Beide Teile arbeiten mit einer Trägerfrequenz von 40kHz, die der sendende Mikrocontroller auch problemlos und sehr genau erzeugt.
Mein Problem ist nun die Reichweite:
Die Übertragung funktioniert bis zu einer Entfernung von ca. 5m. Danach kommt überhaupt kein Signal mehr beim Empfänger an. Ich würde aber gerne das Doppelte, also etwa 10m schaffen.
Ist das überhaupt möglich? Welche Reichweite kann man von so einem Aufbau erwarten? Wie könnte ich da noch mehr herausholen?
PS: Umgebungslicht gibt es nicht viel, da ich alles abgedunkelt habe. Die LED betreibe ich mit 5V an einem BC547-Transistor (30 Ohm Vorwiederstand). Dieser wird wiederum von einem Pin des Mikrocontrollers über 1kOhm geschaltet.
Viel Prosa und die wichtigen Dinge fehlen: Schema & Bild von Aufbau.
Ins Blaue hinein: Transistor und Basiswiderstand sind ganz gut gewählt. Transistor könnte noch etwas kräftiger sein und der Basiswiderstand etwas kleiner aber eigentlich passt das.
Von den zulässigen 1A Pulsleistung bleibst du mit 30Ohm weit weg, 15Ohm geht sicher auch.
Stützkondensator nahe bei Led und Transistor. Darf ruhig 100uF haben.
In 10m ist dein Leuchtfleck 1m klein, gut zielen war der richtige Vorschlag.
Auch dein Empfänger natürlich mit Stütz C und auf den Sender ausgerichtet.
Die Übertragung funktioniert bis zu einer Entfernung von ca. 5m. Danach
kommt überhaupt kein Signal mehr beim Empfänger an. Ich würde aber gerne
das Doppelte, also etwa 10m schaffen.
Ist das überhaupt möglich?
Ja.
Welche Reichweite kann man von so einem
Aufbau erwarten?
Wir kennen den nicht im Detail. Das Datenblatt des Empfängers spricht von 45m bei 250mA LED-Strom.
Wie könnte ich da noch mehr herausholen?
PS: Umgebungslicht gibt es nicht viel, da ich alles abgedunkelt habe.
Die LED betreibe ich mit 5V an einem BC547-Transistor (30 Ohm
Vorwiederstand).
Der etwas quieeetscht. (Widerstand)
Naja, macht ca. 130mA LED-Strom. Ist erstmal OK.
Dieser wird wiederum von einem Pin des Mikrocontrollers
über 1kOhm geschaltet.
Ist OK. Aber ein Schaltplan ist besser als Lyrik.
Wichtig ist, daß die Datenkodierung sich am Datenblatt des Empfängers, sprich, den üblichen IR-Fernbedinungscodes orientiert. Denn sonst filtert dir der Empfänger das raus. Einfaches RS232 kann man da NICHT senden!
Wie sind deine Daten kodiert?
"SUITABLE DATA FORMAT
The TSOP312.., TSOP314.. series are designed to suppress
spurious output pulses due to noise or disturbance signals.
Data and disturbance signals can be distinguished by the
devices according to carrier frequency, burst length and
envelope duty cycle. The data signal should be close to the
band-pass center frequency (e.g. 38 kHz) and fulfill the
conditions in the table below.
When a data signal is applied to the TSOP312.., TSOP314..
in the presence of a disturbance signal, the sensitivity of the
receiver is reduced to insure that no spurious pulses are
present at the output. Some examples of disturbance signals
which are suppressed are:
• DC light (e.g. from tungsten bulb or sunlight)
• Continuous signals at 38 kHz or at any frequency
• Strongly or weakly modulated noise from fluorescent
lamps with electronic ballasts (see figure 15 or figure 16)"
Die LED betreibe ich mit 5V an einem BC547-Transistor (30 Ohm
Vorwiederstand). Dieser wird wiederum von einem Pin des Mikrocontrollers
über 1kOhm geschaltet.
Ja, damit sollte mehr gehen, allerdings ist der geringe Öffnungswinkel Deiner LED mit nur 5° sehr sportlich. Wie schon in der ersten Antwort steht: Damit musst Du schon sehr genau zielen. Alternative wäre vielleicht eine LED mit etwas größerem Öffnungswinkel, z.B. SFH409 mit 20°.
Zum Vorwiderstand: Mal rechnen, was man da bei der SFH4545 noch rausholen kann:
Laut Datenblatt kann die LED bei einer Pulslänge von 20msec locker einen (Puls-)Strom von 100mA ab. Bei 1,5V Vorwärtsspannung und 5V Versorgung sind 33 Ohm ganz gut geeignet. Das passt also.
