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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Projekt: Bidirektionale Glasfaserkommunikation auf LED Basis


Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

ich hatte das vorhin im offtopic Forum schon angedeutet und hier ist es 
nun (vorerst nur in deutsch).

Für meine Doktorarbeit brauchte ich eine Glasfaserverbindung die 
bidirektional ist, mit einer Faser auskommt und wo die Komponenten 
(fast) keinen Platz brauchen. Steckersysteme waren und sind auch noch zu 
gross.

Vor einiger Zeit hatte ich mal an Plastik"schnur" LEDs geschmolzen um 
mir billige "Leuchtschnüre" zu basteln. Hat geklappt und mit 
Plastikfasern geht es sogar noch besser.

Kurzum, nach einigem Probieren hab ich (haben wir) eine Schaltung 
entwickelt, die 2 normale LEDs benutzt und mit der sich 20 m 
Plastikfaser (incl 2 Bulkheads und 4 Steckern) überbrücken lassen. (mehr 
ist noch nicht gestestet).
Momentan gehen da 9600 baud durch aber ich hab es noch nicht komplett 
ausgekitzelt. Das ganze lässt sich via RS232 ansprechen.

Das Projekt kann hier:

http://www.aurand-online.de/ledinterface/index.html

eingesehen werden.

Ich werde demnächst eine "light" Version komplett ins Netz stellen.
Ein Fertiglayout mit USB interface gibts per email auf Anfrage.

Für Feeedback, Anregungen und Kritik bin ich dankbar.
Falls jemand eine vorlage für einen Englishsprachigen Disclaimer und 
Copytrightsachen hat wäre ich für eine kurze Nachricht hier im Forum 
dankbar.

Grüsse
 Tobi


p.s: Ich werde die Seite heute nacht mal uppen - also wenn sie für paar 
Minunten nicht online ist einfach später nochmal probieren.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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ok das mit dem englischen disclaimer hat sich erledigt - hab einen 
Gefunden.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

wie bekomme ich das Ding denn bei Projekte untergebracht?

Tobi

Autor: Boxi Boxitec (boxi)
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Unglaublich...

mit was man heutzutags an einen Doktortitel kommt...

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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@Boxi

nein - das ding ist nur mittel zum Zweck. Quasi "Abfallprodukt"
Für den Dr. muss ich schon noch bisschen mehr arbeiten :-)

Autor: Hansl (Gast)
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Servus Tobias,

Das is ja mal wieder was sehr Interessantes :)

Sollte doch eigentlich so gut skalieren, wie LEDs schnell schalten
koennen oder taeusche ich mich da?

Mich wuerde noch Interessieren welche Datenraten denn
deiner Meinung nach damit zu Erreichen?

mfg
 Hansl

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

momentan passen 9600 baud durch 20m Faser. Dabei sind allerdings 4 
Stecker von denen je 2 in einem Bulkhead stecken.
Mit bisschen finetuning bekommt man sicher auch 19200 durch - eventuell 
dann aber mit Fehlerkorrektur.

Ist USB powered und ich vermute wenn ich den Komparator noch etwas 
sauberer von der Versorgungsspannung entkoppele dann macht er weniger 
"dreck" und es sollte noch besser gehen.

Grüße
 Tobi

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ich kenn mich mit Lichtleitern nicht so aus aber wäre es nicht möglich 
eine IR-LED zu nehmen diese verkraften gepulst mehrere Ampere was deine 
Reichweite doch um einiges erhöhen sollte. Die normalen LEDs die ich 
bisher geshen habe verkraften gepulst nur einie hundert mA. Falls IR 
funktioniert kannste ja auch ne IR-Laserdiode aus nem alten CD-Brenner 
verwenden.

Oder verwendest du da ne spezielle LED die auch etwas Leistung 
verkraftet.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Wenn ich das richtig verstanden habe, geht es hier um eine 
bidirektionale Übertragung, bei der die LED auch als Empfänger genutzt 
wird. Das dürfte das limitierende Bauteil sein.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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man könnte evtl. die Glasfaser an den Enden etwas aufteilen und dann 
jeweils eine Sende und Empfangsdiode anschließen oder ist das dann 
wieder ein Platzproblem. Aber vielleicht geht das mit IR-Dioden ja 
trotzdem besser. Da es durch die höhere Ausgangsleistung der LEDs 
bestimmt auch besser auf der Empfangseite ist.

