Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Videosignal per Laser übertragen


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von Lukas (Gast)


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Hallo,

ich habe vor folgendes Projekt zu realisieren:
Videosignal per Laser von einem Rasperry-Pi zum nächsten senden. 
Geplante Datenrate mindesten 1Mbps über eine Distanz von ca. 3m.
Bevorzugt blauer Laser weil Datenübertragung in Wasser stattfinden soll 
und in diesem Bereich die Absorption Elekromagnetischer-Wellen am 
geringsten ist, sonst grün.

Ich bin relativ erfahren mit Mikrocontrollern und Elektronik, aber 
unerfahren mit Rasperry-Pi und Lasern.

Ich denke ich sollte nicht nur eine Laserdiode, sondern ein Lasermodul 
mit integrierter Photodiode und Regelung verwenden. Da gibts für blaue 
Laser nicht sehr viele, für grüne siehts schon besser aus.

Mir ist leider nicht ganz klar nach was für Komponenten ich suchen muss. 
Ich brauche ja einmal einen IC der für mich die Modulation übernimmt und 
einen der mir die Photodiode auf der Empfängerseite auswertet. Kan da 
jemand Komponenten oder auch Schaltungen empfehlen.

Wie seht ihr das? Ist das als Anfänger in Sachen Laser und 
Kommunikationstechnik zu schwierig?
Ich denke die Datenrate ist überschaubar und das Projekt klingt für mich 
machbar, auch wen es noch an Grundlagen fehlt. Hab dafür auch etwas Zeit 
eingeplant.

Ich bin auch dankbar für Links zu Theorie oder ähnlichen Projekten, 
solangs keine Wikipedialinks sind ;)


Vielen Dank,
Lukas

von Teo D. (teoderix)


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von nachtmix (Gast)


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Lukas schrieb:
> Bevorzugt blauer Laser weil Datenübertragung in Wasser stattfinden soll
> und in diesem Bereich die Absorption Elekromagnetischer-Wellen am
> geringsten ist

Aber nur, wenn das Wasser frei von jeglicher Trübung ist.
https://de.wikipedia.org/wiki/Tyndall-Effekt

von Teo D. (teoderix)


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nachtmix schrieb:
> Aber nur, wenn das Wasser frei von jeglicher Trübung ist.

Dann nimmt er halt ein paar Watt mehr, das wird sich schon den Weg frei 
brennen :)

Bei 3m, wird das Wasser(uns unbekannter Beschaffenheit) sicherlich die 
geringste rolle spielen!?

von Wolfgang (Gast)


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nachtmix schrieb:
> Aber nur, wenn das Wasser frei von jeglicher Trübung ist.
> https://de.wikipedia.org/wiki/Tyndall-Effekt

Das kommt wirklich auf die Inhaltsstoffe an. Solbald das Wasser 
Gelbstoff  (gelöst, viel in Flusswasser) oder auch und Algen enthält, 
verschiebt sich das Transmissionsmaximum schnell in Richtung grün.

Hier sind ein paar handfeste Daten/Kurven, z.B. Fig 3.6 (S.89/30)
(nicht von der Theorie abschrecken lassen)
http://misclab.umeoce.maine.edu/boss/classes/RT_Weizmann/Chapter3.pdf

von Sven B. (scummos)


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Teo D. schrieb:
> nachtmix schrieb:
>> Aber nur, wenn das Wasser frei von jeglicher Trübung ist.
> Bei 3m, wird das Wasser(uns unbekannter Beschaffenheit) sicherlich die
> geringste rolle spielen!?

