません（エラーが発生することは非常にまれであると考えられます）。 ただし、特別な対策が講じられていない場合、FIRDAは別の障害が発生するまで逆流を駆動し続けます;））FIRDAの主な欠点と思われるのは長期の逆操作であり、少量の添加剤を追加しました。それは後でその効率で私を驚かせ、ほとんどすべての問題を解決しました。 追加は非常に簡単です。しばらくの間（たとえば、0.1秒）トリガーの出力に1インチがある場合は、強制的にゼロ状態に移行する必要があります（RS232で送信が一時停止していると想定します）。ここで、完全な幸福のために、送信機のcomポートの準備を10秒ごとに0.1回プルし、送信を1秒間中断して、受信機のトリガーをリセットする必要があります。明らかに、この例では、送信の損失です。速度はXNUMXパーセントです。 さて、それは本当にすべてです。 実践が示しているように、送信機のcomポートの準備を整える必要はありません。 多くの実験は、実際の作業では、さまざまな期間の多くの自然な一時停止があることを示しています。 （いくつかのネットワーク玩具がテストされました。98つのWin5間のネットワーク、異なるプロトコルの端末。Zモデムを介して動作する端末のみが非常に高密度のストリームを持っていることが判明しました）。 私のバージョンのリンクでは、トリガーを強制する時間は約2400ミリ秒に設定されています。 このような一時停止は非常に一般的です。 確かに、これは下から使用される転送速度を制限します（私の場合、少なくとも2400）。 しかし、115200..XNUMXの全速度範囲のソフトウェアには問題はありませんでした。
回路図の説明 COM ポートの出力から制限抵抗 R1 を介して Tx 信号が、要素 DD1.1、DD1.2 に組み込まれたエッジ選択回路に供給されます。 DD4 エレメントのピン 1.2 には、持続時間が約 1 マイクロ秒のパルスがあります。 これらのパルスの時間パラメータは十分に安定していないため、この回路には、T2 トリガーで組み立てられた持続時間で正規化されたパルスの発生器が含まれています。 約 3 ～ 4 マイクロ秒の持続時間のパルスを生成します。 必要に応じて、持続時間は抵抗 R3 によって調整されます。 リンクの安定性/信頼性/範囲と最大速度57600を気にする人は、C2の値を8倍にして、正規化されたパルスの持続時間を115200ミリ秒に増やすことをお勧めします。 最高速度57600-2には特別なスイッチを使用できます。 追加の静電容量C1を接続します。 （スイッチへの導体の長さは最小にする必要があります。）レシーバーのデジタル部分の回路には、トリガーの出力で4つの最大持続時間を設定する要素R5、R3、C2、VXNUMXを持つトリガーTXNUMXが含まれています。 図に示されている定格では、約5ミリ秒です。 高速でのみ作業する場合は、C3を減らすことでこの時間を短縮するのが理にかなっています。 出力増幅器は、エレメントDD1.3、DD1.4に組み込まれ、そこからの信号がCOMポートのRx入力に供給されます。 これは念のためです。 T20トリガーのピン1から直接（1K抵抗を介して）増幅されていない信号を受け取ったとき、長さ1メートルの絡み合ったワイヤーのコイルですべてがうまくいきました。 次に、スキーマの設定について簡単に説明します。 幸いなことに、トランシーバーのデジタル部分は完全に独立した自給自足の回路であり、レーザーやアナログ部分なしで完全なチューニングとデバッグが可能です。 設定手順 300文字を含むXNUMXキロバイトのファイルを作成します（私はYが好きでした）。 このファイルをcomポートに送信し、それ自体を呼び出すバッチファイルを作成します;-)実行します。 送信機のパルスの持続時間と形状を確認してください（パルスが短いため、これは最大速度で行うことをお勧めします）。 バッチファイルを閉じます。 送信機の出力を受信機の入力に接続し、受信機の出力を同じCOMポートのRx入力に接続します。 任意のターミナルプログラムを入力します（私はDNターミナルを使用しました）キーを押してみてください。 画面上で文字が押されているのが見えるはずです。 これが発生しない場合は、単にRxとTxを短絡し、ターミナルプログラムを設定して説明した効果を達成してから、トランシーバーを介して同じことを再試行してください。 そして最後に、最後 最も重要なテスト。 これにはXNUMX台のコンピューターが必要です。 古典的なスキームに従って、XNUMX本のワイヤーでCOMポートを接続します。 このリンクを使用するソフトウェアを実行します。 すべてが機能することを確認してください。 次に、XNUMX本の信号線の隙間にデジタルトランシーバーを挿入してみます。 このハードウェアを介して同じソフトウェアで作業し、FIRDAが完全に適合していることを確認してください;-)））、利用可能な方法を使用して送信の干渉をシミュレートします。 その後、リンクのアナログ部分の構築に進むことができます。
