5. Экспериментальная проверка предложенных технических решений
С целью экспериментальной проверки возможности создания систем, требования к которым были выдвинуты в пункте 2, было проведено моделирование и на основе удачного моделирования собран экспериментальных образец упрощенной системы оптического канала передачи данных с использованием недорогой элементной базы, за основу была взята схема, предложенная Андреем Вялковым [12].
Была реализована АОЛС со следующими характеристиками:
1. Скорость передачи: 115 кбит/c
2. Мощность излучателя: менее 1мВт
3. Диапазон: видимый красный
4. Интерфейс с ЭВМ: RS-232
5. Дальность передачи: более 130 м
6. Тип связи: симплексная
7. Фотоэлемент: фотодиод ФД-К-155
8. Излучатель: “лазерная указка” (производство: Китай, модель указки не установлена)
В данной схеме реализованы такие модули, из схемы на рисунке 4.1: модулятор, демодулятор, оптический передатчик и оптический приемник, модуль интерфейса в простейшем исполнении.
Были проведены тестовые циклы приемопередачи при нормальном состоянии атмосферы (отсутствие осадков и тумана) в разное время суток, показавшие работоспособность такой простой системы в любых метеоусловиях без сильных осадков и при отсутствии прямой засветкой солнечным излучением фотодиода.
Блок-схема построения преемника приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1. Блок-схема построения приемника.
Фотодиод (ФД-263) работает в гальваническом режиме и нагружается на каскад с общим эмиттером с обратной связью по напряжению. Каскад работает в усилительном режиме. На следующем каскаде сигнал дифференцируется. Дифференцирование идет на каскодной схеме. Постоянная времени дифференцирования определяется емкостью C2. Дальше продифференцированный сигнал усиливается на операционном усилителе до такого уровня, что бы помехи не могли переключить выходной триггер Шмидта. Коэффициент усиления усилителя на операционнике зависит от уровня шумов и b транзисторов, настраивается изменением сопротивлениями R12,R13 с контролем сигнала на осциллографе (шумы не должны переключать выходной триггер). На выходе триггера формируется потенциал +6 или -6 вольт относительно потенциала провода 0V и ведется непосредственно на вход порта.
В приемнике применялись транзисторы КТ315Б, операционные усилители TL082.
Моделирование рассчитанной схемы приемника производилось на модельной схеме, приведенной на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2. Схема моделирования приемника.
Результирующий зашумленный высокочастотными и низкочастотными помехами сигнал, поступающий с фотодиода - V(INPUT), приведен на рисунке 5.3. Результаты моделирования приемника приведены на рисунке 5.4.
Входной прямоугольный сигнал частотой 62,5 килогерц искажался синусоидальным шумом частотой 200 килогерц с амплитудой, равной амплитуде полезного сигнала и синусоидальным сигналом частотой 2 килогерца и амплитудой в четыре раза большей амплитуде полезного сигнала.
Тестирование пары приемо-передатчик проходило в двух конфигурациях. В первой приемопередатчик работал «в разрыве» сигнального кабеля одного из направлений передачи двунаправленного последовательного канала передачи данных между двумя персональными компьютерами (передача через COM-порты). Расстояние между линзой приемника и передатчика составляла 1 метр, луч лазера пропускали через ослабляющий излучение светофильтр. Количество ошибок приемопередачи было измерено косвенно как отношение средней скорости передачи данных без применения FSO системы к скорости с ее применением при передаче в одном направлении. Отличие результата было меньше единицы на величину не превышающую средние колебания показаний скорости передачи данных (меньше одного процента), следовательно количество ошибок премопередачи было не существенным.
Рисунок 5.3. Результирующий зашумленный высокочастотными и низкочастотными помехами сигнал, поступающий с фотодиода
Рисунок 5.4. Результаты моделирования приемника
Во второй конфигурации в качестве источника сигнала служил мультивибратор, генерирующий прямоугольный сигнал частотой 57 килогерц, приемник подсоединялся к последовательному порту персонального компьютера и в результате автоматически оценивался цифровой сигнал, принимаемый через порт компьютером, а также визуально оценивалась осцифолограмма сигнала с выхода приемника. Приемник и передатчик были закреплены на наружных стенах двух зданий, на расстоянии 130 метров. При отсутствии прямой засветки солнцем приемника, атмосферных осадков и тумана сигнал принимался уверенно, что определяется достаточной помехоустойчивостью схемы при передаче на расстояние 130 метров, и приеме указным на схеме диодом без дополнительной оптической системы и диаметре пятна лазера 10 сантиметров, мощности лазера менее 1 милливатта.
Моделирование рассчитанной схемы передатчика производилось на модельной схеме, приведенной на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5. Схема моделирования передатчика.
На транзисторе Q1 (см. рис.5.2) собран источник тока 30 mA, в качестве нагрузки которого включен светоизлучающий кристалл лазерной указки. ТранзисторQ2 представляет собой ключ, управляемый сигналом TD с интерфейса RS-232. Транзисторы Q1, Q2 – КТ315Б.