Äh nein, wenn das nur ein bisschen trüb ist ist da direkt alles vom 
Licht weg. Das geht verblüffend schnell. Grüne Laser sind wahrscheinlich 
die bessere Wahl, außer es geht hier wirklich um einen Wassertank im 
Labor mit hochreinem Wasser. Die sind auch viel viel billiger als blaue.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Uebliche Lasermodule haben keine Modulierbarkeit in die MHz hinauf.

von Georg (Gast)


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Lukas schrieb:
> Ich denke ich sollte nicht nur eine Laserdiode, sondern ein Lasermodul
> mit integrierter Photodiode und Regelung verwenden

Da musst du erst mal eines suchen, das sich wie gefordert modulieren 
lässt. Auf die Schnelle habe ich bei Lasermodulen von Modulation bis 100 
oder 200 kHz gelesen. Es muss natürlich auch schnellere geben, 
schliesslich werden auf Glasfasern GHz übertragen, aber sowas kriegt man 
sicher nicht im nächsten Bastlerladen, und sicher auch nicht als Modul 
für Raspberry Pi.

Abgesehen davon haben Laser für Datenübertragung per Glasfaser nur 
geringe Leistungen.

Für einen Anfänger in Lasertechnik könnte das durchaus schwierig werden. 
Und so nebenbei, du kannst nicht so ohne weiteres mit Lasern höherer 
Leistung experimentieren, auch wenn sich hier gleich wieder Vertreter 
der legal-illegal-scheissegal-Fraktion zu Wort melden werden. Das Wasser 
ändert daran garnichts.

Georg

von Axel R. (Gast)


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Die Dioden sollen sehr empfindlich sein gegenüber ESD und 
Überschwingern, die schon bei parasitären Leitungsinduktivitäten 
"zuschlagen". Inwiefern das in der Praxis relevant ist, kann ich nicht 
beurteilen. Sollte man aber auf jeden  Fall beim Enturf der Ansteuerung 
beachten.


StromTuner

von THOR (Gast)


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Ich würde das erstmal in 10cm Maßstab mit Leuchtdioden auf dem 
Steckbrett ausprobieren, den Schritt zur Laserdiode kann man dann immer 
noch machen.

Wichtig sind erstmal so grundlegende Fragen: Elektrische Ansteuerung der 
Diode, Modulationsverfahren, Arbeitspunkt (Störlicht) usw.

Und statt 1Mbit kann man dann auch mit kBit anfangen.

von Teo D. (teoderix)


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Wolfgang schrieb:
> Gelbstoff

Schreibfehler o. eine weitere, durchaus passende, Bezeichnung?

Sven B. schrieb:
>> Bei 3m, wird das Wasser(uns unbekannter Beschaffenheit) sicherlich die
>> geringste rolle spielen!?
>
> Äh nein, wenn das nur ein bisschen trüb ist

Was spielt da nun ne rolle, das Wasser o. das was es trübt?

> Grüne Laser sind wahrscheinlich
> die bessere Wahl,

Wie oft schon in der Glotze bei UWRs gesehen, zu Entfernungs- u. 
Größen-Messung. Nur an die Farbe erinnere ich mich nich, aber ich könnte 
schwören es war Grün :)

von Sven B. (scummos)


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Teo D. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Gelbstoff
> Schreibfehler o. eine weitere, durchaus passende, Bezeichnung?

Gelbstoff ist schon der passende Begriff hier.

> Sven B. schrieb:
>>> Bei 3m, wird das Wasser(uns unbekannter Beschaffenheit) sicherlich die
>>> geringste rolle spielen!?
>>
>> Äh nein, wenn das nur ein bisschen trüb ist
>
> Was spielt da nun ne rolle, das Wasser o. das was es trübt?

Wirklich reines Wasser ist bei grün und blau relativ harmlos, das 
absorbiert nur Richtung rot / IR stark. Nach 3 Metern verlierst du da 
vielleicht 20%. Wasser was man so hat als normale Person ist aber nicht 
wirklich rein, allein wenn das eine Woche offen herumsteht ist das schon 
deutlich trüber als am Anfang.

: Bearbeitet durch User
von Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite


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Lukas schrieb:
> ich habe vor folgendes Projekt zu realisieren:
> Videosignal per Laser von einem Rasperry-Pi zum nächsten senden.