送信機 特別な説明は必要ないと思います。 レーザーダイオードは、最初のトランジスタのコレクタ負荷です。 エミッタ回路の抵抗は、このトランジスタを流れる電流を制限し、実際には（R1とともに）制御された入力分圧器である3番目のトランジスタの動作条件を作成します。 XNUMX番目のトランジスタは、レーザーに組み込まれたダイオードの光電流によって制御され、そのパラメーターの温度ドリフトを制限するための回路を構成します。 光束が増加すると、XNUMX番目のトランジスタのベース電流が増加し、レーザーにとって安全なレベルで入力信号をシャントします。 トリマ抵抗RXNUMXは、レーザー放射の許容レベルを調整するように設計されています。 回路の定格は、室温で抵抗がゼロに減少し、これがレーザーダイオードに致命的な結果をもたらさないように選択されています（少なくとも私は問題がありませんでした）。 送信機のセットアップは、結局、抵抗器 R2 の両端の信号振幅を測定し (デジタル部分が接続され動作している状態で)、トリミング抵抗器を 30 ～ 35 mA (室温で) のパルス電流に対応するパルス振幅に設定します (5 ミリワットのポインタについて話しています)。 信頼性を高めるために、（分解前に）新しく充電したバッテリーを使用してポインタに流れる電流を測定することで、特定のポインタのこれらの数値を調整できます。 この値はさらに、指針を流れる定格パルス電流として取得できます。 R4 が回路で使用されており (私はそれを持っていません)、電流の一部が常にこの抵抗を流れる場合、パルス電流の合計が上記の制限内になるように、R2 を流れる設定電流を適切な量だけ減らす必要があります。 温度が変化すると、もちろん放射パラメータは変動しますが、フォトダイオードと4番目のトランジスタを通る光束に対する負のフィードバックにより、値の広がりは大幅に減少します。 抵抗 R1 は、信号がないときにレーザーに流れる電流の初期レベルを設定できます。 これにより、レーザーダイオードの生存可能性が高まると考えられています。 同じ目的の CXNUMX は、レーザーのオン / オフ時の過渡現象を滑らかにします。 К 栄養 特別な要件はありません。コンピューターから + 5V を取得できます。 結論として、ポインタとそのピン配置の逆アセンブリについて少し説明します。 私が話すことができるのは、私のポインタのペアについてだけです。 これがどれほど典型的なことなのか、私にはわかりません。 まず、ポインタの電源ボタンの高さでポインタの周囲に沿って本体をヤスリで磨きました。 電池部分が壊れています。 ボタンが取り付けられている小さなプリント基板が見えます。 スカーフはレーザー ダイオードのリード線に直接はんだ付けされます。 針を使って、レーザー自体が押し込まれるスリーブまでの深さを測定しました。 スリーブのレベルに到達しようとしてXNUMX回目の切開を行いました。その結果、完全に保存された光学部品を備えたポインターの切り株を受け取りました。もう一方の（切り取られた）側には、ハンカチが付いたXNUMX本のリードがあり、ハンダ付けを外しました。 したがって、ポインタの切り取られた部分から突き出ている結論は XNUMX つあります。 三角形に配置されています。 そのうちの XNUMX つはレーザー ダイオードの本体に接続されています。 レーザーダイオードとフォトダイオードの共通ピンです。 この結論が三角形の上隅に対応すると仮定しましょう。 その場合、フォトダイオードの出力は右下に配置され、レーザーダイオードの出力は左下に配置されます。 分解する前に、光学システムなしでレーザービームの発散を研究することは有用です。 受信機の感度とリンクの範囲を評価するときにこれが必要になります。 これを行うには、ポインターの正面から光学システムのネジを慎重に緩め、ポインターから5〜25cmの範囲で得られたスポット直径を測定する必要があります。これで最も多くの構築に進むことができます。リンクの重要な部分-受信機のアナログ部分。
