Разработка принципиальной схемы устройства

В качестве первого варианта исследовалась схема, приведённая на рис. 3.2. Схема включает в себя приёмники и передатчики со стороны ПК и микроконтроллера.

Схема передатчика со стороны ПК выполнена на резисторе R1, диоде VD1 и светодиоде VD2 , передатчик со стороны МК включает в себя резистор R3, диод VD3 и светодиод VD4. В качестве светодиодов VD2 и VD3 использовались светодиоды ИК - диапазона KM-4457F3C, взятые из шариковой мыши от компьютера. Диоды VD1 и VD4 служили для защиты светодиода от пробоя обратным напряжением, так как в последовательном порту напряжение логической единицы составляет -12 В.

Приемник выполнен на элементах VT1 и R2, со стороны ПК, и на элементах VT2 и R4, со стороны микроконтроллера. Так же в схему приёмника включены преобразователи уровней напряжения. Фототранзистор ИК-диапазона (L-610MP4BT-BD), который использовался в качестве приемника(VT1 , VT2), так же был взят из мыши для компьютера.

В схеме присутствуют также микросхемы преобразования уровней напряжения DD1 и DD2. В последовательном порту ПК напряжение на выходе составляет 12 В (логический ноль) и – 12 В (логическая единица), такие уровни напряжения необходимы для увеличения помехозащищенности канала связи. В тот момент когда фототранзистор закрыт, на его выходе напряжение равно напряжению источника питания, которое в данном случае составляет 5 В (логическая единица), а в момент когда транзистор открыт, на его выходе напряжение равно приблизительно 0.2 В (логический ноль). В связи с этим в схеме приемника используется преобразователь уровней напряжения, который преобразует 0.2 и 5 В, соответственно в 12 и - 12 В. В качестве такого преобразователя использовалась микросхема ADM202, также можно использовать и микросхему MAX232.

Для работы по передаче данных в обе стороны, использовались две линии разъёмов X1 и X2 RxD (приемная) и TxD (передающая). Так же использовалась и линия SG (земля). Кроме этих линий в разъёме RS232 присутствовали и другие, которые называют линиями квитирования, или модемными, так как обычно используются для связи ПК с модемом. Поэтому в данной схеме эти выводы не использовались, и просто соединялись между собой. Для обеспечения работы последовательного порта компьютера линия RTS соединялась с линией CTS, а линия DCD соединялась с линиями DTR и DSR.

Экспериментально было установлено, что нагрузочная способность последовательного порта ПК составляла приблизительно 5 мА. При таком токе светодиод генерирует излучение недостаточное для открывания фототранзистора. В связи с этим, для увеличения тока протекающий через светодиод, была разработана другая схема передатчика, содержащая усилитель тока (Рис. 3.3)

В данном варианте схемы, передатчик выполнен на элементах R2, R3, R3, VD2, VD3, VT1 со стороны ПК, и на элементах R8, R9, R10, VD4, VD5, VT4, со стороны микроконтроллера. Усилители собраны на транзисторах VT1, VT4 со стороны ПК и МК соответственно. Диоды VD2 и VD5 служили для защиты от пробоя напряжением -12 В переходов база – эмиттер транзисторов VT1 и VT4. Резисторы R4 и R10 необходимы для обеспечения пути рассасывания носителей в базах светодиодов VD3 и VD4 после окончания управляющих импульсов на базах транзисторов VT1 и VT4. Напряжение питания приёмника и усилителя тока составляет 5 В и 9 В соответственно. Для того чтобы в схеме не использовать два источника питания использовались стабилитроны на 5 В VD1 и VD6. Резисторы R1 и R8 служили балластными схем папаметрической стабилизации. Для ограничения токов протекающих через стабилитроны служили.

В целом, усилитель тока в схеме передатчика, обеспечивал протекание рабочего тока через светодиод, который составляет примерно 50 мА в импульсе. При таком токе светодиод ИК-диапазона генерировал излучение достаточной мощности, чтобы полностью открыть фототранзистор.