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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Optisches Signal nach TTL wandeln


Autor: Frank (Gast)
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Hallo zusammen,

ich brauch mal Eure Hilfe. Ich hab zwar Ahnung von Programmierung, aber 
bei der analogen Schaltungstechnik scheitert es manchmal.
Und zwar hab ich auf mehreren uC-Boards eine Sendediode, die direkt mit 
dem Tx-Pin des Uarts verbunden ist. Fuer Debugging-Zwecke kann auf der 
seriellen Schnittstelle des uC etwas ausgegeben werden. Das Signal wird 
also quasi "amplitudenmoduliert" (Licht ans, Licht aus)

Um das Signal am PC empfangen zu können, habe ich mir eine kleine 
Platine mit Fototransistor gebastelt, dia das Lichtsignal empfängt, nach 
TTL wandelt und schliesslich auf USB (siehe Anhang). Im Prinzip 
funktioniert es auch (sogar bis 115000 Baud).

Das Problem ist nur, wenn das Lichtsignal zu schwach ist und die 
Basis-Emitter-Spannung nicht über 0,7V kommt, schaltet der Transitor 
nicht mehr. Ich könnte zwar den Widerstand links unten vergrössern, hab 
aber dann das Problem, dass der Transistor möglicherweise nicht mehr 
ausschaltet. Das Problem ist also der Gleichspannungsanteil der 
vorhanden ist, da es nicht möglich ist, dass der Fototransistor komplett 
sperrt, wenn kein Licht da ist.

Ich hoffe, ich konnte das Problem darstellen. Vielleicht hat jemand eine 
Idee, wie man die Schaltung noch opmitieren könnte, ohne jetzt einen 
riesen Aufwand zu generieren.

Gruesse, Frank

Autor: Georg (Gast)
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Frank schrieb:
> da es nicht möglich ist, dass der Fototransistor komplett
> sperrt, wenn kein Licht da ist

Das ist schon möglich, bloss muss es dazu total dunkel sein. Gegen das 
Umgebungslicht kann man auch elektronisch nichts machen, aber ein 
Röhrchen aus schwarzer Pappe könnte helfen.

Georg

Autor: René H. (Firma: Herr) (hb9frh)
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Hallo Frank,

die Idee ist super :)

Zu Deinem Problem, hast Du schon mal daran gedacht mit IR Dioden zu 
arbeiten? Da hast Du weniger Probleme mit dem Umgebungslicht.

Grüsse,
René

Autor: Karl B. (gustav)
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Hi,
der Fototransistor könnte auch auf eine "Kennlinie" gesetzt werden.
Im Bild sind die Extrempositionen gezeichnet.

Vorschlag:
Schalte mal einen R  von ca. 10k von der Basis des letzten Transistor 
gegen GND. Dadurch sperrt der evtl. besser.

ciao
gustav

Autor: Clemens L. (c_l)
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Mit einem Potentiometer könntest du den Umschalt-Lichtpegel einstellen.

Ein Koppelkondensator sollte den Gleichspannungsanteil herausfiltern.

Autor: michael_ (Gast)
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Warum ist ein 10K und 4,7K parallel?
Du brauchst einen Schwellwertschalter/ Schmitt-Trigger.
Da brauchst du nichts neues erfinden. Schaltungen dazu gibt es 
massenhaft.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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René H. schrieb:
> die Idee ist super :)

Nein, ist sie nicht.

> Zu Deinem Problem, hast Du schon mal daran gedacht mit IR Dioden zu
> arbeiten? Da hast Du weniger Probleme mit dem Umgebungslicht.

1. hat er wohl eine IR-Diode
2. hilft die nicht gegen Probleme mit Umgebungslicht. Ein IR-Filter
vor dem Empfänger würde (ein bißchen) helfen. Wenn das Umgebungslicht 
selber auch IR enthält - wie z.B. Tageslicht oder Glühlampenlicht -
dann eher weniger.

Serielle Daten über Infrarotlicht - die Idee ist dermaßen alt, das ist 
sogar standardisiert. Stichwort: IRDA.

Für eine quick-and-dirty Bastellösung kann man es sicher so machen wie 
der TE zeigt. Allerdings würde man wohl Empfänger und Sender gut 
aufeinander ausrichten und gegen Streulicht abschirmen. Z.B. indem man 
jeweils ein Stück schwarzen Isolierschlauch auf IR-LED und 
Fototransistor schiebt und sie dann möglichst nahe zusammen schiebt.

Trotzdem wäre ein Oszi zur korrekten Dimensionierung des Arbeits- 
widerstands am Fototransistor empfehlenswert.

Autor: Georg (Gast)
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Axel S. schrieb:
> Z.B. indem man
> jeweils ein Stück schwarzen Isolierschlauch auf IR-LED und
> Fototransistor schiebt

Schön, aber mein Vorschlag eines schwarzen Papprohrs ist keine gute 
Idee?

Axel S. schrieb:
> Nein, ist sie nicht.

Leidest du unter dem "not invented here"-Syndrom?

Georg

Autor: Wolfgang (Gast)
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Georg schrieb:
> Gegen das Umgebungslicht kann man auch elektronisch nichts machen

Seit der Erfindung der Modulation könnte man die Information auf einen 
Hilfsträger modulieren, wie es jede IR-Fernbedienung tut. Dann kann man 
den Hilfsträger einschließlich des Modulationsinhalts deutlich besser 
vom Umgebungslicht trennen, als bei direkter On-Off-Modulation mit den 
Daten.

