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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drahtlose Energie- und Datenübertragung


Autor: Patric N. (patric-)
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Hallo!

Für die kontaktlose Energie- und Datenversorgung einer µC-Schaltung 
benutze ich eine Luftspule (Anwendung ist sowas ähnliches wie diese 
bekannten Propeller Clocks). Sie wird mit ca. 15kHz betrieben, die Daten 
werden Manchester-codiert aufmoduliert (Primärspule wird einfache per 
Mosfet angesteuert, der wiederum bekommt sein Signal durch einen ATTINY 
15). Das ganze funktioniert ganz gut, ich kann etwa 100mW übertragen, 
die Datenrate beträgt allerdings nur ca. 5kBaud.
Jetzt kommt mein Anliegen, wie kann ich die Datenrate auf ca. 160kBaut 
erhöhen? Habe über verschiedene Dinge nachgedacht:
1) Erhöhung der Frequenz auf 13,56MHz (RFID) mittels Schwingkreis, ASK 
Modulation der Daten durch diskrete Schaltung (wie genau ist mir auch 
noch nicht klar)
2) Einsatz eines RF-Chips, der die ganze Signalgenerierung + 
Dateneinkopplung übernimmt (einer auf der Sender- und einer auf der 
Empfangsseite), z.B. Melexis 90121.

Was gibt es sonst noch für Alternativen, weitere Chips, 
Schaltungsmöglichkeiten? Hat jemand noch andere Lösungsvorschläge?

Würde mich über Kommentare sehr freuen,

Gruß Patric

Autor: Matthias (Gast)
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Nun ich habe gerade Tests für eine optische Übertragung durchgeführt. 
Bisher habe ich es geschafft, ein 250kHz Rechtecksignal ordentlich zu 
übertragen, das würden 500kBaud bedeuten. Allerdings bin ich erst im 
Teststadium... Habe nämlich selbiges Problem bei meiner Propelleruhr.

Autor: Unbekannter (Gast)
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Daten- und Energieübertragung getrennt machen. Die Energie über die 
Spule und die Daten optisch, z.B. Infrarot-LED und Empfänger.

Autor: Muräär (Gast)
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Ich habs genau so gemacht bei meiner Propclock.
Energie per Luftspule übertragen (von nem Oszillator getrieben. So krieg 
ich etwa 2-3W an Leistung übertragen. (Hab noch Ferritkerne drin)
Die Daten mach ich, indem ich ein paar IR-Leds manchestercodiert 
"morsen" lasse. Also nur an- und aus, keine Modulation.

Funktioniert tipptopp

Autor: Kai Scheddin (zeusosc)
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Vlt signal parallel einkoppeln,..
oder siehe PL modem von Ulrich radig,..
grüüße

Autor: Patric N. (patric-)
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Habe auch schon überlegt ein BlueTooth Modul zu verwenden. Allerdings 
finde ich die Lösung, auf die Energieübertragung Daten aufzumodulieren 
super elegant.
Ich denke die Möglichkeit mit einem Spezial RF-Chip ist die einfachste. 
Warum soll man diesen ganzen Modulierungs- und Codierungskrams nochmal 
neu erfinden, gibt's ja alles schon. Das schwierige ist halt den 
richtigen Chip bzw. Komponenten zu finden. Mir fehlt da schlechthin der 
Überblick.
Dieser MLX90212 kann schon eine ganze Menge, kostet leider auch nicht 
wenig (ca. $18 pro Stück).

Autor: Kai Scheddin (zeusosc)
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Das PL modem moduliert auch daten auf eine Wechselspannungsquelle mit 
dicker leistung,.. das PL modem von ulrich kostet in der konstruktion 
auch ca 14 eusen somit wär das doch ne nette alternative,...
grüüße

Autor: Patric N. (patric-)
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Matthias wrote:
> Nun ich habe gerade Tests für eine optische Übertragung durchgeführt.
> Bisher habe ich es geschafft, ein 250kHz Rechtecksignal ordentlich zu
> übertragen, das würden 500kBaud bedeuten. Allerdings bin ich erst im
> Teststadium... Habe nämlich selbiges Problem bei meiner Propelleruhr.

Hallo Matthias,

250kHz bedeuten 125kBaud. Zumindest bei Manchestercodierung halbiert 
sich die Übertragungsrate im Vergeleich zur Trägerfrequenz.
Nur interessehalber, wie hast Du Deine Spule dimensioniert? Wieviele 
Windungen, wie ist die Ansteuerung?
Gruß Patric

Autor: Matthias (Gast)
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@ Patric:

In meinem Fall nicht. Ich habe meine Test mit einem Rechtecksignal mit 
50% Tastverhältnis gemacht. Meine Übertragung erfolgt unmoduliert. 
Angedacht ist, das RxD/TxD SIgnal direkt an meine "Übertragerschaltung" 
zu geben. Somit kann ich mein 250kHz Signal, als zwei Bit's (eins HIGH, 
eins LOW) interpretieren. Bei dem Versuch ging es mit um die 
Flankensteilheit des Singals.
Deshalb hier 500kBaud...

Keine SPule:
... gerade Tests für eine optische Übertragung...
                          ^^^^^^^^
TxD => Treiber => LED => Luft => Fotodiode => Auswertung => RxD
      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
         Übertragungsschaltung

Autor: Patric N. (patric-)
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Matthias wrote:

>
> Keine SPule:
> ... gerade Tests für eine optische Übertragung...
>                           ^^^^^^^^
> TxD => Treiber => LED => Luft => Fotodiode => Auswertung => RxD
>       ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
>          Übertragungsschaltung

Alles klar, wer lesen kann ist klar im Vorteil! :-)

Autor: Matthias (Gast)
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Ja hihi...
Falls dir das Prinzip zusagt, dann gern weitere Infos..
Ich werde das jedenfalls optisch als Fullduplex so aufbauen..

Autor: Patric N. (patric-)
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Matthias wrote:
> Ja hihi...
> Falls dir das Prinzip zusagt, dann gern weitere Infos..
> Ich werde das jedenfalls optisch als Fullduplex so aufbauen..

Ich möchte auf jeden Fall Energie und Daten per Induktion übertragen. 
Dein Verfahren eignet sich dazu nicht, da die Gleichstromanteile zu hoch 
sind. Damit funktioniert die Induktion nicht.

Bei mir hab ich das Problem, wenn ich mit der Frequenz zu hoch gehe, 
dann bricht mir auf der Sekundärseite die Spannung zusammen. Ich werde 
die Spule anders dimensionieren müssen. Da ich davon aber wenig Ahnung 
hab ist das mehr ein Trial and Error.

Autor: Matthias (Gast)
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Ja das Problem bei Induktiver Übertragung ist der Luftspalt. Der 
"frisst" Energie. Ein "normaler" Trafo/Übertrager für (Schalt)Netzteile 
hat ja auch keinen.. Durch diesen Luftspalt bekomsmt du eine sehr 
schlechte Kopplung zwischen Primär und Sekundärseite. Eine Idee dazu von 
mir war mal, diesen Luftspalt (der sollte dann trotz Drehung konstant 
sein) gezielt auszunutzen und eine Schaltnetzteiltopologie zu verwenden, 
die so einen Luftspalt braucht. zB. Ein Sperrwandler mit glavanischer 
Trennung.

Sowas zB.:
http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/spw_smps.html

Weiß aber jetzt auf Anhieb nicht, wie dort Daten draufmoduliert werden 
könnten.. Vielleicht durch Auslassen von einzelnen Takten... Hmm...

Aber ich habe diese Idee bisher nicht weiter verfolgt.
Wäre aber an Hinweisen und Erfahrungen deinerseits dankbar..

Autor: Patric N. (patric-)
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Matthias wrote:
> Sowas zB.:
> http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/spw_smps.html
>
> Weiß aber jetzt auf Anhieb nicht, wie dort Daten draufmoduliert werden
> könnten.. Vielleicht durch Auslassen von einzelnen Takten... Hmm...
>
> Aber ich habe diese Idee bisher nicht weiter verfolgt.
> Wäre aber an Hinweisen und Erfahrungen deinerseits dankbar..

Diese Sperrwandlerschaltung ist im Prinzip genau das was ich machen. Um 
jetzt Daten draufzumodulieren musst Du den Takt des Mosfets mit Deinem 
Datenstrom überlagern. Dazu eignet sich eine Manchester-Codierung.
Wenn A der Takt ist und B die Daten dann ist die Codierung ein 
Exklusiv-Oder zwischen A und B. Nachteil: die Baudrate ist nur halb so 
groß wie die Taktrate.
Siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Manchester-Codierung

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