两台计算机在激光笔上的通信系统。方案、说明

使用激光笔连接两台计算机的系统。无线电电子电气工程百科全书

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收发器的数字部分。经过大量的实验，我得出一个结论，一个简单可靠的 RS232 接收器很难制造。对于 RS232，您需要制作类似于黑色（或白色？）电平的绑定电路“ - 就像在电视中一样。我无法使用简单的方法做到这一点。因此，决定切换到脉冲代码表示RS232通过脉冲发送信号和传输信息。这样的系统早就开发出来了，叫做IRDA。但是根据问题的情况，应该通过com端口进行通信。在互联网的某个地方我看到了微电路（资产阶级，当然) 直接连接到 comport，在输出端它们有一个脉冲序列，甚至只是光信号。接收器内置在同一个芯片中。

我不喜欢这个东西有两个原因：相对较高的成本和对固定 COM 端口速度的硬绑定。那些。如果您（或某些智能程序）决定将端口重新配置为不同的速度，则需要更改微电路输入端的时钟频率。出于所有这些原因，我决定制作类似于 IRDA 的东西，但更简单且独立于端口的速度。

这就是发生的事情。 FIRDA 标准。 RS232 信号中的每个边沿均使用短单极脉冲进行编码，并通过光通道进行传输。在接收器处，这些脉冲被馈送到在计数模式下运行的触发器的输入。在触发器的输出处，我们得到（理想情况下）RS232 信号。基本上就是这样。这一算法非常简单，但只有一个明显的缺点，即当至少跳过一个脉冲时，RS232 信号的反转开始出现在触发输出处。当然，我们可以说，如果RS232中的起始沿（或IRDA突发中的第一个脉冲）丢失，同步也会失败，而在信息流密集的情况下，这种情况可能不会很快消除。

然而，在提议的系统中，任何（不仅仅是第一个）冲动的损失都会导致麻烦。粗略地说，FIRDA 的抗噪能力比 IRDA 或 RS8 差 10-232 倍。原则上，如果 FIRDA 随着时间的推移进入正常的操作模式，就不会那么可怕（我们认为错误很少出现），就像其杰出的原型一样。但是，如果不提供特殊措施，FIRDA 将继续驱动反向流动，直到发生另一个故障；））在我看来，长期反向操作是 FIRDA 的主要缺点，我补充了一个小添加剂，后来它的效率让我感到惊讶，几乎解决了所有问题。

添加非常简单：如果一段时间（例如，0.1 秒）在触发器的输出处有 1 "，那么您应该将其强制转换为零状态（我们假设在传输期间 RS232 暂停输出为零）。现在，为了完全幸福，您需要每 10 秒拉一次发送器 com 端口的就绪状态，中断传输 0.1 秒，以便接收器的触发器重置。显然，在此示例中，传输丢失速度是百分之一。

现在，仅此而已。正如实践表明的那样，没有必要拉动发射机的 COM 端口的就绪状态。大量实验表明，在实际工作中，有许多不同持续时间的自然停顿。（测试了几个网络玩具，两个 Win98 之间的网络，具有不同协议的终端。只有通过 Z-modem 工作的终端才具有真正密集的流）。在我的链接版本中，强制触发的时间设置为大约 5 毫秒。这种停顿很常见。诚然，这限制了从下方使用的传输速率（在我的情况下，至少为 2400）。但我在 2400..115200 的整个速度范围内使用任何软件都没有问题。

激光笔上两台计算机的通信系统

电路图说明

来自com端口输出的Tx信号通过限流电阻R1被馈送到组装在元件DD1.1、DD1.2上的边沿选择电路。在 DD4 元件的引脚 1.2 处，存在持续时间约为 1 微秒的脉冲。这些脉冲的时间参数不够稳定，因此，该电路包括一个组装在 T2 触发器上的持续时间归一化的脉冲发生器。它产生持续时间约为 3-4 微秒的脉冲。如有必要，持续时间可通过电阻器 R3 进行调整。