Schau mal in den Nachbar-Thread:

  Beitrag "10 MBit/s optischer Freistrahl-Ethernet-Transceiver"

Hier geht es zwar nicht um das Medium Wasser, aber vielleicht lässt sich 
da ja die eine oder andere Idee austauschen.

von Falk B. (falk)


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@Lukas (Gast)

>Ich denke ich sollte nicht nur eine Laserdiode, sondern ein Lasermodul
>mit integrierter Photodiode und Regelung verwenden. Da gibts für blaue
>Laser nicht sehr viele, für grüne siehts schon besser aus.

Sowas ist recht selten.

>Mir ist leider nicht ganz klar nach was für Komponenten ich suchen muss.
>Ich brauche ja einmal einen IC der für mich die Modulation übernimmt und
>einen der mir die Photodiode auf der Empfängerseite auswertet. Kan da
>jemand Komponenten oder auch Schaltungen empfehlen.

Beitrag "10 MBit/s optischer Freistrahl-Ethernet-Transceiver"

>Wie seht ihr das? Ist das als Anfänger in Sachen Laser und
>Kommunikationstechnik zu schwierig?

Ja.

>Ich denke die Datenrate ist überschaubar und das Projekt klingt für mich
>machbar, auch wen es noch an Grundlagen fehlt. Hab dafür auch etwas Zeit
>eingeplant.

Versuchs. Aber es wird mehr Zeit und Aufwand kosten, als du denkst, auch 
wenn du möglichst fertige Module verwenden wirst.

Warum eigentlich Freiraum-Laser? Warum nicht LWL? Da gibt es von Conrad 
einen einfachen Bausatz, NR. 1417919

von Lukas (Gast)


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Vielen Dank für die Antworten.

@Teo Derix
Das Projekt im Link hat mir sehr beim Verständnis geholfen.

@Frank M. (ukw)
Beitrag "10 MBit/s optischer Freistrahl-Ethernet-Transceiver"
Das Projekt scheint mir ideal zu sein, genau nach sowas hab ich gesucht. 
Ich werde mal versuchen das so zum laufen zu kriegen und dan anpassen. 
Ich denke mit grünem Laser und Linse könnte das auf 3m in Wasser schon 
funktionieren, werd mich da mal hintasten.


Vielen Dank,
Lukas

von Sven B. (scummos)


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Beachte aber auch die anderen Beiträge in dem Thread, da sind noch gute 
Hinweise dabei. Die verwendeten Komponenten sind auch z.T. etwas 
überdimensioniert weil "die lagen hier noch rum" (zum Beispiel der 
OPA695 mit seinen 1.7 GHz GBWP), das geht wesentlich günstiger wenn man 
will.

Platinen hätte ich sonst auch noch ein paar übrig, ehe du das jetzt 1:1 
nachbaust ...

von Wolfgang (Gast)


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Teo D. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Gelbstoff
>
> Schreibfehler o. eine weitere, durchaus passende, Bezeichnung?

Sooh viel kann man bei dem Wort nicht falsch schreiben ;-)

Den Begriff haben oft sogar die Freunde der englischen Sprache 
übernommene - oder nenne es übersetzt Yellow Substance.
https://link.springer.com/article/10.1007/BF02990729

von Lukas (Gast)


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@ Sven B.
hab die anderen Beitrage natürlich auch berücksichtigt ;)

Ich werde mich durch alle Bauteile lesen die du so verwendet hast. Und 
ich versuchen auch etwas von den erwähnten ESD-Schutzbeschaltungen 
umzusetzen. Mir gefällt vor allem wie einfach die Modulation 
funktioniert. Vielen Dank für deinen Beitrag.
Ich werde wahrscheinlich nächste Woche mit dem Projekt anfangen, dan 
tauchen wahrscheinlich e noch Frgaen oder Anregungen auf.

von Danish B. (danishbelal)


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Axel R. schrieb:
> Die Dioden sollen sehr empfindlich sein gegenüber ESD und
> Überschwingern, die schon bei parasitären Leitungsinduktivitäten
> "zuschlagen". Inwiefern das in der Praxis relevant ist, kann ich nicht
> beurteilen. Sollte man aber auf jeden  Fall beim Enturf der Ansteuerung
> beachten.
>
>
> StromTuner

In der ct Hardware Zeitschrift wurde mal mit Laser Dioden 
experimentiert.