Autor: Joe F. (easylife)
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Mit 3 zusätzlichen Opamps könntest du die Schaltung um
2 Spitzenwertdetektoren (max. und min. Wert)
1 Komparator mit kleiner Hysterese
erweitern.

Die Spitzenwertdetektoren sollten recht träge sein, damit sie nur mit 
dem Umgebungslicht mitlaufen, und nicht zu sehr vom Signal beeinflusst 
werden.
Aus den Ausgänge beider Spitzenwertdetektoren erhäst du über einen 
Spannungsteiler eine schöne Referenzspannung für den Komparator.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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Georg schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Z.B. indem man
>> jeweils ein Stück schwarzen Isolierschlauch auf IR-LED und
>> Fototransistor schiebt
>
> Schön, aber mein Vorschlag eines schwarzen Papprohrs ist keine gute
> Idee?

Das ist am Ende die gleiche Idee.

>>> die Idee ist super :)
>>
>> Nein, ist sie nicht.
>
> Leidest du unter dem "not invented here"-Syndrom?

Wie kommst du darauf? Eine LED (IR oder nicht) direkt mit einem UART 
Datenstrom zu amplitudenmodulieren ist keine gute Idee. Vollkommen 
egal ob hier oder woanders erfunden.

Über das Problem haben sich vor vielen Jahren schon kluge Leute Gedanken 
gemacht und dabei ist der IRDA-Standard herausgekommen. Der hat den 
Vorteil, daß es auch funktioniert. Mittlerweile ist aber auch IRDA schon 
wieder obsolet. Bluetooth und ähnliche Nachbereichsfunklösungen haben 
diese Funktionalität übernommen.

Autor: Joe F. (easylife)
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Wenn die Baudrate fix ist (115000 Baud), könnte man es so wie im Anhang 
gezeigt machen.
Für andere Baudraten muss C1 entsprechend geändert werden.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Joe F. schrieb:
> Für andere Baudraten muss C1 entsprechend geändert werden.

Der Kondensator kann IMHO fast beliebig groß sein. Der TP aus R2/C1 muss 
nur den Schwankungen des Umgebungslichtes gut folgen können, i.e. die 
Symbolrate muss weit weg von 100Hz oder irgendwelchen PWM-Frequenzen 
liegen, wenn man die Schalung bei getaktetem Kunstlicht betreiben 
möchte.

Autor: Joe F. (easylife)
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Wolfgang schrieb:
> Der Kondensator kann IMHO fast beliebig groß sein. Der TP aus R2/C1 muss
> nur den Schwankungen des Umgebungslichtes gut folgen können

Du musst damit rechnen, dass Übertragungspausen vorkommen.
Die Grenzfrequenz des TP sollte also nicht viel tiefer als bei ca. der 
halben Baudrate liegen. Sonst verliert/verstümmelt man Bits am Anfang 
der Übertragung.
Gerade durch die hohe Grezfrequenz folgt der Schaltpunkt 50 Hz Störungen 
(auch mit relativ großer Amplitude).

: Bearbeitet durch User
Autor: Frank (Gast)
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Hallo zusammen,

erstmal vielen Dank für die lebhafte Diskussion und die 
Lösungsvorschläge.

> Wie kommst du darauf? Eine LED (IR oder nicht) direkt mit einem UART
> Datenstrom zu amplitudenmodulieren ist keine gute Idee. Vollkommen egal
> ob hier oder woanders erfunden.
Dass die von mir verwendete Technik keinen professionellen Anspruch hat, 
ist mir schon klar. Es geht darum mit einfachen Mitteln eine temporäre 
Debugging-Schnittstelle zu haben. Auf Sendeseite benötige ich lediglich 
eine LED (ich habe eine weiße gewählt, damit sich auch für eine optische 
Signalisierung verwendbar ist) und einen Vorwiderstand.

> Das ist schon möglich, bloss muss es dazu total dunkel sein. Gegen das
> Umgebungslicht kann man auch elektronisch nichts machen, aber ein
> Röhrchen aus schwarzer Pappe könnte helfen.
Ich hab mich bereits mit einem Schrumpfschlauch beholfen.

> Mit einem Potentiometer könntest du den Umschalt-Lichtpegel einstellen.
So ähnlich habe ich es jetzt auch gelöst. Durch eine Umschaltung des 
Widerstandswerts (wo ursprünglich die Parallelschaltung von 10k und 4,7k 
war) kann ich jetzt wählen zwischen
- kleinem Widerstand für große Beleuchtungstärken und große 
Datenübertragungsraten
- größerem Widerstand für kleine Beleuchtungstärken (Bei größeren 
Belechtungstärken sperrt der Transistor nicht schnell genug und ich 
müsste die Übertragungsrate reduzieren)
Außerdem habe ich den Basiswiderstand von 10k auf 1k Ohm reduziert, was 
die Ansteuerung auch nochmal empfindlicher macht.

Autor: M.A. S. (mse2)
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René H. schrieb:
> Zu Deinem Problem, hast Du schon mal daran gedacht mit IR Dioden zu
> arbeiten? Da hast Du weniger Probleme mit dem Umgebungslicht.
...wenn man den Empfänger mit einem IR-Filer versieht.

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