可见光通信接收器

电器工程 沟通
2022-01-19 09:42:15

我是一名学生,我必须设计一个可见光通信项目。要求是接收器和发射器之间的距离为 20 cm,数据速率为 20 kbps/s,并且必须在已经很轻的环境中工作。我已经制作了一个示意图并将其设置在面包板上。 示意图

它有效,我可能可以满足我的要求,但几乎没有。我用 20kHz 方波驱动我的 LED,你可以在图片中看到结果。上面的波形图是每格 1V 和每格 50us(20 kHz),当我将 LED 转向接收器时拍摄。较低的为每格 0.3V 和每格 20 毫秒(50 Hz),是在 LED 关闭时拍摄的,因此您可以看到房间的闪电干扰。

所以我的问题是:

  1. 如何更好地过滤 50Hz 干扰?当我用 LED 传输时,它并没有显示太多,但没有它们我有很多噪音。
  2. 我应该为我的滤波器选择更大的电容和更小的电阻还是相反?什么应该是一个好的过滤频率?现在我只是在玩弄可用的组件值,并选择了一个远高于 50 Hz 的频率。
  3. 如果您有任何设计建议,我将不胜感激。我是电子初学者,所以可能有一些缺陷。
4个回答

你有正确的基本想法,但我会改变一些事情。是的,您想对接收到的信号进行高通滤波,但我不喜欢直接电容耦合检测器。

第一阶段应该是关于优化处理原始检测器,并提供低阻抗电压信号输出。一点点的收获在这里会很有用,但这不是第一阶段的重点。

基本上有两种运行光电二极管的方法,泄漏模式和太阳能电池模式。

在泄漏模式下,二极管反向偏置,泄漏电流与光成正比。这个漏电流非常小,通常只有几 µA。电流在很大程度上与反向电压无关,因此任何方便的“几伏”pf 反向偏置通常都可以。在光电池模式下,您将二极管保持短路并测量它产生的电流。无论哪种方式,第一级最终都是跨阻放大器(电流输入,电压输出)。

之后,您想要交流耦合(高通滤波器)并在两个阶段放大信号。级之间的高通滤波将丢失 50 Hz 噪声,并防止输入失调电压与所需信号一起上升。

您需要 20 kbits/s,因此频率内容高达 100 kHz 左右。牢记运算放大器的增益带宽,不要试图在任何一个阶段获得太多增益。例如,对于 10 MHz 增益带宽(很容易找到),让我们说 5x 以使反馈正常工作,如果您认为您感兴趣的最高频率是 100 kHz,这意味着最多 20x。两个 20 倍增益级为您提供了 400 倍的整体增益,这在第一级的一些增益之后可能就足够了。

您的编码方案对于使其正常工作也至关重要。您想使用保证所有内容都高于某个最低频率的编码。这使您可以积极地进行高通滤波器以消除较低频率,特别是 50 Hz 闪烁和至少其前几个谐波。您可以使用曼彻斯特码或 1/3 2/3 占空比等。将高通滤波的三个极点设置为可能 5 kHz 滚降,500 Hz(高达 10 次闪烁的谐波)将衰减 1000 . 那仍然会很好地通过 20-40 kHz 的脉冲。

之后,您应用常规的数据切片技术将模拟脉冲信号转换为数字脉冲序列,然后从那里进行数字解码。

我会考虑对接收到的数据进行大量高通滤波,以便将 50Hz 远远抛在后面。我正在考虑类似过滤器的东西,它实际上可以区分这样的数据:-

在此处输入图像描述

接下来,制作一个上下阈值比较器电路,并在正转换时触发ad型触发器,在负转换时将D型复位。结果是您的数据已恢复。

我不是最有资格回答这个问题的,我相信其他人稍后会提供更好的信息。前两个问题。您确定所有 50Hz 都来自房间照明,对吗?您是否尝试过覆盖光传感器并确保它仍然存在?像这样奇怪的东西可能来自您的电源,或者您的示波器探头没有正确接地。

假设这一切都来自您的传感器,那么在那里添加一个 50Hz 陷波滤波器呢?

第二个想法是您可能在家中使用白炽灯泡作为环境光源?当你去学校做演讲时,你可能会有荧光灯,如果我没记错的话,至少在美国是 60Hz 频率的两倍。

如果您受到室内灯光的干扰,我建议您使用彩色灯进行通信,或者使用主要对该颜色敏感的光电二极管,或者使用仅通过该颜色的凝胶滤光片来清理它。

另外,看看顶部与底部的高度。顶部要大得多,因此您可以在输出比较器的负侧弄乱分压以进行清理。我不知道 VCC 到底是什么,但尝试用 2 kOhm - 5 kOhm(或者甚至 2-4 10K 并联,如果您没有合适范围内的其他电阻)替换 100 Ohm 电阻,然后查看如果这有帮助。实际上,您可以考虑用 5K 微调电位器之类的电阻器替换该电阻器,然后转动它,直到您可以很好地通过通信并且没有房间灯伪影。