21_24.PDF

Bezprzewodowe łącze laserowe

Bezprzewodowe

łącze laserowe

AVT−565

Bezprzewodowa transmisja

danych cieszy siÍ sporym

zainteresowaniem, zw³aszcza

uøytkownikÛw komputerÛw

osobistych. FurorÍ robi¹

zw³aszcza radiowe karty WiFi

oraz - g³Ûwnie

w†po³¹czeniach pomiÍdzy

budynkami - ³¹cza optyczne.

W†artykule przedstawiamy

jedn¹ z†wersji takiego ³¹cza,

moøliwego do wykonania

w†warunkach amatorskich.

Rekomendacje : ³¹cze moøe

byÊ szczegÛlnie interesuj¹ce

dla uøytkownikÛw komputerÛw

oraz lokalnych sieci

komputerowych, ktÛrzy zyskuj¹

moøliwoúÊ zdalnej,

bezprzewodowej wymiany

danych bez koniecznoúci

ponoszenia duøych kosztÛw.

RozwÛj urz¹dzeÒ radiowych do

transmisji danych spowodowa³, øe

³¹cza laserowe ostatnio straci³y na

popularnoúci.

£¹cza zarÛwno radiowe, jak

i†optyczne maj¹ zalety i†wady.

Zasadniczymi wadami ³¹cza lase-

rowego s¹: koniecznoúÊ zastoso-

wania precyzyjnego uk³adu pozy-

cjonowania, zaawansowanego

uk³adu optycznego, a†takøe duøy

wp³yw warunkÛw atmosferycz-

nych na jakoúÊ transmisji. Z†kolei

zalet¹ jest moøliwoúÊ uzyskania

szerokiego kana³u transmisyjnego

- praktycznie od 0Hz do 1GHz -

moøliwego do wykonania w†wa-

runkach amatorskich, a†takøe brak

wymogu posiadania zezwolenia

na prowadzenie transmisji, jak

rÛwnieø moøliwoúÊ pracy nieogra-

niczonej liczby nadajnikÛw w†tym

samym obszarze.

sowania uk³adu optycznego,

a†z†uk³adem optycznym maksymal-

ny zasiÍg wzrasta do ok. 1000 m.

Transceiver zosta³ zaprojekto-

wany do†wspÛ³pracy z†portem

COM, ale rÛwnie dobrze nadaje

siÍ do wykorzystania w†systemach

mikroprocesorowych - konieczna

jest tylko zmiana wartoúci niektÛ-

rych elementÛw. W†takich aplika-

cjach maksymalna prÍdkoúÊ trans-

misji moøe wynosiÊ 1†Mb/s (nie-

ktÛre COM-y, jak i†przejúciÛwki

RS232<->USB - na przyk³ad opi-

sana w†EP, wykonana na uk³adzie

FT8U232 - mog¹ pracowaÊ z†prÍd-

koúci¹ do 921600 b/s). Nie s¹ to

osza³amiaj¹ce parametry, ale - na

przyk³ad - do udostÍpniania po-

³¹czenia internetowego ca³kowicie

wystarczaj¹ce. Jeøeli dodam, øe

do wykonania toru transmisyjnego

sk³adaj¹cego siÍ z†dwÛch transcei-

verÛw wystarczy kilkadziesi¹t z³o-

tych oraz jeden wieczÛr, to czyni

ten uk³ad niezwykle atrakcyjnym,

zw³aszcza gdy chcemy po³¹czyÊ

siÍ z†koleg¹ z†jednego z†okolicz-

nych blokÛw czy domÛw, aby na

przyk³ad zdalnie sobie pograÊ

w†Quake'a.

£¹cze zbudowano w†oparciu

o†popularne, ogÛlnie dostÍpne

Opis uk³adu

Prezentowany transceiver lase-

rowy wykorzystuje modulacjÍ

ASK. Jest on przystosowany do

transmisji danych z†prÍdkoúci¹ od

0†do 115200 b/s na odleg³oúÊ do

ok. 100 m†bez koniecznoúci sto-

Elektronika Praktyczna 2/2004

P R O J E K T Y

Bezprzewodowe łącze laserowe

Rys. 1. Schemat elektryczny transceivera laserowego

Elektronika Praktyczna 2/2004

Bezprzewodowe łącze laserowe

Rys. 2. Przebiegi czasowe w wybranych punktach nadajnika i odbiornika

uk³ady. Jego schemat elektryczny

pokazano na rys. 1 .

