Lasertransmissie met Arduino's: 4 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Dit project was voor de BT Young-wetenschapper in 2019.

Ik had de leiding over het "Demonstratiemodel".

De demonstratie bestond uit twee arduino-gestuurde lasers die flitsen om een signaal naar een andere arduino op enige afstand te sturen. Het werd getest om tot 100 meter te werken, verder dan dat focussen en richten van de lasers was een grote pijn in de kont. We berekenden een theoretische maximale afstand (uitgaande van een zeer gecollimeerde laser) van enkele duizenden km.

Best wel trots dat ik het werkend heb gekregen. We werden geïnterviewd door een paar politici en professoren en haalden zelfs de lokale kranten en tv in Dublin. We werden zelfs getweet door een docent in DCU!!!

Qua prijzen kregen we "Highly commended".

Benodigdheden

Voor de demonstratiezender heb ik gebruikt:

Een arduino uno-kloon

Een voeding voor de lasers. De arduino werd gevoed vanaf een laptop.

2x krachtige groene lasers

Relais om de lasers aan te sturen (we hadden geen MOSFETS of iets dergelijks)

Een groot LCD-scherm met een I2C-rugzak om de tekst enz.

2x LED's die tegelijk met de lasers knipperen, een groene en een rode (meestal voor effect maar ook voor debuggen) knipperende lichten hebben de neiging om mensen aan te trekken en het er cooler uit te laten zien.

Voor de ontvanger hebben we gebruikt:

Een arduino uno-kloon

2x fotodiodes

Diverse weerstanden om de gevoeligheid af te stemmen

2x LED's om te laten zien welk signaal binnenkomt voor foutopsporing en probleemoplossing. Ook voor effect zoals bij de zender.

Een LCD-scherm om ontvangen uitzendingen weer te geven

Een schakelaar om de arduino te resetten

Stap 1: Stap één: montage

Alles is gemonteerd zoals aangegeven in het schema.

Het ene laser- en fotodiodepaar werd gebruikt voor data, het andere voor de klok. Het is mogelijk om voor beide maar één laser te gebruiken, maar dat wist ik toen nog niet.

We hebben enkele geïmproviseerde koffers gemaakt voor de zender- en ontvangermodules van Lego voor presentatie.

Om er zeker van te zijn dat er geen bedrade verbinding tussen de twee apparaten is, is voor elk een aparte voeding gebruikt. De twee lasers, met verschillende spanningen, werden afzonderlijk van stroom voorzien door een muurwrat en spanningsregelaars. Ik weet dat het gebruik van relais niet ideaal is omdat het de transmissiesnelheid beperkt, maar dat was alles wat we op dat moment bij de hand hadden.

Stap 2: Coderen

De code duurde het langst omdat ik niet al te veel ervaring had voordat ik dit project probeerde.

Mijn code is beschikbaar op mijn github

Stap 3: Testen

Als je dit zelf wilt maken, moet het worden getest.

Ik deed dit door de output van een van de fotodiodes op te nemen en de resultaten in een spreadsheet te plakken.

Van daaruit heb ik de waarde van de weerstanden op de ontvanger aangepast totdat de grafiek die werd uitgevoerd zo gedefinieerd mogelijk was. Snelheid was dan het volgende doel. Hoe sneller de laser flitst, hoe minder helderheid en dus hoe slechter de signaalkwaliteit. We waren beperkt door de relais tot 60 Hz of zo, maar haalden snelheden tot 50 bits per seconde (elk teken was 1 byte, ongeveer 6 letters per seconde) met de krachtigere lasers die we hadden en met de fotodiodes die waren ingesteld om gevoeliger te zijn. Meer dan dat en de relais begonnen klokcycli te missen.

Stap 4: Eindproduct

het werkte bijna elke keer als een charme, vooral vanwege de korte beschikbare ruimte op onze stand.

We ontdekten dat de zwaailichten, draden, schermen, enz. de menigte behoorlijk goed trokken.