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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Datenübertragung per Infrarot/Laser


Autor: twice_rock (Gast)
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Hallo!

Für eine Facharbeit im Physik-LK habe ich in Erwägung gezogen, ein
Datenübertragungssystem per Infrarot (bzw. Laser) zu entwickeln. Die
Daten sollen nur unidirektional übertragen werden (Also es gibt einen
Sender und einen Empfänger). Als Microcontroller werden AVR's zum
Einsatz kommen. Jetzt möchte ich wissen, ob es möglich ist den UART des
µC zu nutzen. Muss ich das Signal dann noch mit dem MAX232 anpassen,
oder kann ich den Sender/Empfänger "direkt" anschliessen? Eventuell
will ich die Einheiten zweiteilig bauen, so dass ich zwischen Laser und
Infrarot umrüsten kann. Dies sollte doch eigentlich möglich sein, oder?
Muss ich bezüglich eines Lasers etwas besonderes beachten? Ist dieser
eventuell zu träge, um hohe Frequenzen (9600 Baud reicht) zu
übertragen? Ich hatte mir gedacht, als Laserquelle einen alten
Laserpointer zu verwenden um Kosten zu sparen. Über hilfreiche
Antworten würde ich mich sehr freuen.

Mit freundlichen Grüßen, Steve.

Autor: twice_rock (Gast)
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achja, nochwas: Muss ich das UART-Signal für die IR-Diode noch
modulieren, oder ist das nicht notwendig? Ich möchte es nämlich
möglichst simpel und kompakt aufbauen.

Autor: Hans (Gast)
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;) also damit du reichweite und geschwindigkeit bekommst wirst du wohl
oder übel mit einem träger arbeiten müssen..sprich arbeitspunkt an die
diode und dann sinus draufmodulieren... FSK ist immer schön...

im grunde kannst ein AFSK modem aus der funkwelt übernehmen...
die gibts noch zuhaufen für die alten 1200baud packet radio digis...
das teil schaltet eigentlich nur zwischen 2 frequenzen hin und her die
eigentlich rechtecke sind...

so nach dem system würd ich einfach zwischen 2 frequenzen hin und
herschalten und diese auch detectieren...einfach nachbaun was die da
verbrochen haben...dann die werte so umrechnen das was anständiges
rauskommt... z.b 19k2 (1200baud war bei packer nur drinnen weil die
kanäle zu nahe beinander sind)

das ganze hängst natürlich direkt an die RS232 weil braucht ja keiner
noch was zum steuern hinten dran und fertig ist ein 19k2 link für pcs
;) gibt da übrigens noch einige projekte im internet (hab da mal vor
jahren was gelesn)

eigentlich sollten mit anständigen analog switches und einer gescheiten
detectierung kein dabei prob sein da auf weitaus höhere raten zu
kommen... mir schweben gerade so 1mbit und noch höher vor...

allein schon weil eigentlich ein AM "sender" reichen müsste...

aber das prob an AM ist in dem fall, dass du eine nichtlineare
kennlinie hast...also besser fm...


73 de oe6jwf

Autor: Dingens (Gast)
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hehe, hab sowas mal als billig-verarsche-schulprojekt in der 10. klasse
gemacht. wenn man so rein garkeine lust zum nachdenken hat reichts
völlig 'nen max232 zu nehmen, an den ttl ausgang 'nen treiber, daran
direkt 'nen billig-laserpointer, an den eingang'ne fotodiode, und das
ganze ganz controllerlos an den pc gestöpselt. funzt auf anhieb mit
9600baud bis 20m oder so. um den durchsatz aufzubohren ist lediglich an
der stabilisatorschaltung des laserpointers bissl zu manipulieren. um
die reichweite zu erhöhen wiederum ist'ne grosse sammellinse vor der
fotodiode und'n vernünftiger verstärker sinnvoll.