对于那些关心链路的稳定性/可靠性/范围以及可以接受的最大速度 57600 的人，我建议您将 C2 的值加倍，从而将归一化脉冲的持续时间增加到 8 毫秒。您可以使用特殊开关来获得最大速度 115200-57600。连接附加电容 C2。（到开关的导线长度应该是最小的。）接收器的数字部分的电路包含一个触发器 T1，它带有元件 R4、R5、C3、V2，它们在触发器的输出端设置一个的最大持续时间。

使用图表上指示的额定值，大约是 5 毫秒。如果一个人只打算在高速下工作，那么通过减少 C3 来减少这个时间是有意义的。输出放大器组装在元件 DD1.3、DD1.4 上，信号从其馈送到 com 端口的 Rx 输入。这是以防万一。当我直接从 T20 触发器的引脚 1 获取未放大的信号（通过 1K 电阻器）时，在 1 米长的缠绕线圈上一切正常。现在谈谈设置模式。幸运的是，收发器的数字部分是一个完全独立且自给自足的电路，无需任何激光器和模拟部分即可进行全面调谐和调试。

设置步骤

创建一个包含一个字符的 300 KB 文件（我喜欢 Y）。创建一个批处理文件，将此文件发送到 com 端口，然后调用自身 ;-) 运行它。检查发射器中脉冲的持续时间和形状（最好以最大速度进行，因为脉冲很短）。关闭批处理文件。将发射器的输出连接到接收器的输入，将接收器的输出连接到同一个 com 端口的 Rx 输入。输入任何终端程序（我使用DN终端）尝试按键。您应该会在屏幕上看到被按下的字符。如果没有发生这种情况，尝试简单地短接 Rx 和 Tx 并通过设置终端程序来达到描述的效果，然后再次尝试通过收发器执行相同的操作。

最后，最后一个 最重要的测试. 这将需要两台计算机。按照经典方案用三根线连接它们的 com 端口。运行任何使用此链接的软件。确保一切正常。现在尝试将数字收发器插入一根信号线的间隙中。尝试通过这块硬件使用相同的软件，并确保 FIRDA 完全适合您；-)))，使用您可用的方法模拟传输中的干扰。之后，您可以继续构建链路的模拟部分。

激光笔上两台计算机的通信系统

发射机

我认为不需要任何特别的解释。激光二极管是第一个晶体管的集电极负载。其发射极电路中的电阻器限制通过该晶体管的电流，并为第二个晶体管的操作创造条件，该晶体管实际上（与 R1 一起）是一个受控输入分压器。第二个晶体管由内置在激光器中的二极管的光电流控制，以组织电路以限制其参数的温度漂移。随着光通量的增加，第二个晶体管的基极电流增加，并将输入信号分流到对激光器安全的水平。微调电阻 R3 设计用于调整激光辐射的允许水平。

选择电路的额定值，以便在室温下其电阻可以降至零，这不会对激光二极管造成致命的后果（至少我没有出现问题）。设置发射机归结为测量电阻器 R2 上的信号幅度（数字部分已连接并工作），并将微调电阻器设置为与 30-35 mA 脉冲电流（室温下）相对应的脉冲幅度。（我们谈论的是 5 毫瓦指针）。

为了可靠性，您可以通过使用新充电的电池（拆卸前）测量流经指针的电流来细化特定指针的这些数字。该值可进一步视为通过指针的额定脉冲电流。如果电路中使用了R4（我没有），且有部分电流始终流过该电阻，则流过R2的设定电流必须适当减少，使总脉冲电流在超过限制。当温度变化时，辐射参数当然会浮动，但由于通过光电二极管和第二个晶体管的光通量的负反馈，值的分布会显着减小。电阻器 R4 可以设置在没有信号的情况下通过激光器的电流的初始水平。据信这提高了激光二极管的寿命。 C1 具有相同的目的，可消除激光器打开/关闭时的瞬变。

К 营养没有特殊要求，可以从电脑上取+5V即可。总之，关于拆卸指针及其引脚排列的几句话。我只能告诉你我的一对指针。我不知道这有多典型。首先，我沿着指针电源按钮所在位置的指针周边用锉刀锉掉主体。带电池的部分断裂。附有按钮的小印刷电路板变得可见。围巾直接焊接到激光二极管的端子上。我用一根针测量了激光本身压入的套筒的深度。我做了第二个切口，试图达到套筒的水平，结果我收到了一个指针的残端，其光学部分完全保存下来，在另一侧（切掉），有三个引线一块手帕，我把它拆焊了。因此，指针的切断部分留下了三根引线。它们排列成三角形。其中之一连接到激光二极管外壳。这是激光二极管和光电二极管的公共端子。我们假设该引脚对应于三角形的顶角。那么光电二极管的输出将位于右下角，激光二极管的输出将位于左下角。

