Sử dụng đèn LED để truyền dữ liệu

Tôi tò mò về khả năng được cung cấp bởi đèn LED để truyền dữ liệu trong phạm vi ngắn (2 hoặc 3 mét), và tốc độ truyền dữ liệu tối đa có thể được mong đợi từ các thành phần cấp độ người tiêu dùng được lựa chọn cẩn thận. Tôi quan tâm đến một giải pháp phần mềm tối thiểu + "thông minh" (vi điều khiển).

Vì vậy, tôi thấy đây là một vấn đề thiết kế hai phần:

1. Lớp "phương tiện vật lý" (phần cứng): điều gì sẽ là một lựa chọn tốt của đèn LED và máy thu (phototransistor?) Cho tín hiệu tần số cao? Tôi nên sử dụng loại mạch lái xe nào?
2. Lớp "mã hóa tín hiệu" (phần mềm): một giao thức dọc theo dòng mã Manchester có hiệu quả không? Hoặc các giao thức mã hóa khác hiệu quả hơn cho phương tiện này?

Những điều tôi loại trừ: Tôi biết về các mô-đun IR5 rẻ tiền và mạnh mẽ, nhưng chúng không được thiết kế để truyền dữ liệu nhanh. Tôi cũng hiểu rằng sử dụng ánh sáng kết hợp (một diode laser) có thể cung cấp băng thông tốt hơn. Ngoài ra, không có sợi quang: dữ liệu sẽ được truyền qua không khí.

Cập nhật:

Động lực cho thiết lập này sẽ là một giải pháp thay thế cho truyền thông đường dây điện (PLC) hoặc Wifi; do đó, băng thông trong phạm vi 25 đến 100Mb / s sẽ thực hiện thủ thuật. Điều này cũng giải thích ràng buộc "không có sợi", nhưng một số phản xạ tối thiểu sẽ được chấp nhận.

Xem xét khoảng cách "bên kia phòng" mà tôi đang xem xét, tôi nghĩ các giải pháp mạnh mẽ / tập trung chặt chẽ như Ronja có thể là quá mức cần thiết (chúng thực sự có " khoảng cách tối thiểu " cao hơn nhiều ).

Xem xét phần cứng: bạn tích cực trong băng thông cao tôi có thể đạt được với đèn LED "không phospor" thích hợp. Là một số màu sắc tốt hơn so với khác về vấn đề này? Tôi nên tìm kiếm gì trong biểu dữ liệu để đảm bảo chúng có đặc điểm này?

Xem xét mã hóa: điều gì sẽ tốt hơn Manchester cho việc sử dụng này? Một cái gì đó hiệu quả hơn về băng thông như một biến thể RLL ? Tôi là một lập trình viên hơn là một người điện tử, vì vậy tôi thoải mái hơn với việc mã hóa / giải mã phần mềm; nhưng một số IC sẽ giúp tôi giải mã (mà theo tôi hiểu thì nó là phần khó)? Tôi có nên xem xét một số lọc trước tín hiệu trước khi giải mã, có lẽ bằng cách tận dụng các đặc tính tần số của giao thức mã hóa?

Kết quả mong muốn thứ 1

Đầy đủ chi tiết để xây dựng một trong 160 Mbps ở liên kết LED không khí miễn phí tới 1 mét tại đây

Liên kết truyền thông quang không gian miễn phí sử dụng đèn LED
ECE 4007 Dự án thiết kế cao cấp L01, Tập đoàn FSO Adam Swett Clayton Huff Trang Thai Nguyễn Trinh
ngày 1 tháng 5 năm 2008

Người nhận:

Truyền mạch NHƯNG xem văn bản:

Thông qua sổ tay thông tin quang học không khí. Trích dẫn ở trên.
Định dạng gây phiền nhiễu.
Đây

Ban đầu tôi nói:

• Sử dụng đèn LED không phốt pho tôi mong muốn có thể đạt được 10 đến 100 Mb Mbps, với yếu tố giới hạn chính, tiếp theo là khó khăn trong việc điều chỉnh sạch đèn LED ở tốc độ như vậy.

Hóa ra điều này là đúng :-).