Allerdings gehen bei kürzeren Pulsen noch höhere Ströme: bei einer Pulslänge von max. 25µs wäre sogar ein Strom von 1A möglich.
Da ergeben sich 2 Fragen an Dich:
Wieviel Strom kann Deine Versorgung liefern?
Welches Übertragungsprotokoll bzw. welche Pulslängen nutzt Du?
Sich vielleicht auch von dem Gewehrverhalten verabschieden. Gute Systeme schaffen es, in einem mittelgroßen Raum eine Verbindung in alle Zielrichtungen herzustellen!
f0 muß ziemlich genau stimmen! Dauerträger werden unterdrückt. IR-LED hat eine große Eigenkapazitat, die zu einem Tail führt, also besser Stromsteuerung (z.B. Transe schließt LED kurz).
OK, ich denke ihr habt da einen wichtigen Punkt angesprochen: das Datenformat.
In meiner Naivität habe ich einfach ein 40 kHz Signal mit 50% Duty Cycle auf den Sender gegeben. Das hat soweit ja auch gut funktioniert (Empfänger erkennt das Signal als Dauer-1).
Aber wie Du oben zitiert hast, scheint der Empfänger das gar nicht gern zu mögen:
Some examples of disturbance signals
which are suppressed are:
• Continuous signals at 38 kHz or at any frequency
Dann würde ggf. schon ein anders geformtes Signal (kürzere Pulse bei 40 kHz?) eine Verbesserung bringen.
Möglich ja, auch deutlich performanter. Aber eher nicht mehr mit IR. Typischer Weise nutzt man dafür RGB-LEDs und macht Diskrete Multitone Modulation (DMT). Damit kommt man auf 1-10Gb/s. Stichwort optisches WLAN / Visible Light Communication. Kritische Faktoren sind (auch bei dir) Leistung der LED, Empfindlichkeit der PD und jeweils Impedanzmatching. Bei Entfernungen ab 10m fängt man typ an über Fokussierung mittels Linse oder Wechsel auf Laser nachzudenken.
Das ist ein Standard, der heute zu 80% in jeder IR-Fernbedienung genutzt wird. Außerdem steckt hier durch (invertierte) Wiederholung der Daten auch noch ein wenig Redundanz drin, welche die Datensicherheit erhöht.
Und Falk hat da recht: Mit der richtigen Schaltung braucht man keine 1A Strom, um 10 Meter (und mehr) weit zu kommen. Das schafft schon die Standard-Schaltung aus dem IRSND-Artikel, die ich oben verlinkt habe.
OK, ich denke ihr habt da einen wichtigen Punkt angesprochen: das
Datenformat.
In meiner Naivität habe ich einfach ein 40 kHz Signal mit 50% Duty Cycle
auf den Sender gegeben. Das hat soweit ja auch gut funktioniert
(Empfänger erkennt das Signal als Dauer-1).
Aber wie Du oben zitiert hast, scheint der Empfänger das gar nicht gern
zu mögen:
Ja, der Emfänger braucht schon ein Signalbild, wie es im Datenblatt:
https://www.farnell.com/datasheets/2050194.pdf
in Fig.3 als Testsignal zu sehen ist. Das kann man z.b. mit einem
doppelten Multivibrator erzeugen.
ich hatte genau das gleiche Problem. Die Lösung, die wirklich unter allen Bedingungen perfekt funktioniert hat, war eine Sammellinse mit entsprechender Brennweite jeweils auf Sender- und Empfängerseite.
Die Anwendung war ein Regalfahrzeug mit Entfernungen der Infrarotstrecke
zwischen 1m und 25m.
Dann würde ggf. schon ein anders geformtes Signal (kürzere Pulse bei 40
kHz?) eine Verbesserung bringen.
Du solltest mal versuchen, den IR-Empfänger und sein Datenblatt zu verstehen. Dann erkannst du vielleicht, welche Form das Signal haben MUSS. Nämlich etwas borstiges, neudeutsch Burst.
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Selbst die 40kHz Pulse müssen keine 50% Tastverhältnis haben, da arbeitet man in der Praxis mit 10-30%. Das 4kHz Trägersignal erzeugt man mittels Timer und PWM und passenden Tastgrad, die Bursts im zugehörigen Overflow-Interrupt per Software (PWM-Ausgang ein/aus schalten, Timer läuft weiter).
Genau, damit geht es dann aber sogar über mehrere Kilometer.
Mit der entsprechenden Linse habe ich schon einen Videorecorder über 2km bedient.
Mit der originalen FB.
Wir hatten mal einen HeNe-Laser aus einem Hochhaus leuchten lassen und sind dann auf die Suche gegangen,wo der Leuchtfleck nachts runterkommt... mitten auf der Autobahn zur Stadt rein. Ca. 3km Luftlinie entfernt.
Duty Cycle des 40kHz Signals von 50% auf 25% reduziert
Vorwiderstand der LED von 30 auf 10 Ohm verkleinert
Senden von 4ms-Pulsen statt eines Dauersignals
Kondensator (100uF) an LED
Und was soll ich sagen: die Reichweite ist beängstigend :-D
Die Kommunikation läuft jetzt quasi durchs ganze Haus, auch über verscheidene Etagen hinweg! (kein Scherz)
Das Signal reflektiert zig mal aus dem Zimmer, durch den Flur und das Treppenhaus bis zum Empfänger. Damit ist die Abdeckung fast besser als mein WLAN ;-)
Ich werde den Sender also wieder etwas "abschwächen".
Danke für eure tollen Tipps! Ihr seid die Besten :-)
Es war sehr unterhaltsam und etwas beängstigend. Auch weil 35mW auf so
2qm recht hell sind. Haben wir schleunigst ausgeschaltet.
Soso. 35mW auf 2m^2 macht jede funzelige Taschenlampe. Die große "Taschenlampe" in 150Mkm Entfernung bringt es hier immerhin noch auf satte 2kW/2m^2 im Sommer.
Damit ist trotzdem nicht zu spaßen. Selbst 4mW werden schon als Klasse
3A Laser deklariert!
Man sollte auch nicht Leistung mit Leistungsdichte verwechseln. Schau mal, auf welche Leistungsdichte es deine gezeigte "Taschenlampe" bringt.
Die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche bringt es bei uns z.B., ich meine, auf rund 1.6 kW/qm im Mittel. Dennoch ist es auch bei uns keine gute Idee in die Sonne zu blicken, auch nicht im Winter. Ein Laser mit 4 mW und einem Laserpunkt von 1mm Durchmesser bringt es auf Schlappe 1,2 kW/qm. Da will man auch nicht rein schauen.
Der TO hat nicht geschrieben, ob die Endgeräte (Sender/Empfänger) mobil genutzt werden oder fest verbaut sind.
Bei mobiler Nutzung muss mühseig gezielt werden oder man baut Emitter/Empfänger mit Kreis/Kugel-Charakteristik. Will an nicht zielen müssen, hilft nur mehr Leistung. Ein wenig hilft es auch bereits, nur eine der Komponenten mit Richtwirkung auszustatten.
Bei stationärer Nutzung sollte man optische Hilfsmittel (Hohlsiegel/Linsen) benutzen. Mit ein wenig Bastelei aus dem 3D-Drucker könnte man z.B. den Sender gegen einen Hohlspiegel (statt Linse, wegen der IR-Dämfung von gewöhnlichem Glas) strahlen lassen und gleichzeitig ein rotes 1-Euro-Lasermodul im "direkten Richten" als Zielhilfe verwenden.
IR-Leuchtflecken kann man übrigens, wenn die Wellenlänge nicht gar zu lang ist, mit einer Handykamera sehen.
Die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche bringt es bei uns z.B., ich
meine, auf rund 1.6 kW/qm im Mittel.
Wie kommst du auf diesen Wert?
Die extraterrestrische Bestrahlungsstärke, also oberhalb der Atmosphäre, schwankt im Jahresverlauf abhängig von der Position der Erde auf ihrer Bahnellipse zwischen 1325 und 1420 W/m². Was davon am Boden ankommt, hängt natürlich von der Höhe, i.e. der Dicke der Atmosphärenschicht und den Wolken ab, ist aber eher weniger.
https://de.wikipedia.org/wiki/Solarkonstante
Die Fläche hatte ich mit dem Auge geschätzt und die Leistung hatte ich mit einer BPW34 und Rechnerei gemessen. Der Laser ist mir zugelaufen, ein Modell von SpectraPhysics ohne auffindbaren Datenblatt. Ich vermute der wurde auf Großbaustellen zur Nivellierung verwendet. Im Vergleich zu einem 0,5mW Scannerkassenlaser von Siemens ist er deutlich heller. Niemals würde ich reinschauen. Hat auch einen mechanischen Shutter.
Interessant ist auch Laser im Reinraum. Während man sonst den Strahl
in normaler Luft ganz gut sieht, ist der im Reinraum völlig unsicht-
bar. Man sieht nur den Auftreffpunkt.