Autor: Dingens (Gast)
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hans, man merkt da spricht der amateurfunker. :) bei optischer
übertragung muss man sich garnich so den kopp um irgendwelche träger
machen, zumal bei laser verbindungen, die ja dann auch naturgemäss noch
outdoor verlaufen. da ist eigentlich kaum mit grossartigen störungen zu
rechnen. eine blende und ein filter auf die laserwellenlänge sind da
wirkungsvoller als die dollste super-schaltung. bei laser verbindung
kenne ich eigentlich nur ein problem: wie zielt man? ich hab damals als
10.-klässler eine rein mechanische justage genommen, die wie alle rein
mechanischen justagen auf grosse entfernungen probleme mit vibrationen
durch trittschall und probleme mit wärmeausdehnung hatte.

twice, wenn du wirklich grossartig da was basteln willst, dann würd ich
den laser über einen ablenkbaren spiegel betreiben und die ablenkung
sprich das festnageln des strahls auf die gegenstelle würd ich einen uC
machen lassen. am besten macht sich da ein untergeordnetes
übertragungsprotokoll, dass zusätzlich zur datenübertragung noch die
abweichung des eingehenden strahls (links rechts, oben unten)
übermittelt, dass die gegenstelle nachjustieren kann

Autor: Hans (Gast)
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oder mit träger ...dann kannst aus der funktechnik die verstärker
nehmen..und mit dem signal/noise .. bzw der verstärkung..ich mein im
funk werden aus µV immerhin V ;)

da kommst 1. ewig weit und bringst ewig viel drüber...irgendwo hab ich
gesehen das sie eine alte 10Mbit ethernet karte ewas manipuliert haben
und dann 10Mbit IR ethernet gemacht haben G

73 de6jwf / hans

Autor: Dingens (Gast)
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an die manipulation von ethernet equipment hatte ich auch schon gedacht,
allerdings wäre da wohl pro karte nur eine richtung drin, soweit kein
input zur kollisionserkennung nach aussen geführt wurde.

letztlich denke ich aber, dass experimente in dieser richtung die von
ihm erwähnte physik facharbeit deutlich übersteigen. und
monodirektional 9600baud klingt auch nicht gerade nach grössenwahn.
unter diesen rahmenbedingungen würde ich mich wirklich an die
laserpointer-methode halten.

Autor: Henning (Gast)
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das problem dabei könnte aber sein, das der lehrer bammel vor laser hat
und das nicht will.
nicht doch lieber IR und vieleicht dafür RC9? und als sender eine
Fernbedienung deiner wahl?

Autor: Dingens (Gast)
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nanu? woher kennstn du twice's lehrer? und was zur hölle kann man für
bammel vor 1mW lasern haben?

Autor: Henning (Gast)
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ok: "...das der lehrer" eventuell "bammel vor..."

als ich noch in die schule ging und die kleinen kinnas angefangen haben
mit den laserpointern quer durch den schulhof zu lasern haben die sich
(die lehrer), wie eltern das eigentlich auch von denen erwarten,
angestellt wie nix gutes.

ist ja nur ein einwurf... so zum bedenken und so g

Autor: twice_rock (Gast)
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hi, also erstmal vielen dank für die hilfreichen antworten!

um mal eins klarzustellen: das ganze soll nicht besonders aufwändig
werden und es sollen nur einige meter überbrückt werden. mit
ausrichtung und sowas werd ich also keine probleme bekommen. die
eingabe der daten erfolgt am sender über eine pc-tastatur und die
ausgabe erfolgt am empfänger über ein kleines lcd-display. also wie ihr
seht ist das nichts grossartiges. mich interessiert nun noch, ob ich
das signal des uart jetzt noch irgendwie modulieren oder verändern
muss, um es per laser oder infrarot senden zu können. ist der max232
jetzt notwendig oder nicht?

kann man zum empfangen der laserstrahlen einen ganz normalen
fototransistor nehmen, oder brauch ich was spezielles?

Autor: Henning (Gast)
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fototransistor reicht

und zum senden/empfangen reicht das Rs232 signal. höchstens wirst du es
invertieren müssen...

wie immer: alle angaben ohne gewähr! :)

Autor: Dingens (Gast)
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das ganze ist bereits mannigfaltig erprobt. google stichwort:
"laserlink".

Autor: twice_rock (Gast)
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ok, nochmals vielen dank an alle! ihr habt mir sehr weitergeholfen!!!

mfg, twice_rock

Autor: twice_rock (Gast)
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achja, dann hätte ich doch ne frage. wie muss ich den fototransistor
anschliessen, damit ich entweder eine 1 oder 0 anliegen hab. wie kann
ich die empflichkeit am besten einstellen? über ne skizze wäre ich sehr
dankbar!

Autor: Dingens (Gast)
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am einfachsten den fototransistor als spannungsteiler mit einem poti.
widerstandswert und diese oder andere grundschaltungen stehen im
datenblatt des fototransistors oder in den application notes des
herstellers.

Autor: twice_rock (Gast)
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weiss zufällig jemand, wie die high- und low-zustände beim uart (txd)
aussehen? also brauche ich da einen npn- oder einen pnp-transistor um
die ir-diode (bzw. den laser) anzusteuern?

danke, schonmal im vorraus, twice_rock.

Autor: Henning (Gast)
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die signale, die aus dem mcu kommen sind normale logik pegel also 0 und
5V

Autor: twice_rock (Gast)
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ja, ich frag nur, weil bei den avr`s an den normalen portpins die
zustände ja etwas anders sind. bei 0 ist garkeine verbindung da und bei
1 wird der pin auf masse gelegt. also ist das beim uart nicht so(0V und
5V statt "Garnix" und 0V)?

oder hab ich was grundlegend falsch verstanden ??? :-)

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!

Hää? Irgendwas machst du falsch! Also bei mir kommen da knapp 5V bei
einem 1-Signal und fast 0V bei einem 0-Signal.

Aber wenn ich das so lese vermute ich mal das du nur das
Datenrichtungsregister (DDRX) setzt. Bei 0 ist Pin = Eingang
und bei 1 = Ausgang. Wenn PortX dann noch 0 ist entspricht das genau
deiner Beschreibung.

MFG Uwe

Autor: zoro (Gast)
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Ich habe bereit die gleiche Apllikation gemacht aber mit ein Motorola
HC08 wenn du willst kann ich dir die komplette Documentaion geben
(Schlatung und Source)

Autor: twice_rock (Gast)
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@uwe:

also falsch initialisiert habe ich nix (ich programmiere in bascom). im
buch von ch. kühnel werden zum beispiel leds so angeschlossen, wie es
meine "theorie" besagt(siehe anhang).

@zoro:

ja, ich würde mich sehr freuen, wenn du die schaltskizze hier mal
hochladen würdest!

mfg, twice_rock.

Autor: twice_rock (Gast)
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hi!

würde das hier so funktionieren? (siehe anhang)

p.s.: ich weiss, dass ich einen widerstand zwischen transistor und µC
vergessen hab :-)

Autor: Henning (Gast)
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r1 weck lassen, den emitter auf Grnd, am collector einen widerstand nach
5V oder was auch immer und zwischen widerstand und collektor den avr
pin mit schutzwiderstand davor

währe meine version
man kann dann r2 und die vdd auch tauschen (besser!?)

Autor: twice_rock (Gast)
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ok, also wenn ich dich richtig verstanden habe, meinst du das ungefähr
so (s. anhang), oder?

aber wie muss ich dann die widerstände auswählen/-rechnen? und mit
welchem widerstand könnte ich die empfindlichkeit regulieren?

mfg, twice_rock

Autor: Henning (Gast)
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ja, genau so. hab ich´s gemeint.

R1 und d1 bilden einen spannungsteiler. sie steuern die basis der
transe an. da du ja laser verwenden willst (?) ist entweder extrem viel
licht oder extrem wenig licht da. dh. entweder ist d1 weit
durchgesteuert oder extrem wenig (fast garnicht). r1 kann also auf ~1mA
berrechnet werden. mit r1 kann auch die empfindlichkeit später geregelt
werden.
R2 ist also der kollektorwiderstand, setze rund 10k ein (man könnte das
jetz ja auch rechnen ;) ) er ist allerdings nur dazuda den strom durch
den Transistor zu begrenzen. und bei gesperrten transistor einen Hi
pegel anzulegen.
R3 ist ja nur zum schutz, setze 10k ein, man könnte ihn auch weck
lassen. ob man den wirklich brauch sei mal da hin gestellt.

trifft nun kein licht auf D1 leitet Q1 und PD5 hat Lo Pegel.
mit licht Hi Pegel, wenn´s mit dem Spannungsteiler am anfang richtig
passt. die einzige stelle, wo man noch was ändern könnte, denke ich.

achja: man könnte auch R2 wecklassen, R3 brücken und den internen
Pull-Up einschalten. vieleicht eleganter. und noch ein argument mehr
bei der ersten schaltung R3 weck zu lassen.

hoffe das hilft :)

Autor: Dingens (Gast)
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nanu? warum in durchlassrichtung?

Autor: twice_rock (Gast)
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@henning:

danke! du hast mir wirklich sehr weitergeholfen. nur was meinst du mit
"r3 brücken"? und kann man beim uart überhaupt einen pull-up
einschalten und wenn ja, wie (in bascom)?

und was ist, wenn ich eine ir-fotodiode verwende? gilt für diese das
selbe?

Autor: Henning (Gast)
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@dingens:
durchlassrichtung? was meinst du, die fotodiode?

@2rock
r3 (über-)brücken = r3 kurzschließen

ob man bei uart den pullup einschalten kann weiss ich nich, denke aber
mal von nich. hatte ganz vergessen, das du die (uart) nehmen willst.
die ist allerdings an Pin 2 und 3 des avr zu finden.

eine ir-fotodiode zum empfang ist doch die d1?!

hmm, jetz hab ich mittlerweile aber recht viel verraten. :) eigentlich
sollst du das ja alles in deiner Facharbeit herausfinden...

Autor: Dingens (Gast)
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ja, die fotodiode. wär die nicht in sperrichtung besser dran? wär
zumindest der standardweg die zu beschalten.

zumal mit bissl ordentlicher sperrspannung und entsprechend kleiner
sperrschichtkapazität doch auch die obere grenzfrequenz 'n ganzes
stück höher liegen dürfte. und das ist ja nun zur direkten
unmodulierten digitalen datenübertragung ausgesprochen nützlich.

Autor: Henning (Gast)
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hey, du hast recht. hab die ganze zeit drüberweck geguckt.
hab grad im tabellenbuch geguckt, das steht´s auch in sperrichtung.

dein 2ter absatz ist zwar etwas umständlich ausgedrückt, wie ich finde,
aber funktioniert die fotodiode überhaupt in durchlassrichtung? nur wie
eine normale si-diode, oder?

Autor: Dingens (Gast)
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kenn keine schaltung wo betrieb in durchlassrichtung sinn macht. aber
"funktionieren" tut sie freilich da auch.

Autor: twice_rock (Gast)
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wegen der ir-fotodiode hab ich nur nachgefragt, weil du ja die ganze
zeit davon ausgehst, dass ich mit laser arbeite (also ne normale
fotodiode verwende). aber ich geh mal davon aus, dass das aufs selbe
hinausläuft.

zum empfangen der daten verwende ich einen software-uart, deshalb kann
ich jeden beliebigen portpin nehmen.

Autor: Henning (Gast)
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@dingens
in durchlassrichtung verändert sie aber den Spannungsabfall oder
Stromdurchlass nicht, meine ich. richtig?

@2rock
ob nun ein laser oder eine ir-sende-Diode das ding anstrahl ist imho
egal. könntest auch deine schreibtischlampe benutzen. das entscheidene
ist nur das die allgemeine beleuchtung kein 1 signal erzeugt. im
grenzfall könnte es also sein, das die schaltung im zimmer gut
funktioniert, wenn du sie aber nach draussen stellst nich mehr, weil´s
dort heller ist.

software uart? der sender auch? dann könntest du ja auch dein eigenes
protokoll schreiben. ausser du hast die schon fertig liegen...

erzähl mal, wenn du´s aufgebaut hast, ob´s klappt

Autor: twice_rock (Gast)
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kann ich die fotodiode für den laser denn irgendwie abschirmen? zum
beispiel mit ner roten (roter laser) filterfolie, oder so? die
fotodiode fürs ir hat bereits einen tageslichtfilter integriert.

sender und empfänger laufen mit software uart (den eigentlichen uart
verwende ich für die pc-anbindung). der software-uart ist in bascom
integriert (Open "comx.x,9600,8,N,1,inverted" For XXXput as #1).
siehe auch hilfedatei von bascom.

werde mir heute mal ein paar dioden zulegen und schon ein bißchen
rumexperimentieren. wenn ich das ganze fertig hab werd ich mich dann
mal melden (wahrscheinlich auch schon vorher ;)

mfg, twice_rock

Autor: crazy horse (Gast)
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hab jetzt nicht alles gelesen - falls schon gesagt: sorry.
Üblicherweise wird das Signal mit einem Träger moduliert, meist
35-40kHz. Als Empfänger nimmt man dann einen TSOPxxx, und erspart sich
damit jede Menge Ärger. Der ist unempindlich gegen Gleichlicht und
50/60Hz-Störungen, automatische Empfangsregelung hat er auch. Damit
gehts wirklich sehr einfach und ziemlich störsicher. Und ein schönes
TTL-Signal kommt auch raus.