In einem Versuchsaufbau wurde die Stromaufnahme mit einem Multimeter 
gemessen.
Bei der Messbereichsumschaltung (-> kleiner) ging die Diode kaputt.

Grund: Kurze Öffnung des Stromkreises -> Boost-Converter fährt hoch -> 
Überspannung der Diode

von Lukas (Gast)


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Hei,

ich habe meinen eigenen Platinen auf Basisi diese Projekts gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/topic/goto_post/4909117

nun fehlt mir nur noch ein geeigneter Laser.
Sowas kann ich ja nicht benutzen, weil darin bereits ein APC Treiber 
oder sowas verbaut ist und ich dann nicht mehr mit 10mBit/s modulieren 
kann:

https://www.digikey.com/product-detail/en/quarton-inc/VLM-650-01-LPA/VLM-650-01-LPA-ND/252967

http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Adafruit%20PDFs/1054_Web.pdf

Sehe ich das richtig?
Ein Lasermodul wie im oben verlinkten Beitrag finde ich nicht. kann mich 
da jemand bitte kurz aufklären was ich da falsch verstehe.

Vielen Dank,
Lukas

von Physiker (Gast)


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Lukas schrieb:
> Sowas kann ich ja nicht benutzen, weil darin bereits ein APC Treiber
> oder sowas verbaut ist und ich dann nicht mehr mit 10mBit/s modulieren
> kann:

Bei solch einer Geschwindigkeit machst du dir wegen des Treibers sorgen?
Da ist man ja mit Morsezeichen schneller

von Lukas (Gast)


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Physiker schrieb:
> Lukas schrieb:
>> Sowas kann ich ja nicht benutzen, weil darin bereits ein APC Treiber
>> oder sowas verbaut ist und ich dann nicht mehr mit 10mBit/s modulieren
>> kann:
>
> Bei solch einer Geschwindigkeit machst du dir wegen des Treibers sorgen?
> Da ist man ja mit Morsezeichen schneller

Ich hab wohl ein prinzipielles Verständnissproblem.
Die meisten Lasermodule haben ein APC-Treiber eingebaut. ich will den 
Laser mit einer Konstantsromquelle betreiben und daruf das zu 
übertragende Signal "aufmodulieren". Aber der APC-Treiber regelt ja die 
Ausgangsleistung des laser und ändert dafür den Strom. ist das nicht 
kontraproduktiv wen ich davor meine Konstantstomquelle habe. Oder ist 
das kein Problem weil:
-wen Konstantstromquelle wenig Strom -> Ausgangsleistung von Laser wird 
reduziert
- Konstantstromquelle mehr Strom -> APC-treiber regelt Ausgangsleistung

Gruß
Lukas

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Der Physiker bezieht sich hier auf Deine Milli-Bit pro Sekunde.
Du meinst eher Mbit/s, also Mega-Bit pro Sekunde - da muß der Treiber 
schon schneller sein.

Warum nicht zuerst mit einem 0-8-15 Laserpointer testen?
Viel Geld kannst Du danach immer noch ausgeben, aber zumindest hättest 
Du dann wenigstens erfahren, daß Dein Ansatz im Grunde funktioniert.

MfG

von Sven B. (scummos)


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Also ich hab die 50-Cent-Laserdioden von Ebay genommen, die reichen für 
die 10 MBit/s locker.

von Lukas (Gast)


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Sven B. schrieb:
> Also ich hab die 50-Cent-Laserdioden von Ebay genommen, die
> reichen für
> die 10 MBit/s locker.

Vien Dank Sven.
Ohne dein Projekt un deine Unterstützung köönt ich das Projekt wohl an 
den Nagel hängen. ;)

von Sven B. (scummos)


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Freut mich dass es zu was nütze ist, kannst ja mal berichten ob es dann 
funktioniert ;)

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