受信機 アナログ部分。 このブロックには最も高い精度が必要であり、構築時や試運転時に回路文化が要求されると言えます。 電源はパソコンからではなく、別の安定化電源からとったほうが良いでしょう。 導体の長さは最小限に抑える必要があります。 電力フィルタリングコンデンサ C1、C2、C4、C5 d.b. オペアンプの出力のできるだけ近くに配置してください。 特に重要なのは、入力回路 C3、VD1、R4 の要素が OS に近いことです。 構造全体をコンパクトに配置し、シールドすることが望ましい。 適切な回路があれば、チューニングに問題はありません。 私のデスクトップでは上記の要件がどれも満たされていませんでしたが、すべて正常に動作しました。 したがって、すべてを正しく行えば、それがあなたにとってもうまくいくという希望があります ;-))) スキーム自体について少し説明します。 彼女はとても単純です。 フォトダイオードの極性に注意してください！ 抵抗R4は、ダイオードからの信号の振幅とその形状/周波数特性に影響を与えます。 抵抗値が小さいほど、フォトダイオードからの信号が小さくなり、その形状が良くなります。 抵抗を4.7Kに増やすと、かなりまともな結果が得られました。ただし、急いで増やすことはお勧めしません。 そして、一般的に、最初に達成する必要があるのは、57600などの適度な速度での受信機の動作です。これは次の順序で実行することをお勧めします。 そこで、1回目の取り付け確認後、トリマーR57600の抵抗をゼロにして電源を入れます。 組み立てられた送信機（デジタルおよびアナログ部品）をcomポートに接続し、バッチファイルを起動します（ポート速度を1に設定した後）。これにより、1バイトの送信の連続画像を観察できます（三部作の最初の部分）、フォトダイオードからXNUMX〜XNUMXセンチメートル離れたところに光学システムを取り外した状態でレーザーを配置し、ロゴグラフを受信機の出力に接続して、抵抗RXNUMXをゆっくりと増加させ始めます。 しばらくすると、トランジスタTXNUMXがわずかに開き始め、パルスのコームが受信機の出力に現れます。 抵抗R1の最適値は、実験の過程で、受信機の出力でのパルスの形状と振幅によって視覚的に決定されます。 送信機がオフになっているとき、受信機出力のノイズ振幅は1〜2ボルトを超えてはなりません。 トランジスタT1はわずかに開いている必要があります。 コレクター負荷の電圧の一般的な値は1〜2ボルトです。 この最初の段階で成功を収めた後、次に進むことができます-受信機と送信機を徐々に離し、それらの最適な相互位置を見つけ、R1を調整することにより、+12V電源の振幅にほぼ等しい振幅のパルスのコームを取得します。 それらの形状は完全に長方形ではないかもしれませんが、振幅は良好であるはずです。 送信機と受信機を可能な限り最大限離した状態で、焦点のぼかされたレーザースポットの直径を決定する必要があります。 この直径により、リンクが動作する最大範囲がわかります。 私の場合、この直径は約 20 cm で、これは 33 dB のダイナミック レンジにほぼ相当します。 入力レンズを使用せずに100メートルの距離で、または長方形のベース上の直径約200センチメートルの赤いプラスチックレンズの形のFD320タイプのLEDを使用する場合、XNUMXメートルの距離で信頼性の高い通信を行うには、これで十分であるように思えます。 そして、入力光学系の存在下では...しかし、長距離ではすでに他の問題が発生しています... 受信機の設定に戻りましょう。 さまざまな COM ポート速度の設定を試すと便利です。 そして最後に、受信機のデジタル部分を接続して、この 60 部作の最初の部分で説明した実験を繰り返すことができます。 受信機の設計については特に何も言いませんでした。 はい、入力 LED に何らかのフードを付けるとおそらく便利です。 実際、受信機はあらゆる種類のフレアに対して非常に耐性があります。 70 ワットの電球を 30 cm の距離から 3 度の角度で照射する通常の照明は、回路の動作にまったく影響を与えませんでした。 コンデンサ CXNUMX は、すべての低周波干渉を非常によく「カット」します。 著者：skov@gaap.spb.ru; 出版物：cxem.net
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