070-1WIR-сеть. Физические возможности.

Автор: | 04.05.2011

ТитлРаз уж мы решили реализовать IR сеть, давайте посмотрим на что мы, в конечном счете, сможем рассчитывать. Какие физические возможности такой сети? Рассмотрим ограничения накладываемые элементами сети на скорость передачи информации.  
Определимся — а стоит ли вообще сооружать что-то такое?


НАША IR-СЕТЬ БУДЕТ ОРГАНИЗОВАНА ПОСРЕДСТВОМ:

1 Передатчик – IR-светодиод (IR-Led)
tsal6400.pdf - Даташит на IR светодиод
Этот даташит взят для примера, на самом деле IR светодиод может быть любой.

2 Приемник – интегральный IR-приемник TSOP
TSOP4836.pdf - Даташит на IR-приемники серии TSOP48...
Тоже касается и TSOP – особо не важно, какого он типа или чьего производства.

Передача в одну сторону организована следующим образом:
IR передача в одну сторону

Если нам нужна двусторонняя передача, устройство должно содержать как IR-Led, так и TSOP.
IR-передача в обе стороны

РАССМОТРИМ ЭЛЕМЕНТЫ СЕТИ И ВНОСИМЫЕ ИМИ ОГРАНИЧЕНИЯ.

1 Микроконтроллер.
Особых ограничений нет (конечно, в пределах возможностей микроконтроллера).

2 IR-светодиод.
Тут все понятно: можно через него передавать информацию с любой скоростью (с любой возможной для микроконтроллера), чем больше ток через светодиод, тем интенсивней световой поток и тем дальше передача.

3 Интегральный IR-приемник TSOP.
Это «бутылочное горлышко» всей системы — все ограничения в сеть будет вносить именно он.

КАК РАБОТАЕТ TSOP?
TSOP довольно сложное устройство, которое способно эффективно «бороться» с неизбежными посторонними засветками фотодатчика (постоянная составляющая), помехами в виде одиночных импульсов и постоянными помехами в виде света от люминесцентных ламп и ламп накаливания (переменная составляющая). Платой за эффективную защиту от посторонних сигналов является небольшая скорость передачи информации. Для того чтобы эффективно отсеивать посторонние сигналы TSOP настроен на определенную несущую частоту (ряд фиксированных частот лежит в пределах от 30 до 56кГц). Так вот, работа TSOP заключается в том, чтобы воспринимать только определенную несущую частоту, обрезая все остальное, включая и постоянную составляющую.

НА ЧТО МЫ МОЖЕМ РАСЧИТЫВАТЬ, делая канал связи с применением TSOP-приемников?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос нам нужно определиться с тем, какую несущую частоту (соответственно и какой TSOP-приемник) мы будем использовать. Само собой напрашивается решение взять приемник с самой большой частотой (56кГц), но это неверное решение – они очень редки и достать их будет трудно.
Самыми ходовыми являются приемники с частотой 36 и 38 кГц – вот их мы и выберем. Кроме того выбрав TSOPы с частотой 36 и 38 кГц, мы сможем «видеть» сигналы подавляющего большинства бытовых IR-пультов, что тоже немаловажно, так как мы сразу получаем устройства управления в нашей сети.

По моему личному опыту TSOPы на 36кГц довольно хорошо воспринимают посылки с пультов на 38кГц и наоборот. Поэтому, чтобы не ограничиваться каким то одним TSOPом будем использовать для передачи несущую частоту в 37кГц. В этом случае приемником может быть как TSOP на 36кГц, так и на 38кГц.

С несущей частотой определились. Дальше смотрим в даташит на TSOP и определяемся с полезным сигналом (TSOPы различных производителей имеют небольшие различия в характеристиках, но они не критичны).
TSOP4836.pdf - Даташит на IR-приемники серии TSOP48...
Из даташита мы получаем следующую информацию:

Полезный сигнал (цифровой конечно) нужно промодулировать несущей частотой (в нашем случае 37кГц)

Модуляция полезного сигнала

Последовательность модулирующих импульсов называется «пачкой».

TSOP при приеме таких пачек демодулирует их и выделяет полезный сигнал. Сигнал выдается TSOPом инверсно и это нужно учитывать.

Демодуляция полезного сигнала

Для того чтобы TSOP «понял», что идут полезные импульсы, а не помехи пачка должна быть определенной длинны, а именно не менее 10 импульсов.

Постоянные сигналы (в том числе и на несущей частоте) считаются посторонними и нещадно подавляются, поэтому пачки не могут быть длинными и должны прерываться на определенные промежутки времени — «паузы». После каждой пачки длинной 10-70 импульсов минимальное время паузы должно быть не менее 12 периодов импульсов. Для пачек больше чем 70 импульсов минимальное время паузы должно быть в 4 раза большим.

Так как нам нужна максимальная скорость, то договоримся, что длинна пачки при передаче сигналов будет 10 импульсов, а длинна паузы не меньше 10 периодов импульсов.

И в заключение, в даташите оговаривается ограничение на общее количество коротких пачек в секунду – их должно быть не больше 800 пачек в секунду. Сразу оговорюсь — это наихудший показатель из различных приемников (например, тот-же TSOP17.. может потянуть 2400 bps), но пока решил ориентироваться именно на этот приемник — позже проведу кой-какие эксперименты — определюсь окончательно.

Вот мы и определились с номинальной скоростью передачи – она составляет не более 800 бит в секунду. Если учесть, что в сети с полезными данными должна передаваться служебная информация, то мы получим около 400 бит или 50 байт полезной информации в секунду.

Есть способы увеличить пропускную способность такого канала в разы посредством:
– применения более быстрого TSOP;
– уменьшения временных промежутков, оговоренных в даташитах (при передачах сигналов с бытовых пультов правила даташита на TSOP зачастую соблюдаются не полностью – но ничего, все работает);
– применения специального способа передачи информации.
Вот только есть ли необходимость усложнять алгоритм работы и залазить в предельные возможности TSOP? Об этом подумаем позже.
На данный момент принимаем скорость передачи — 50 байт полезной информации в секунду.

Прямо скажем – скорость передачи не фонтан! Но если учесть что:
— сеть, в основном, предназначена для беспроводного УПРАВЛЕНИЯ «умным рабочим местом»;
— такую сеть будет легко и дешево реализовать;
— для таких скоростей потребуется небольшое количество ресурсов микроконтроллера (не будет мешать основной программе);
— в процессе создания сети можем скорость увеличить — есть резервы.
этого должно нам хватить.

Продолжаем дальше?

(Visited 587 times, 5 visits today)

There are 45 comments

Комментарии подгрузятся после небольшой паузы.