Các báo cáo trong thế giới thực cho thấy tốc độ 100 Mbps có thể đạt được với LEDS phốt pho trắng bằng các phương pháp đơn giản tương đối - chủ yếu là lọc và cân bằng, để tăng khoảng 25 lần so với tốc độ "ngoài hộp" khoảng 4 Mbps cho đèn LED phốt pho trắng. Vì vậy - truyền không khí tự do trong thế giới thực:

• LED Phosphor trắng như được cung cấp - khoảng 4 Mbps

• LED Phosphor trắng với ma thuật không quá khó - 100 Mbps

• Đèn LED điều khiển với NRZ DC - 200 Mbps

• Đèn LED với NRZ âm thấp để quét ra phí - 300 Mbps

• Đèn LED giới hạn đẩy lý thuyết của "định luật vật lý" - 1 - 2 Gbps

Người nhận

Đủ cho morrow là xấu xa của họ.

Máy thu diode PIN.
Đọc ghi chú ứng dụng.
Chơi.

Thảo luận tuyệt vời về các vấn đề cấp nguồn cho IR comms trong thiết bị năng lượng thấp / pin. Xuất hiện tuyệt vời tại một skim nhanh chóng. Họ nói

• Việc sử dụng ánh sáng hồng ngoại (IR) như một phương tiện giao tiếp không dây giữa các máy tính, thiết bị ngoại vi máy tính, máy ảnh kỹ thuật số và các sản phẩm tiêu dùng khác đã được chấp nhận rộng rãi trong những năm gần đây. Điều này chủ yếu là do chi phí thấp để thực hiện các giải pháp IR trái ngược với triển khai dựa trên radio. Tuy nhiên, áp lực ngày càng tăng để sản xuất các sản phẩm tiêu dùng năng lượng thấp, tốc độ cao trong lĩnh vực này, khiến cho việc thực hiện các bộ thu phát hồng ngoại, là một máy phát và máy thu tích hợp, thách thức hơn. Bài viết này sẽ giải quyết một số vấn đề kỹ thuật chính cần được xem xét khi thiết kế bộ thu phát hồng ngoại.

Một điểm khởi đầu lý thuyết:

Ghi chú cực kỳ toàn diện về các chất bán dẫn quang - xem trang 35/67 để biết băng thông điều chế LED. Nhiều lý thuyết hơn bạn muốn NHƯNG "đặt sân khấu" cho các tài liệu khác.

Thành tựu thế giới thực:

Từ tài liệu tham khảo Mark Rages Ronja

Thông qua trang coms quang không khí

Nó nói rằng:

• Trang này đề cập đến các giao tiếp quang học (xuyên qua không khí) ("lightbeam") trong các loại khí quyển sử dụng các nguồn ánh sáng kết hợp và không kết hợp, các phương pháp giảm thiểu hiệu ứng khí quyển trên các giao tiếp đó, cũng như các công nghệ khác nhau liên quan đến truyền và tiếp nhận thông tin liên lạc như vậy. Phần lớn nội dung trên các trang này được sản xuất bởi những người có sở thích tự tài trợ đã thực hiện thử thách tiếp tục phát triển nghệ thuật trong lĩnh vực hơi phức tạp này.)

Thêm về cùng một người

Ronja

Họ nói:

• Ronja là một dự án công nghệ miễn phí cho các liên kết dữ liệu quang đáng tin cậy với phạm vi hiện tại là 1,4km và tốc độ liên lạc là 10Mbps song công hoàn toàn.

  Các ứng dụng của thiết bị mạng không dây này bao gồm xương sống của các mạng cộng đồng miễn phí, công cộng và cộng đồng, kết nối Internet cá nhân và doanh nghiệp, cũng như bảo mật nhà và tòa nhà. Liên kết độ tin cậy và tính khả dụng cao có thể kết hợp với các thiết bị WiFi. Bảng dữ liệu Twibright Ronja có thể kết nối các nhà lân cận với truy cập ethernet qua đường, giải quyết vấn đề dặm cuối cho ISP hoặc cung cấp lớp liên kết cho các mạng lưới lân cận nhanh.

Cách điều chỉnh đèn LED phốt pho trắng ở khoảng 25 x băng thông không bị biến đổi.

Rất đáng xem: "lá thư" tháng 8 năm 2009 này cho thấy bạn có thể đẩy một đèn LED trắng chậm như thế nào !!! .
Họ sử dụng đèn LED trắng với phản ứng phốt pho trong phạm vi vài MHz, lọc ra thành phần màu vàng chậm và cân bằng, để có băng thông điều chế 50 MHz, cho phép bật / tắt NRZ ở tốc độ 100 Mb / giây.

Họ lưu ý rằng 50 Mb / giây đạt được là 25 lần băng thông không được lọc không cân bằng.

Tôi tự hỏi, tại sao không sử dụng đèn LED màu xanh mà không có phốt pho?