Zacznijmy od nadajnika: syg-

na³ z†linii TxD interfejsu RS232

jest zamieniany w†uk³adzie U3

(MAX232) na sygna³ zgodny ze

standardem TTL. Sygna³ ten klu-

czuje (na bramce U1C) generator

wykonany na dwÛch bramkach

U1A i†U1B, ktÛry generuje prze-

bieg prostok¹tny o†czÍstotliwoúci

ok. 1†MHz (dla prÍdkoúci trans-

misji 115200 b/s). W†generatorze

zastosowa³em kondensator zamiast

rezonatora kwarcowego lub cera-

micznego, gdyø cena rezonatora

dla tej czÍstotliwoúci jest wysoka,

a†duøa stabilnoúÊ czÍstotliwoúci

nie jest†konieczna. W†ten prosty

sposÛb otrzymujemy zmodulowa-

ny przebieg ASK, ktÛry jest na-

stÍpnie podany na wzmacniacz

koÒcowy (wykonany na tranzysto-

rach T5, T6 i†T7) steruj¹cy lase-

rem. Tranzystory T6 i†T7 s¹ jed-

noczeúnie otwierane na bardzo

krÛtk¹ chwilÍ, co powoduje prze-

p³yw pr¹du o†duøym natÍøeniu,

zapewniaj¹cy otrzymanie dobrego

prostok¹tnego przebiegu wyjúcio-

wego. Zastosowanie modulacji

ASK pozwala ograniczyÊ w†duøym

stopniu wp³yw warunkÛw atmos-

ferycznych takich jak zmiana na-

s³onecznienia czy zamglenie.

Dzia³anie uk³adu zilustrowano

przedstawionymi na rys. 2 prze-

biegami w†charakterystycznych

punktach nadajnika i†odbiornika.

Teraz nieco o†odbiorniku: zmo-

dulowany sygna³ úwietlny trafia

na fotodiodÍ D1, powoduj¹c

zmianÍ pr¹du p³yn¹cego przez

diodÍ i†w†konsekwencji spadek

napiÍcia na rezystorze R1. Sygna³

ten jest formowany do poziomÛw

TTL w†klasycznym trÛjstopnio-

wym wzmacniaczu im-

pulsowym (tranzystory

T1, T2, T3). Uk³ad U2

(74LS123) jest przerzut-

nikiem monostabilnym

z†moøliwoúci¹ wyd³u-

øenia impulsu (retry-

gerowalny). Jego zada-

niem jest demodulacja

sygna³u, polegaj¹ca na

sklejaniu kolejnych im-

pulsÛw, to znaczy

przed³uøania ich czasu

trwania o†tyle, ile wy-

nosi okres impulsÛw

generowanych przez

generator noúnej nadaj-

nika. Do ustalenia tego

czasu s³uøy obwÛd RC:

R11, C11. Strojenia do-

konujemy, krÍc¹c po-

tencjometrem precyzyj-

nym R11.

Dioda LED D2 ma za zadanie

sygnalizowaÊ wykrycie fali noú-

nej. Jej úwiecenie oznacza, øe

wi¹zkÍ promienia lasera wspÛ³-

pracuj¹cego nadajnika skierowa-

liúmy na fotodiodÍ. Po drugim

stopniu wzmacniacza impulsowe-

go umieúci³em kondensator Cx

o†pojemnoúci 100 pF, ktÛrego za-

daniem jest zmniejszenie, i†to doúÊ

znaczne, czu³oúci wzmacniacza po

to, aby moøna by³o zasiliÊ uk³ad

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce

drukowanej

Elektronika Praktyczna 2/2004

Bezprzewodowe łącze laserowe

bezpoúrednio z†portÛw kompute-

ra, jak rÛwnieø umoøliwiÊ pracÍ

w†trybie fullduplex. Zmniejszenie

czu³oúci poci¹gnÍ³o za sob¹

zmniejszenie osi¹galnych odleg-

³oúci.

Jeøeli konieczne jest zwiÍksze-

nie zasiÍgu, naleøy pracowaÊ

w†trybie halfduplex b¹dü zastoso-

waÊ†separowane ürÛd³o zasilania,

najlepiej baterie. Innym sposobem

zwiÍkszenia zasiÍgu jest zastoso-

wanie soczewki skupiaj¹cej (wy-

starczy soczewka o†úrednicy 50

mm, by zwiÍkszyÊ zasiÍg oko³o

10-krotnie).

odebrany bit ma wartoúÊ 0, czy

1. W†praktyce nie ma wiÍc

wiÍkszego znaczenia, jeøeli czas

trwania bitu przed³uøymy lub

skrÛcimy o†1/16, a†nawet 1/4.

