Transmisión de señal de comunicación de luz visible

Su investigación ha señalado los métodos utilizados por los controles remotos de TV, que tienen una transmisión de datos refinada que es robusta. Un enlace de LED visible tiene poca diferencia óptica con el enlace óptico infrarrojo utilizado universalmente por todos los controles remotos. Quizás un poco de investigación sobre esos excelentes chips receptores remotos IR sería un tiempo bien invertido. Vishay describe las partes internas con un poco más de detalle en esta nota: descripción del circuito del control remoto del receptor IR
Lástima que esos chips del receptor remoto IR sean todos ópticamente opacos a la luz visible (solo aceptan longitudes de onda infrarrojas superiores a aproximadamente 750 nm). Este filtro óptico es la única razón por la que estos chips no se pueden usar con una fuente de luz LED roja visible.
Su propuesta de alternar entre 30-35 Khz. la modulación también es un enfoque razonable. Un fotodetector, filtro de paso de banda, limitador, en un detector PLL como LM567 o 4046 podría procesar la señal recibida. Si no hay señal, es probable que obtenga datos basura, por lo que sería apropiado un protocolo de datos con suma de verificación o paquetes CRC. Aquí hay una idea para el "front-end" del receptor óptico que podría alimentar el demodulador PLL ...

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si puede, elija un LED ROJO de alta eficiencia (no verde) que tenga un ancho de haz ajustado como 8 grados o menos, con lente de plástico transparente (no difusa). Tendrá que apuntarlo con bastante cuidado al fotodetector receptor. Puede modular fácilmente este LED con un 30/35 KHz. onda cuadrada de una fuente digital.
Los fototransistores de silicio tienen la mejor eficiencia para el infrarrojo, pero aún detectan la luz ROJA visible lo suficientemente bien, pero no tanto la luz VERDE de su LED. Podría usarse un fototransistor de lente transparente estándar, con una carga sintonizada que comprende un circuito sintonizado LC (sintonizado a 33 KHz). Una gran resistencia de polarización (3,3 MEGohm) ayuda a mejorar la respuesta de CA a 33 KHz. La luz ambiental de la habitación también proporciona un sesgo adicional. El Q cargado del paso de banda LC debe ser inferior a diez para su aplicación.

Estoy considerando modular el LED a dos frecuencias establecidas, digamos 30kHz y 35kHz, donde y conectar el fotodiodo a un filtro de paso de banda diseñado para 35kHz para que la salida del filtro sea lógica cuando mi LED esté modulado a 35kHz y una salida lógica 0 cuando su mod a 30kHz

Puede ahorrar energía simplemente apagando el LED por completo para transmitir un 0, en lugar de transmitir una señal y tirarla al receptor.

O podría mejorar la SNR efectiva si usa un receptor que pueda detectar tanto 30 como 35 kHz, pero que pueda notar la diferencia entre ellos.

Si puede modular y demodular correctamente la señal, no debería tener muchos problemas. Los pares de LED-fotodiodos infrarrojos ayudan a reducir la interferencia, especialmente si los elige para que uno emita con la máxima sensibilidad del otro. Además, si usa algún tipo de amplificador para la señal del fotodiodo, asegúrese de estabilizar el sistema, ya que tienden a oscilar si no se implementan con cuidado (particularmente a frecuencias cada vez más altas, cuando la ganancia comienza a disminuir).

Un enfoque alternativo a este problema es leer datos analógicos y realizar el procesamiento en el dominio digital.

El uso de una técnica como la correlación cruzada probablemente funcionaría bien, podría ser un poco exagerado para esta aplicación, pero debería ser bastante robusto. La forma típica de aplicar esto sería restar el resultado de dos correlaciones cruzadas y usar un solo ciclo de las dos frecuencias como ventanas para las dos correlaciones cruzadas. (esto también podría expandirse fácilmente para reconocer más frecuencias o patrones para una codificación más compleja)

La modulación de la que está hablando es modulación por desplazamiento de frecuencia binaria . Creo que es algo similar a lo que hace el sensor TSOP . Pero funciona en IR. Y, francamente, siento que es excesivo para VLC.

Si realmente desea una comunicación de luz "visible", solo necesita un fotodetector lo suficientemente bueno. He usado algunos fotodiodos que funcionan razonablemente bien incluso a 9600 baudios (estaba usando UART como mi modulador/demodulador). El circuito receptor utilizado fue un amplificador de transimpedancia para obtener una forma de onda de voltaje de la corriente del fotodiodo, seguido de un comparador. Solo necesitaría un LED lo suficientemente brillante para aumentar el alcance. Tuve que configurar el umbral del comparador manualmente, pero podría implementar un control de ganancia automático para superar ese problema.

Un método de filtrado muy simple es cubrir su sensor con plástico tintado (si está utilizando LED rojos, cubra su sensor con filtros verde y azul). Efectivamente, está filtrando el paso de banda de la señal de luz. En el circuito, si está trabajando con una velocidad de datos de 10 kHz, entonces un filtro de paso alto RC pasivo para bloquear el ruido de 50 Hz/60 Hz debería ser suficiente. Porque si lo piensa, la luz ambiental proviene del sol/fuente de CC como una antorcha, es decir, es CC o de una fuente de luz alimentada por la red, es decir, tiene una onda de 50 Hz/60 Hz. Un filtro de paso alto debería hacer el truco de eliminar el ruido.

Cuando diseñé y construí un sistema similar (bueno, pulsación simple ("0-1-0...etc") del transmisor, nada más) cuando los dinosaurios vagaban por la tierra, encontré una pieza de 25 mm de diámetro de color negro mate. El tubo de plástico, tal vez de 50 mm a 75 mm de largo, con los dispositivos de transmisión y recepción en los extremos de estos tubos cortos, resolvió todos los problemas que tenía con la electrónica que captaba entradas perdidas de la luz del día o la iluminación artificial.

Antes de que un editor se apresure a eliminar esto, sugiero que este es el epítome de una respuesta electrónica porque de un solo "golpe" mis trozos de tubería de plástico filtraron suficientemente todas las fuentes no deseadas de interferencia electromagnética. Solución perfecta. Simplemente no apuntes el receptor a la ventana o las lámparas.

En mi caso, un pequeño trozo de tubería también determinó la cantidad de libertad en el diseño electrónico general. ¿Y no se adaptan todos los componentes electrónicos específicamente al entorno en el que se van a utilizar? Un trozo de tubería determina la electrónica - todo normal aquí...

¿Por qué usé el protector de tubería en el transmisor? Únicamente debido a los requisitos específicos de esa instalación en particular. No me habría molestado con un protector de tubería de transmisor en muchas otras circunstancias.