Autor: Dingens (Gast)
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@henning:
im sperrfall fliesst fotostrom+leckstrom,
im durchlass fliesst fotostrom+durchlassstrom.

ist also lediglich extrem ungünstig, dass fotostrom < durchlassstrom
und damit der spannungshub kleiner ausfällt als im sperrfall. ausserdem
ist eben die parallelkapazität der diode unvergleichlich gross
gegenüber dem sperrfall. aber ich kann mich dunkel erinnern, dass die
durchlass-schaltung auch irgendwelche vorteile hatte. 'n besonders
grosser fotostrom? 'ne besonders gute linearität? weiss nicht mehr,
irgendwas wars.

@twice:
stell dir mal vor, wie verflucht schwer infrarotlaser auszurichten
sind.
besser ist die fotodiode in ein 5mm röhrchen zu stecken von 5-10cm
länge. am besten innen schwarz gerusst mit kerze oder ähnlichem. damit
blendest du nebenlichtquellen ab und hast eine gute blende mit einem
engen "empfangskegel" der zum laser zeigt. nun stören nur noch
lichtquellen direkt hinter dem laser. (ist also blöd wenn im outdoor
betrieb bei dachaufbau direkt hinter dem laser die sonne vorbeizieht.
das muss man halt baulich beachten.)

Autor: twice_rock (Gast)
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@dingens:

nenene, du hast da was falsch verstanden! ich will ja keinen infrarot
laser verwenden (könnte man übrigens mit ner videokamera sichtbar
machen). ich will entweder einen normalen roten laser verwenden
(laserpointer) oder eine infrarot-led.

der tipp mit dem röhrchen ist gut. so werd ichs machen! danke. im
outdoor muss das auch garnicht funktionieren. das wird ja mehr oder
weniger unter "laborbedingungen" ablaufen. also in innenräumen.

@crazyhorse:

haben wir auch schon drüber geredet. hielt ich aber nicht für
notwendig. doch zum experimentieren wärs auch mal interessant. wie kann
ich das zu sendende signal denn modulieren? muss ich das softwareseitig
bewerkstelligen oder gibts da ic's oder spezielle ir-led's für?

Autor: Henning (Gast)
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man könnte statt der fotodiode auch einen fototransistor verwenden der
ist allerdings um einiges empfindlicher, und somit nicht umbedingt
besser, denn der laser ist ja verdammt stark (im gegensatz zum ir-Led)

was wird es denn jetz überhaupt? Laser oder IR LED?

ein Laser hat immer eine ganz bestimmt wellenlänge. sperre dich da
nicht mit irgendwelchen filtern aus!
Läser hätte noch den vorteil, das er ja (fast) nur geradeaus läuft und
somit relativ "abhörsicher" ist.

das mit dem röhrchen hab ich bei meinen versuchen damals auch gemacht,
klappt gut.

zum modulieren eines signales wird eine trägerfrequenz aufgelegt.
dh. verwendet man zB den TSOP1738 ist die trägerfrequenz 38kHz. alles
was mit 38kHz getacktet ist kommt also durch, womit natürliches list
schonmal weitestgehend heraus fällt.
das Sende-Diode muss also entweder aus sein (ausgang am TSOP = 0) oder
mit 38kHz getacktet laufen. solange das getacktet läuft is am TSOP
ausgang eine 1.

ich hab die teile hier liegen, aber bin noch am anderen projekt am
programmieren. daher noch nicht angefangen. ach es gibt so viel, was
man tuen kann :)

mit dem TSOP kannst du auch die meisten IR-Fernbedienungen empfangen.
die daten sind meistens mittels RC9 codiert. die trägerfrequenz kann
allerdings unterschiedlich sein. daher gibt´s unterschiedliche TSOP´s
guck mal bei reichelt (S.99) oder conrad oder auch google für das
datenblatt