Autor: Studi (Gast)
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LEDs sind für höhere Datenraten ziemlich ungeeignet, da zu breitbandig. 
Da kommen zum Teil Spektren mit >100nm Breite raus, das gibt Dispersion 
ohne Ende. Eine billige Laserdiode ist da um Welten besser und auch 
nicht mehr so wahnsinnig teuer. Da ist man dann bei unter 10nm mit der 
spektralen Halbwertsbreite.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Schön. Nur kann eine Laserdiode auch als Photodiode zum Empfangen 
genutzt werden? Das ist doch das besondere an der Lösung von Tobias A.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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warscheinlich nicht dehalb meinte ich ja evtl. den Lichtleiter splitten 
und gleich ne Empfangsdiode spendieren dann dürfte die 
Empangsbeschränkung auch vergessen sein.

Autor: Studi (Gast)
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Prinzipielle könnte eine Laserdiode auch empfangen, aber weshalb sollte 
man das wollen? Man spendiert eine getrennte Sende- und Empfangsdiode 
und gut ist. Nur sollte man sich nicht wundern, wenn man mit normalen 
LEDs keine atemberaubenden Geschwindigkeiten hinbekommt.
Wenn für Tobias 9600baud ausreichend sind ist doch alles bestens. Aber 
diese Schaltung jetzt als Stein der Weisen hinzustellen finde ich etwas 
übertrieben.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

die Schaltung ist natürlich nicht der Stein der weisen solange man nicht 
genau das problem hat welches ich habe - kein Platz EM verseuchtes 
Umfeld - kopplung ins Gehäuse minimieren.

Ich habe auch über IR Dioden nachgedacht nur ist der LWL in dem bereich 
nicht so durchlässig wie für das sichtbare Spektrum. Aber einen Versuch 
werde ich mit Sicherheit mal starten. Wenn ich die IR LED mit mehr Strom 
pulsen kann dann komme ich logischerweise auch weiter - gesetzt den Fall 
das eine IR LED ähnlich gut empfängt wie eine "normale".

Auf so Ideen wie Faser splitten und so bin ich auch gekommen - wie 
gessagt kein Platz.

Allerdings könnte ich auf der Hostseite über eine Spittung nachdenken - 
Laser zum Senden und Photodiode zum empfangen.
Weil licht kommt nach 20 m noch massenhaft an. Das problem ist nur das 
die LED nicht besonders empfindlich ist.

Ich werde mal weitertesten und Euch auf dem Laufenden halten.

Grüße
 Tobi


Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Würde man sich mit SMD LEDs nicht das Bohren spaaren können?

Einfach die Faser direkt aufkleben. Die SMD LEDs, soweit ich gesehen 
habe, habe zwar meist einen 120° Strahlwinkel, aber da man mit der Faser 
sehr nah an der LED ist dürfte das kein Problem sein.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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hab ich probiert - ist zu instabil.
Das bricht schnell ab sobald bisschen an der Faser gezogen wird oder sie 
etwas gebogen wird.
Ausserdem waren die Ergenisse nicht sooo tool.

Autor: Jochen S. (jochen_s)
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Ein sehr schönes Projekt und sehr einfach vom Aufbau wenn auch gleich 
viel Hirnschmalz in der Sache liegt. Der Begriff bidirektional ist mir 
vol und ganz geläufig wir sprechen aber dennoch über Halbdublex. Wäre es 
möglich mit der Splittung der Fasern wie oben beschrieben auch 
Volldublex zu arbeiten, indem man in der einen Richtung z.B. Rot und in 
der anderen Richtung Blau verwendet (Rot und Blau liegen im Farbspektrum 
maximal getrennt)? Kann das funktionieren oder gibt das eine Mischfarbe 
die nicht mehr sicher erkannt werden kann?