ZasiÍg transmisji moøna zwiÍk-

szyÊ rÛwnieø uøywaj¹c diod la-

serowych o†mocy kilkudziesiÍciu

mW, ale wÛwczas naleøy zacho-

waÊ ostroønoúÊ. W†egzemplarzu

modelowym wykorzysta³em diody

laserowe z†chiÒskich wskaünikÛw,

ktÛre kupi³em za kilka z³otych,

a†ktÛrych moc nie przekracza

1†mW. DziÍki temu, øe dioda

laserowa jest zasilana impulsowo,

jej moc w†impulsie moøe byÊ

wiÍksza. Skierowanie centralnie

promienia lasera na fotodiodÍ

z†niewielkiej odleg³oúci (<10 m)

moøe spowodowaÊ zatkanie (na-

sycenie) fotodiody, wÛwczas na-

leøy skierowaÊ promieÒ na kra-

wÍdü diody b¹dü zmniejszyÊ

w†nadajniku pojemnoúÊ C21 oraz

zwiÍkszyÊ rezystancjÍ†R25 tak, by

przy skierowaniu promienia lase-

ra na fotodiodÍ zaúwieci³a siÍ

dioda LED D2.

ParÍ s³Ûw dla tych Czytelni-

kÛw, ktÛrzy chcieliby zwiÍkszyÊ

prÍdkoúÊ transmisji do 1†Mb/s. Po

pierwsze, naleøy zwiÍkszyÊ czÍs-

totliwoúÊ generatora do ok. 5†MHz,

zmniejszyÊ pojemnoúci Cx do 30

pF oraz C11 do 68 pF, a†takøe

uøyÊ zamiast uk³adu MAX232

szybszych konwerterÛw RS232

<->TTL (takich jak np. MAX3225E

lub MAX3227E). Wi¹øe siÍ to

z†niewielk¹ przerÛbk¹ p³ytki.

Transceiver podczas pracy wy-

korzystuje tylko linie RxD oraz

TxD. Pozosta³e sygna³y ³¹cza

RS232 w†komputerze naleøy po³¹-

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 22k

Ω

R3, R7, R9: 33k

R4: 680

Ω

R6: 3,3k

Ω

R10, R14, R22...R24: 1k

R11, R12: 10k

R13, R21: 220

Ω

R76, R80, R81, R83, R84: 4,7

Ω

Kondensatory

C1, C6, C18, C21, C22: 22nF

C2: 1nF

C3, C9: 680pF

C4, C10, C19,: 47nF

C5: 10

Montaø uk³adu

Schemat montaøowy transcei-

vera pokazano na rys. 3 . Ze

wzglÍdu na zastosowanie w†nim

standardowych elementÛw, mon-

taø nie powinien nastrÍczyÊ trud-

noúci nawet pocz¹tkuj¹cym elek-

tronikom. KolejnoúÊ montaøu jest

w†zasadzie obojÍtna, ale warto

rozpocz¹Ê od elementÛw o†wy-

miarach o†najmniejszych gabary-

tach. Warto takøe zwrÛciÊ uwagÍ

na jakoúÊ montaøu diody odbior-

czej D1, ktÛrej oú optyczna po-

winna byÊ†prostopad³a do po-

wierzchni p³ytki drukowanej. Na

p³ytce drukowanej nie przewi-

dziano miejsca na zamontowanie

lasera, dziÍki czemu moøna wy-

korzystaÊ jego dowolny typ, ale

wymaga to samodzielnego wyko-

nania uchwytu z†moøliwoúci¹†jego

precyzyjnego pozycjonowania.

Zestrojenie obwodu R11, C11

nie wymaga duøej precyzji, ponie-

waø standardowy UART prÛbkuje

kaødy bit 16 razy i†na podstawie

wartoúci 16 prÛbek okreúla, czy

F/16V

C7: 1,2nF

C8: 22pF

C11: 330pF

C13...C16: 22

F/16V

C25, C89: 47

F/16V

C76: 10nF

C81: 120nF

C82, C85: 100nF

Cx: 100pF

Półprzewodniki

T1, T2, T3, T5: 2N2369

T4, T7: BC237

T6: BC307

U2: 74LS123

U3: ICL232

Różne

X1: 1MHz

L1: 100

czyÊ nastÍpuj¹co: RTS (styk 7)

z†DTC (styk 8), a†DSR (styk 6),

DCD (styk 1) i†DTR (styk 4)

naleøy po³¹czyÊ razem. Zalecam

takie po³¹czenie, by mÛc korzys-

taÊ z†bezpoúredniego po³¹czenia

kablowego (obs³ugiwanego stan-

dardowo przez Windows), jak

i†z†innych programÛw wykorzys-

tuj¹cych sygna³y steruj¹ce. Zasi-

lane dla transceivera moøna po-

braÊ z†portu USB, z³¹cza joysticka

lub PS2.

Marek Kopeæ

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: pcb.ep.com.pl oraz na

p³ycie CD-EP2/2004B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 2/2004

Ω

R2: 7,5k

R5: 100

R8: 1,2k

R25: 47

R82: 10

C17: 220

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: