LiFi Internet Transmitter Circuit - Μεταφορά σήματος USB μέσω LED

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε πώς να μεταδίδουμε δεδομένα Διαδικτύου μέσω LiFi χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή κατηγορίας D ως πομπό και ένα συνηθισμένο κύκλωμα ενισχυτή ήχου ως δέκτη.

Πώς λειτουργεί το Concept Li-Fi

Εάν αναρωτιέστε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ιδέα LiFi για τη μετάδοση δεδομένων USB, αυτό το άρθρο θα παρέχει όλες τις λεπτομέρειες που χρειάζεστε.

Γνωρίζουμε ότι η ιδέα του Li-Fi χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ψηφιακών δεδομένων σε μια δεδομένη υπόθεση πιο αποτελεσματικά από οποιαδήποτε άλλα μέσα που έχουν επινοηθεί μέχρι στιγμής, ειδικά επειδή η ιδέα του Li-Fi επιτρέπει στον χρήστη να μεταδίδει τα δεδομένα και να φωτίζει επιπλέον την περιοχή όπου είναι έχει εγκατασταθεί, οπότε είναι σαν να λαμβάνετε δύο κρίσιμα οφέλη από μία μόνο μονάδα.

Θυμάσαι την παλιά μας συσκευή προβολής ταινιών; Είναι πιθανώς η παλαιότερη γνωστή μέθοδος χρήσης φωτός για τη μετάδοση δεδομένων (εικόνα).

Παρόλο που είχαμε πάντα άλλους σπουδαίους τρόπους μετάδοσης ασύρματων δεδομένων, όπως τεχνολογία Wi-Fi, κυκλώματα RF, κ.λπ., η χρήση φωτός για το σκοπό αυτό δεν φανταζόταν ποτέ απλώς και μόνο επειδή τα φώτα θεωρούνταν πάντοτε ως μονάδες χαμηλής τεχνολογίας και, ως εκ τούτου, υποτιμήθηκαν, έως ότου την ημέρα που ο κ. Harald Hass ανακάλυψε αυτό το κρυμμένο δυναμικό των φώτων (LED) και έδειξε στον κόσμο πώς τα LED θα μπορούσαν πραγματικά να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση δεδομένων με πολύ αποτελεσματικό τρόπο από οποιαδήποτε άλλη σύγχρονη τεχνική.

Σε ένα από τα προηγούμενα άρθρα μας μάθαμε μέσω ενός κύκλου παραδείγματος σχετικά με πώς να μεταδώσετε αποτελεσματικά το ηχητικό σήμα μέσω ενός Li-Fi , σε αυτό το άρθρο θα προχωρήσουμε λίγο περισσότερο και θα μάθουμε πώς να μεταδίδουμε ένα σήμα USB μέσω του Li-Fi.

Δεδομένου ότι οι LED είναι συσκευές ημιαγωγών, αυτές καθίστανται απόλυτα συμβατές για τον χειρισμό ψηφιακών δεδομένων χωρίς καμία μορφή παραμόρφωσης. Ένα LED θα αναπαράγει και θα μεταδίδει το περιεχόμενο εισαγωγής ακριβώς όπως ήταν στην αρχική πηγή, και αυτή η ιδιότητα καθιστά τα LED εξαιρετικά εύκολο να διαμορφωθούν για τον επιδιωκόμενο σκοπό.

Μέχρι στιγμής καταλάβαμε ότι το Li-Fi είναι μια μέθοδος στην οποία το LED χρησιμοποιείται για τη μετάδοση περιεχομένου υψηλής συχνότητας σε κλειστό χώρο, το οποίο μετατρέπει αποτελεσματικά το LED σε ασύρματο πομπό καθώς και συσκευή παραγωγής φωτός. Για παράδειγμα Το Li-Fi concept μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση και τη λήψη δεδομένων μουσικής χρησιμοποιώντας ένα LED ως πηγή φωτός και επίσης έναν ασύρματο πομπό μουσικής.

Ωστόσο, η μεγαλύτερη πρόκληση είναι να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα Li-Fi για τη μετάδοση δεδομένων στο Διαδίκτυο χρησιμοποιώντας συνηθισμένα μέρη και χωρίς να περιλαμβάνονται πολύπλοκα και δύσκολα ληφθέντα στοιχεία ή MCU.

Ο σύνδεσμος USB αποτελείται βασικά από τις ακόλουθες λεπτομέρειες καλωδίωσης:

1) + 5V
2) Γείωση
3) + Δ
4) -Δ

Το + 5V και η γείωση είναι οι ακροδέκτες τροφοδοσίας που συνήθως χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία της συνδεδεμένης εξωτερικής συσκευής.

Τα + D και -D είναι τα τερματικά επικοινωνίας δεδομένων που παράγουν το σύνθετο διαφορικό σήμα το ένα με το άλλο με τρόπο push-pull, που σημαίνει ότι το + D αναφέρεται στο -D, ενώ το σήμα -D αναφέρεται στα τερματικά + D . Αυτό καθιστά τη μετάδοση Διαδικτύου μέσω LED τόσο συγκεχυμένη και περίπλοκη.

Αυτό με ανάγκασε να σκεφτώ έναν εναλλακτικό και πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό, που θα μπορούσε πραγματικά να μεταδώσει δεδομένα USB μέσω Διαδικτύου μέσω κυκλώματος Li-Fi LED, χωρίς να παραμορφωθεί το πραγματικό σήμα και χρησιμοποιώντας συνηθισμένα εξαρτήματα.

Μετά από λίγη σκέψη, ήρθα με τα ακόλουθα κυκλώματα που ελπίζω ότι θα επέτρεπαν τη μετάδοση Διαδικτύου μέσω του φωτός LED.

Για τον πομπό αποφάσισα να χρησιμοποιήσω ένα απλό διαφορική μονάδα κυκλώματος ενισχυτή χρησιμοποιώντας IC BD5460 , η ακόλουθη εικόνα δείχνει τη βασική διάταξη αυτού του κυκλώματος ενισχυτή.

Τροποποίησα το σχέδιο στο απαιτούμενο κύκλωμα πομπού Li-Fi για να το κάνω συμβατό με σήματα διαδικτύου, όπως φαίνεται παρακάτω:

Μπορούμε να δούμε πώς χρησιμοποιούνται οι τερματικοί σταθμοί εισόδου μουσικής για τη λήψη δεδομένων στο Διαδίκτυο, ενώ η έξοδος συνδέεται με LED μέσω ανορθωτή γέφυρας.

Η χρήση ενός ανορθωτή γέφυρας φαίνεται να είναι μια έξυπνη ιδέα, διαφορετικά θα ήταν απλώς αδύνατο να μεταδοθούν τα σήματα ώθησης-έλξης μέσω ενός LED, καθώς ένα LED απλώς θα απέτυχε να κάνει διάκριση μεταξύ αυτών των δύο σημάτων.

Χρησιμοποιώντας τη γέφυρα έχουμε ενεργοποιήσει αποτελεσματικά το LED να αναγνωρίζει και τα δύο μισά του σήματος USB και να το στέλνει στον δέκτη χωρίς να προκαλεί παραμορφώσεις στο αρχικό περιεχόμενο.

Το κύκλωμα Li-Fi δέκτη

Τώρα η επόμενη πρόκληση για μένα ήταν να διασφαλίσω ότι τα διορθωμένα παλμικά δεδομένα μέσω του LED αποκωδικοποιούνται σωστά στην αρχική διαφορική φόρμα στην ενότητα δέκτη.

Αυτό φαινόταν δύσκολο, ωστόσο η προσομοίωση θα μπορούσε να επιτευχθεί πολύ εύκολα χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα ενισχυτή ισχύος με διπλή τροφοδοσία, για παράδειγμα το Ενισχυτής mosfet 100 watt ήδη δημοσιευμένο σε αυτόν τον ιστότοπο εκπλήρωσε αποτελεσματικά τον επιδιωκόμενο σκοπό όπως φαίνεται παρακάτω:

Τα BJT και τα mosfets μπορούν να είναι γενικά προτεινόμενα να λειτουργούν με τροφοδοσία 12V / 1amp. Ωστόσο, εάν θέλετε μια ισχυρή αποκωδικοποιημένη έξοδο, θα μπορούσατε πολύ καλά να διατηρήσετε τις αρχικές τιμές για τις συσκευές και να απολαύσετε μια ισχυρή έξοδο αποκωδικοποιημένου LiFi inernet.

ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΖΩ:

Στην ιδέα που συζητήσαμε χρησιμοποιήσαμε έναν ενισχυτή κατηγορίας D για τον πομπό LiFi, ωστόσο ένας ενισχυτής κατηγορίας D περιλαμβάνει ουσιαστικά PWM για την επεξεργασία της εισόδου, κάτι που θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο για να περάσουν τα δεδομένα του Διαδικτύου.

Δεν θέλουμε να παραμορφώσουμε ή να τροποποιήσουμε τα περίπλοκα δεδομένα Διαδικτύου με οποιονδήποτε τρόπο, επομένως ένας ενισχυτής κατηγορίας D ίσως δεν μπορεί να εφαρμοστεί για ένα Διαδίκτυο LiFi.

Σύμφωνα με την υπόθεσή μου, δεν χρειαζόμαστε ενισχυτή classD παρά μόνο ένα Ενισχυτής BTL, ο οποίος δεν περιλαμβάνει λειτουργία PWM , ένα παράδειγμα σχεδίασης μπορείτε να δείτε παρακάτω χρησιμοποιώντας το IC TDA7052.

Τώρα αυτό φαίνεται τέλειο και φαίνεται ότι τα δεδομένα του Διαδικτύου θα μεταφερθούν στο LED χωρίς να περάσουν από οποιοδήποτε είδος τεχνητού μετασχηματισμού.

Αρχικά, μπορούμε να ξεκινήσουμε με αυτό το κύκλωμα ενισχυτή 1 watt ως πομπό Li-Fi και να χρησιμοποιήσουμε LED 1 watt στην έξοδο. Η ιδέα θα επιβεβαιώσει εάν ο προτεινόμενος πομπός Li-Fi λειτουργεί πραγματικά ή όχι.

Εάν έχετε περαιτέρω αμφιβολίες σχετικά με αυτό το απλό αλλά φαινομενικά λειτουργικό κύκλωμα πομπού Διαδικτύου LiFi, μπορείτε να τα εκφράσετε ελεύθερα στο παρακάτω πλαίσιο σχολίων.

Προσθήκη σκηνής Push Pull

Στο παραπάνω διάγραμμα όλα φαίνονται υπέροχα και φαίνεται ότι το κύκλωμα είναι έτοιμο για μετάδοση των δεδομένων Li-F χωρίς προβλήματα, ωστόσο φαίνεται να υπάρχει λίγο ελάττωμα στο σχεδιασμό.

Τι συμβαίνει εάν δεν υπάρχουν δεδομένα στην είσοδο; Το LED απλώς θα σβήσει και αυτό είναι κάτι εντελώς απαράδεκτο σε μια ιδέα Li-Fi. Επομένως, πρέπει κατά κάποιον τρόπο να διασφαλίσουμε ότι το LED παραμένει πάντα αναμμένο ανεξάρτητα από τις παραλλαγές εισόδου ή την παρουσία δεδομένων εισόδου.

Για να ικανοποιήσουμε αυτήν την προϋπόθεση, πρέπει να εισαγάγουμε ένα βασικό στάδιο έλξης LI-FI BJT, το οποίο συζητήθηκε ήδη στο πρώτο μας άρθρο Li-Fi.

Η παρακάτω εικόνα δείχνει πώς να το κάνετε:

Ο παραπάνω σχεδιασμός φαίνεται τώρα να είναι ένα τέλειο κύκλωμα πομπού Διαδικτύου Li-Fi χωρίς ελαττώματα.