Jochen

Autor: jemand (Gast)
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Man könnte auch gleich ne RGB-LED(oder auch nur RG) verwenden und dann 
damit vollduplex machen,  falls die Farberkennung gut läuft.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

die idee mit RBG hat was. Muss nur gucken ob die LEDs sich nicht 
gegenseitig beeinflussen nicht das die sich gegenseitig "zublasen" aber 
ich vermute das könnte klappen. Dann am besten Rot und Blau weil die Im 
Spektrum am weitesten voneinander entfernt sind. Würde mir vieles 
einfacher machen zumal dann so scherze wie die Umschaltung komplett 
wegfallen würden.

Ja ich denke ich werde Montag mal RGB LEDs bestellen. Vielleicht tuts 
dann auch ein etwas billigerer Transimpedanzverstärker.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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hat wer ne idee wo ich ultrahelle RGB LEDs herbekomme?

Jetzt bin ich heiss drauf das zu probieren

Autor: Fabian B. (fabs)
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was verstehst du unter ultrahell?
recht hell sind die von LED1 (common K) oder direkt bei den chinesen 
(ebucht)...

Gruß
Fabian

Autor: Düsentrieb (Gast)
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http://www.led1.de/shop/index.php?cName=led-rainbo...

bzgl bessere schaltung:
mein vorschlag : als out-treiber icl7667 (50ns, > 1A)
als empfänger : tba2800 (10us, 60db gain)

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Sieht alles sehr gut aus - ich werde mich am WE dringend drum kümmern - 
damit lassen sich dann auch ne menge Bauteile / Platz sparen :-)

Autor: Roland Praml (pram)
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Weil wir gerade beim Thema sind. Das finde ich voll krass:
http://cs.nyu.edu/~jhan/ledtouch/index.html

(und genau das: http://cs.nyu.edu/~jhan/ftirtouch/index.html hab ich 
gestern in irgendeiner Fernsehsendung gesehen, will M$ bauen)

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Ja das ist basierend auf der Idee von Motorola wie ich auf meiner WS 
bereits beschrieben hatte - ist nur zu langsam für das wofür ich es 
brauche.

Autor: ralf (Gast)
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Für diese Anwendung gibt es Duplexdioden. Mit der 1A212 hab ich vor 
einigen Jahren eine 16MBit Verbindung realisiert.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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WEnn ich das allerdings richtig sehe sind die dinger für "echte" 
glasfasern gemacht und nicht für POFs, oder?

Autor: ralf (Gast)
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Ja die gibt es auch schon fertig in ST oder SMA Gehäuse für Multimode 
Glasfaser. Mit 20m Plastikfasern sollte es aber auch gehen.

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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was kostet das teil den etwa?

Autor: ralf (Gast)
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War glaube ich etwa 60DM pro Diode in einem ST-Gehäuse.

Autor: SeppK (Gast)
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>Ich habe auch über IR Dioden nachgedacht nur ist der LWL in dem bereich
>nicht so durchlässig wie für das sichtbare Spektrum. Aber einen Versuch
>werde ich mit Sicherheit mal starten. Wenn ich die IR LED mit mehr Strom
>pulsen kann dann komme ich logischerweise auch weiter - gesetzt den Fall
>das eine IR LED ähnlich gut empfängt wie eine "normale".

Die Versuche mit einer IR-Diode brauchst du bei POF nicht machen. Die 
POF dämpft bei 850nm um ca. 2 Dekaden mehr als bei rotem Licht. Wo du 
bei einer
roten LED 50m POF treiben kannst kommst du mit einer IR-Diode nur 2-3m . 
(bei gleicher Sendeleistung)
Das sollte auch bei der RGB-Lösung bedacht werden. Rot und gelb kommen 
ziemlich gut durch die Faser, bei Blau ist die Dämpfung schon deutlich 
stärker.


Autor: Tobias A. (inselaffe)
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Hi

wenn ich das richtig sehe ist bei der hier


http://www.farnell.com/datasheets/94760.pdf

die Dämpfung für Blau sogar noch gerninger, oder?

Autor: Tobias A. (inselaffe)
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englischer version is online :-)

Ich werde während der Woche mal mit RGB LEDs probieren und die 
Ergebnisse hier posten - schonmal danke an alle für das Feedback und die 
Anregungen.

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