Obwód nadajnika internetowego LiFi - przesyłanie sygnału USB przez diodę LED

W tym poście dowiemy się, jak przesyłać dane internetowe przez LiFi, używając wzmacniacza klasy D jako nadajnika i zwykłego obwodu wzmacniacza audio jako odbiornika.

Jak działa koncepcja Li-Fi

Jeśli zastanawiasz się, w jaki sposób można wykorzystać koncepcję LiFi do przesyłania danych USB, w tym artykule znajdziesz wszystkie potrzebne informacje.

Wiemy, że koncepcja Li-Fi służy do przesyłania danych cyfrowych w danym pomieszczeniu wydajniej niż jakikolwiek inny wymyślony do tej pory sposób, zwłaszcza że idea Li-Fi pozwala użytkownikowi na przesyłanie danych i dodatkowe oświetlenie obszaru, w którym się znajdują. zostało zainstalowane, więc to tak, jakby uzyskać dwie kluczowe korzyści z jednej jednostki.

Pamiętasz nasz stary projektor filmowy? Jest to prawdopodobnie najstarsza znana metoda wykorzystania światła do przesyłania danych (zdjęcie).

Chociaż zawsze mieliśmy inne świetne sposoby przesyłania danych bezprzewodowych, takie jak technologia Wi-Fi, obwody RF itp., Nigdy nie wyobrażano sobie używania światła do tego celu po prostu dlatego, że światła zawsze były uważane za jednostki o niskim poziomie technologii, a zatem niedoceniane, aż do dzień, w którym pan Harald Hass odkrył ukryty potencjał świateł (diod LED) i pokazał światu, w jaki sposób diody LED mogą być faktycznie wykorzystywane do przesyłania danych w znacznie skuteczniejszy sposób niż jakiekolwiek inne współczesne techniki.

W jednym z naszych wcześniejszych artykułów dowiedzieliśmy się z przykładowego obwodu dotyczącego jak skutecznie przesyłać sygnał audio przez Li-Fi , w tym artykule pójdziemy trochę dalej i nauczymy się przesyłać sygnał USB przez Li-Fi.

Ponieważ diody LED są urządzeniami półprzewodnikowymi, stają się one doskonale kompatybilne z przetwarzaniem danych cyfrowych bez jakichkolwiek zniekształceń. Dioda LED będzie replikować i przesyłać zawartość wejściową dokładnie tak, jak w oryginalnym źródle, a ta właściwość sprawia, że ​​diody LED są niezwykle łatwe do skonfigurowania do zamierzonego celu.

Do tej pory zrozumieliśmy, że Li-Fi to metoda, w której diody LED są używane do przesyłania treści o wysokiej częstotliwości w zamkniętym pomieszczeniu, co skutecznie przekształca diodę LED w bezprzewodowy nadajnik, a także urządzenie wytwarzające światło. Koncepcja Li-Fi może służyć do przesyłania i odbierania danych muzycznych wykorzystując diodę LED jako źródło światła, a także bezprzewodowy nadajnik muzyki.

Jednak największym wyzwaniem jest użycie obwodu Li-Fi do przesyłania danych internetowych przy użyciu zwykłych części bez angażowania skomplikowanych i trudnych do uzyskania komponentów lub MCU.

Złącze USB zasadniczo składa się z następujących szczegółów okablowania:

1) + 5V
2) Ziemia
3) + D.
4) -D

+ 5V i masa to zaciski wyjściowe, które są zwykle używane do zasilania podłączonego urządzenia zewnętrznego.

+ D i -D to terminale transmisji danych, które wytwarzają złożony sygnał różnicowy między sobą w sposób przeciwsobny, co oznacza, że ​​+ D jest odniesione do -D, podczas gdy sygnał -D jest odniesiony do zacisków + D . To właśnie sprawia, że ​​przesyłanie Internetu przez diody LED jest tak zagmatwane i złożone.

To zmusiło mnie do wymyślenia alternatywnego i bardziej wydajnego projektu, który mógłby faktycznie przesyłać dane internetowe USB przez obwód LED Li-Fi, bez zniekształcania rzeczywistego sygnału i wykorzystując zwykłe komponenty.

Po pewnym namyśle wymyśliłem następujące obwody, które, mam nadzieję, umożliwiałyby transmisję Internetu przez światło LED.

Do nadajnika zdecydowałem się użyć prostego moduł obwodu wzmacniacza różnicowego wykorzystujący układ scalony BD5460 , poniższa ilustracja przedstawia podstawowy układ tego obwodu wzmacniacza.

Zmodyfikowałem projekt w wymagany obwód nadajnika Li-Fi, aby był kompatybilny z sygnałami internetowymi, jak pokazano poniżej:

Widzimy, jak różnicowe terminale wejściowe muzyki są wykorzystywane do odbioru danych internetowych, podczas gdy wyjście jest podłączone do diody LED za pomocą prostownika mostkowego.

Zastosowanie prostownika mostkowego wydaje się być dobrym pomysłem, w przeciwnym razie przesyłanie sygnałów przeciwsobnych przez diodę LED byłoby po prostu niemożliwe, ponieważ dioda LED po prostu nie mogłaby rozróżnić tych dwóch sygnałów.

Korzystając z mostka, skutecznie umożliwiliśmy diodzie LED rozpoznanie obu połówek sygnału USB i przesłanie go do odbiornika bez powodowania jakichkolwiek zniekształceń w oryginalnej treści.

Obwód Li-Fi odbiornika

Teraz kolejnym wyzwaniem dla mnie było upewnienie się, że wyprostowane pulsujące dane internetowe przez diodę LED są poprawnie dekodowane z powrotem do pierwotnej postaci różnicowej w sekcji odbiornika.

Wydawało się to trudne, jednak symulację można było dość łatwo przeprowadzić przy użyciu obwodu wzmacniacza mocy z podwójnym zasilaniem, na przykład 100-watowy wzmacniacz mosfet już opublikowane w tej witrynie internetowej skutecznie spełniły zamierzony cel, jak pokazano poniżej:

BJT i ​​mosfety mogą być dowolnymi ogólnymi propozycjami przystosowanymi do pracy z zasilaniem 12 V / 1 amper. Jeśli jednak chcesz uzyskać mocny dekodowany sygnał wyjściowy, możesz bardzo dobrze zachować oryginalne wartości dla urządzeń i cieszyć się potężnym, dekodowanym przez LiFi wyjściem wewnętrznym.

AKTUALIZACJA:

W omawianej koncepcji zastosowaliśmy wzmacniacz klasy D dla nadajnika LiFi, jednak wzmacniacz klasy D zasadniczo wykorzystuje PWM do przetwarzania danych wejściowych, co może być wysoce niepożądane dla przesyłania danych internetowych.

Nie chcemy w żaden sposób zniekształcać ani modyfikować złożonych danych internetowych, dlatego być może wzmacniacz klasy D nie może być zastosowany do internetowego LiFi.

Zgodnie z moim założeniem nie potrzebujemy wzmacniacza klasy D, a jedynie Wzmacniacz BTL bez funkcji PWM , przykładowy projekt można zobaczyć poniżej przy użyciu IC TDA7052.

Teraz wygląda to idealnie i wygląda na to, że dane internetowe byłyby przesyłane do diody LED bez przechodzenia przez jakąkolwiek sztuczną transformację.

Na początek możemy zastosować ten 1-watowy obwód wzmacniacza jako nadajnik Li-Fi i użyć 1-watowej diody LED na wyjściu. Pomysł potwierdzi, czy proponowany nadajnik Li-Fi naprawdę działa, czy nie.

Jeśli masz dalsze wątpliwości dotyczące tego prostego, ale pozornie działającego obwodu nadajnika internetowego LiFi, możesz je wyrazić w poniższym polu komentarza.

Dodawanie etapu Push Pull

Na powyższym schemacie wszystko wygląda świetnie i wydaje się, że obwód jest gotowy do przesyłania danych Li-F- bez żadnych problemów, jednak wydaje się, że jest mały błąd w konstrukcji.

Co się stanie, jeśli na wejściu nie ma danych? Dioda LED po prostu się wyłączyła, a to jest coś całkowicie nie do przyjęcia w koncepcji Li-Fi. Dlatego musimy w jakiś sposób upewnić się, że dioda LED zawsze pozostaje zapalona, ​​niezależnie od zmian wejściowych lub obecności danych wejściowych.

Aby spełnić ten warunek, musimy wprowadzić podstawowy stopień push-pull LI-FI BJT, który został już omówiony w naszym pierwszym artykule o Li-Fi.

Poniższy obraz pokazuje, jak to zrobić:

Powyższy projekt wygląda teraz na idealny obwód nadajnika internetowego Li-Fi bez żadnych wad.