Autor: ulrich strobel (Gast)
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probier doch einfach einmal die maximale frequenz aus, mit nem ne555
einen timer bauen und damit sende led takten, und den empfänger dann an
das oszie anschliesen, hast du kein oszie zur hand, kannst du das ganze
über:

(ne555 ausgang)(und) Fotodiode ----- LEDtest leuchtet nicht.

also einfach mit nem normalen undglied. Fotodiode dann aber an +5V und
dann spannungsabgriff und dann gröseren pulldown.

Autor: Henning (Gast)
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sorry, ich meine rc5 nicht rc9 (gibt´s nicht), damit du auch was
findest, falls du danach suchst.

Autor: twice_rock (Gast)
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also, das wird mir jetzt ein bißchen zu kompliziert hier. lassen wir das
erst mal mit der modulation. vielleicht komme ich später mal drauf
zurück.

@henning:
also es soll sowohl mit laser, als auch mit ir funktionieren. ich hab
mir gedacht, dass ich so austauschbare module für laser und ir baue,
womit ich empfänger und sender dann umrüsten kann.

Autor: Dingens (Gast)
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@twice:
laser und infrarot sind vom wesen her sehr verschieden. beim laser kann
man von einem völlig ungestörten übertragungsweg ausgehen (wenn man
jene blende benutzt), dagegen bedingt die nicht-ausrichtbarkeit einer
traditionellen ir-übertragung dass man mit allerhand störquellen zu
kämpfen hat und daher in diesem fall eine modulation wirklich notwendig
wird. wenns also nicht den rahmen deines schulprojekts sprengen soll
bleib lieber beim roten laserpointer. da kann man nicht viel falsch
machen und kommt doch recht schnell zu guten ergebnissen.

Autor: twice_rock (Gast)
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ok, dann werd ichs erstmal nur mit laser bauen, aber trotzdem als
"modulsystem". dann kann ich mich später noch um ein moduliertes ir
kümmern, wenn ich noch zeit hab.

Autor: Henning (Gast)
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eine möglichkeit währe noch ideale bedingungen herzustellen. du baust
ein rohr, das innen dunkel ist auf den beiden enden positionierst du
sender und empfänger und hast dadrin also keine störungen.

Autor: twice_rock (Gast)
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da hab ich auch grade drüber nachgedacht. hatte auch überlegt, beide
komponenten auf einer platine zu platzieren. aber wenn schon denn
schon. keine halben sachen. :)

Autor: Henning (Gast)
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naja auf einer platine ist das ausrichten der beiden einfacher (sender &
empf)

ist ja eigentlich nur ein demonstrationsaufbau, allerdings kannst du
dann keine lange übertragungsstrecke testen

Autor: Dieter (Gast)
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Schau doch bei www.wilke.de rein.

Unter Applikationen  Applikationsberichte   App 24 findest du ein
Beispiel zur Datenübertragung mit Laserpointern.

MFG
Dieter

Autor: twice_rock (Gast)
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hallo.

also ich würd jetzt doch gern nochmal wissen, wie genau die ports beim
avr funktionieren. kann man die art der high und low zustände irgendwie
ändern? im anhang sind zwei schaltungen, die ich im netz gefunden habe.
die angeschlossen led's sind einmal in avr-richtung und einmal
entgegengesetzt plaziert. falls jemand eine erklärung dafür hat, wie
man die zustandsarten beeinflussen kann, wäre ich sehr dankbar
(erklärung bitte in bascom :)

Autor: Dingens (Gast)
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weiss zwar jetz nich so direkt was mir diese bilder sagen sollen, aber
ich würde dir definitiv vorschlagen mal das datenblatt deines avr zu
konsultieren. da ist alles sehr genau erläutert. sogar mit skizzen und
symbolschaltplänen und allem schnulli.

und den rest hat dir dieter ja auch schon aufm silbertablett serviert.
also ehrlich jetz. NOCH einfacher kanns dir keiner machen.

Autor: twice_rock (Gast)
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ohja, die idee mit dem datenblatt war gut :) habs jetzt kapiert. bin
noch anfänger.

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