Một số giới hạn thực tế và một phương tiện dễ dàng để mở rộng chúng:

Tóm tắt này lưu ý rằng InGaAsP LEDS có công suất tối đa 300 Mbps nếu bạn nói chuyện với họ một cách độc đáo (đảo ngược xung để giảm tốc độ quét nhanh hơn) và 200 Mbps nếu bạn lái xe không thiên vị ngược.
Họ nói:

• Việc áp dụng các xung thiên vị ngược khi chuyển đổi bật tắt đã tăng tốc độ bit tối đa của hoạt động toàn bộ năng lượng của đèn LED InGaAsP bước sóng dài từ 200 đến 300 Mbits / giây bằng cách giảm thời gian rơi của điện tích được lưu trữ.

  Mặc dù được thiết kế chủ yếu cho các thí nghiệm DS-4 không chuyển sang 0 (NRZ), nhưng mạch hoạt động từ 50 đến 300 Mbits / giây để trở về định dạng 0 (RZ) hoặc NRZ với các mẫu từ cố định hoặc giả ngẫu nhiên.

Một cách khác để đạt tốc độ điều chế tối đa

Đây là một câu trả lời hữu ích nhưng nhỏ gọn cho "Đèn LED nhanh như thế nào" và điều đáng chú ý là họ nói 'băng thông điều chế khoảng 2 GHz hoặc khoảng 1 Gb / s' so với 300 Mb / giây ở trên. Lưu ý rằng cho mục đích kỹ thuật 300 ~~~ = 1000 :-)

Một số nghi ngờ thẳng thắn tuyên bố thế giới thực:

Tỷ lệ thô đáng tin.
Tỷ lệ ảnh hưởng mưa có vẻ "khá tốt".

Dưới đây là "yêu cầu không khí 400 Mbps trên nhiều km bằng đèn LED:

MegaMantis - LED dựa trên,
400 Mbps trong không khí miễn phí,
phạm vi vài km,
miễn dịch mưa vừa phải,
Walker.

Tôi muốn biết bất cứ điều gì về kỹ thuật mà những người này đã nói (công ty hiện không còn tồn tại tôi nghĩ) nhưng Power Beat tuyên bố truyền 400 spps mở trong vài km bằng đèn LED (không phải LASERS).

Gargoyle cho MegaMantis (liên kết quang) và Powerbeat (công ty) và Peter Witihera (CEO và người đàn ông ý tưởng chính) để xem những gì bạn có thể đưa ra cho các yêu cầu.

Thảo luận năm 2007 với các liên kết bị hỏng

Có lẽ nhận xét kỹ thuật tốt nhất bạn sẽ nhận được

• Ngày nay, với một đèn LED, có thể đạt tốc độ điều chế lên tới 400 Mb / giây.

  Và Witehira nói rằng hệ thống của công ty ông không bị ảnh hưởng bởi mưa và có thể được điều chỉnh cho sương mù.

  Bạn có thể khắc phục điều đó bằng cách kết hợp hai bước sóng khác nhau ở các cực trị mà bạn có thể có được với ánh sáng - tia hồng ngoại xa và gần tia cực tím, có màu xanh đậm. Nếu bạn có cả hai thứ đó chạy cùng một lúc, bạn sẽ không gặp vấn đề với sương mù. Bạn vẫn có thể gặp vấn đề với mất điện, ông nói.

  Đi vòng quanh các góc, Witehira nói, chỉ là vấn đề làm bật ánh sáng ra khỏi kính hoặc bằng cách tạo ra một mạng lưới ánh sáng. Và khả năng về tầm nhìn đang tăng lên: Mười tám tháng trước, công nghệ của công ty có thể gửi dữ liệu chỉ 3 mét; bây giờ nó có thể kéo dài 4 km. Đường ngắm tối đa vào lúc này có lẽ là 11 km, công ty tính toán.

Nhưng, hãy cẩn thận Will Robinson ...

Mặc dù proviso "không có chất xơ", điều này có thể hữu ích bất kể:

Trong một vài mét, bạn có thể thoát khỏi dây câu nhựa ở tốc độ dữ liệu hợp lý và có đủ năng lượng. Tôi đã thấy nó được sử dụng cho 100 mm.

Bạn có thể trừ sợi quang thô - nó mỏng manh và không phải là sự lựa chọn hợp lý.

Bạn có thể mua cáp vá quang cho các hệ thống "công nghiệp". Tese có thể hấp dẫn sau khi bạn đọc thông số kỹ thuật cho cáp quang âm thanh std.