在拆卸之前，在没有光学系统的情况下研究激光束的发散是很有用的。在评估接收器的灵敏度和链接范围时，您将需要它。为此，您需要小心地从指针前面拧下光学系统并测量光斑直径，该光斑直径是在距离指针 5-25 厘米范围内获得的。现在您可以着手构建最链路的重要部分 - 接收器的模拟部分。

激光笔上两台计算机的通信系统

接收者

模拟部分。我想说，这个模块在构建和调试过程中需要最高的精度和电路文化。最好不要从计算机供电，而是从单独的稳定电源供电。导体的长度必须保持最小。电源滤波电容C1、C2、C4、C5 d.b. 尽可能靠近运算放大器的输出。特别重要的是输入电路 C3、VD1、R4 的元件与 OS 的接近程度。整个结构的紧凑布置和屏蔽是理想的。有了正确的电路，调谐就不会有任何问题。我的桌面上没有满足上面列出的任何要求，但一切正常。因此，希望如果您做对了所有事情，那么它也会对您有用;-))) 关于该计划本身的几句话。她极其单纯。

观察光电二极管的极性！

电阻器 R4 影响来自二极管的信号幅度及其形状/频率特性。电阻值越小，来自光电二极管的信号越小，形状越好。将电阻增加到 4.7 K 时，我得到了相当不错的结果。但是，我不建议急于增加它。通常，您首先应该实现的是接收器以中等速度运行，例如 57600。最好按以下顺序执行此操作。

因此，在安装第十次检查后，我们将微调器 R1 的电阻归零并打开电源。我们将组装好的发射器（数字和模拟部分）连接到 com 端口，启动批处理文件（将端口速度设置为 57600 后），这可以让我们观察到一个字节传输的连续画面（在三部曲的第一部分），将光学系统移除的激光器放置在距离光电二极管两三厘米的地方，我们将标识连接到接收器的输出并开始缓慢增加电阻 R1。一段时间后，晶体管 T1 将开始轻微打开，并且在接收器的输出端会出现一束脉冲。

电阻 R1 的最佳值在实验过程中通过接收器输出端脉冲的形状和幅度直观地确定。当发射器关闭时，接收器输出的噪声幅度不应超过 1-2 伏。晶体管 T1 应仅略微打开。其集电极负载上的典型电压值为 1-2 伏。在第一阶段取得成功后，您可以继续 - 逐渐将接收器和发射器推开，找到它们的最佳相互位置，并通过调整 R1，获得幅度几乎等于 + 12V 电源幅度的脉冲梳. 它们的形状可能不是很矩形，但幅度应该很好。

在发射器和接收器尽可能分离的情况下，有必要确定散焦激光光斑的直径。通过该直径，您可以了解链接的最大工作范围。对我来说，这个直径约为 20 厘米，大致相当于 33 dB 的动态范围。在我看来，如果您使用红色塑料透镜形式的 FD100 型 LED，在不使用输入透镜的情况下，这应该足以在 200 米的距离内进行可靠的通信，或者在 320 米的距离上进行可靠的通信。长方形底座上约一厘米。并且在存在输入光学器件的情况下......但是，在长距离上已经存在其他问题......

让我们回到设置接收器。现在尝试不同 com 端口速度的设置很有用。最后，您可以连接接收器的数字部分并重复本三部曲第一部分中描述的实验。我没有特别提及接收器的设计。是的，在输入 LED 上安装某种遮光罩可能很有用。事实上，接收器对各种耀斑都有很强的抵抗能力。 60 瓦灯泡在距离 70 厘米、角度为 30 度的情况下的通常照明不会以任何方式影响电路的运行。电容C3很好地“切断”了所有低频干扰。

作者：skov@gaap.spb.ru；出版：cxem.net

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