Lưu ý có các sợi chế độ đa mode và đơn. Hơn một vài mét trước đây là rất tìm thấy.

Bạn có thể trừ cáp kết nối quang cho các hệ thống AV trong nước - rất khả dụng. Bạn thậm chí có thể lấy chúng làm phụ kiện XBox và PS3 tiêu chuẩn.

Trình kết nối thường được gọi là "TOSLINK" - thực sự là trình kết nối JIS F05.

Rất nhiều thông tin ở đây {Wikipedia} bao gồm cả băng thông và phạm vi khá kém đạt được.
Họ nói:

• Cáp TOSLINK có thể tạm thời bị hỏng hoặc bị hỏng vĩnh viễn nếu bị uốn cong chặt. Độ suy giảm tín hiệu ánh sáng cao của chúng giới hạn phạm vi hiệu quả của chúng trong khoảng 6 mét (20 ft).

  Băng thông có thể là 10 MHz với sợi thạch anh có độ tinh khiết cao, nhưng 5 đến 6 MHz cho cáp nhựa rẻ hơn. [5]

  Cáp âm thanh sợi quang TOSLINK được chiếu sáng ở một đầu Một số loại sợi có thể được sử dụng cho TOSLINK: sợi quang nhựa 1 mm rẻ tiền, sợi quang nhựa nhiều lớp chất lượng cao hoặc sợi quang thủy tinh thạch anh, tùy thuộc vào băng thông và ứng dụng mong muốn.

  Cáp TOSLINK thường được giới hạn ở chiều dài 5 mét, với tối đa 1 mét kỹ thuật , để truyền đáng tin cậy mà không cần sử dụng bộ tăng cường tín hiệu hoặc bộ lặp. Tuy nhiên, rất phổ biến cho các giao diện trên các thiết bị điện tử tiêu dùng mới hơn (máy thu vệ tinh và PC có đầu ra quang học) để dễ dàng chạy trên 30 mét trên các cáp TOSLINK chi phí thấp ($ 0,75 / m). Các máy phát TOSLINK hoạt động ở bước sóng quang danh nghĩa là 650nm (~ 461.2 THz).

Nhiều hình ảnh trong số này liên kết đến các trang có liên quan

Cáp dữ liệu quang PS3.

Phạm vi của cáp quang PS3 với đầu nối TOSLINK

Sẽ rất hữu ích khi biết tần suất bạn quan tâm đến mức nào. Tôi biết các hệ thống dựa trên đèn LED ở tốc độ 25 Mb / giây và sẽ không ngạc nhiên nếu có thể 100 Mb / giây. Ethernet 10 Mb / giây qua cáp quang sử dụng bộ phát LED đã từng là một cấu hình khá phổ biến. Để có được tần số điều chế cao nhất từ ​​đèn LED sẽ cần đèn LED được chọn đặc biệt và mạch điều khiển chuyên dụng. Để có tốc độ dữ liệu cao nhất, bạn cần tìm cụ thể các thiết bị có điện dung thấp.

Ngoài ra, các hệ thống tôi quen thuộc là các hệ thống cáp quang, không phải không gian trống. Không gian trống giới thiệu các vấn đề bổ sung như phân tán đa đường (ví dụ nhiễu từ cùng một tín hiệu bật ra khỏi tường hoặc bất cứ điều gì) có thể hạn chế hiệu suất chung của hệ thống hoặc yêu cầu công suất máy phát cao hơn. Bạn cũng cần xem xét (hoặc thêm quang học để kiểm soát) góc bức xạ của đầu ra từ đèn LED của bạn.

Mã hóa Manchester có lợi ở chỗ nó cho phép các mạch khá đơn giản trong máy thu để phục hồi đồng hồ máy phát từ tín hiệu dữ liệu. Trong một hệ thống không gian trống, nó cũng có thể cung cấp các lợi ích của tín hiệu "sóng mang" trong việc cho phép người nhận phân biệt xem có tín hiệu nào thực sự có mặt hay không. Nhưng nó đòi hỏi bộ phát phải chuyển đổi nhanh gấp đôi tốc độ dữ liệu, do đó có thể không phải là tốt nhất nếu bạn đang cố gắng nén tốc độ dữ liệu tối đa từ một đèn LED nhất định.

Ngẫu nhiên, mã hóa ở cấp độ Manchester thường không được coi là một chức năng phần mềm - nhiều khả năng nó sẽ được thực hiện bởi một mạch kỹ thuật số chuyên dụng.