TRANSMISOR Y RECEPTOR ÓPTICO

5/13/2018 TRANSMISOR Y RECEPTOR PTICO

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TRANSMISOR Y RECEPTOR

oPTICO

INTRODUCCIN:

En la actualidad hay una infinidad de equipos electrnicos basados en la transmisin y recepcinptica, ya sea con dispositivos infrarrojos o con luz visible al ojo humano, posteriormente se harn

enlaces juntamente con la fibra ptica, aprovechando sus caractersticas benficas, esto nos lleva a

investigar y ejecutar el proyecto denominado transmisor y receptor ptico.

Este proyecto trata de mostrar cmo funciona un enlace ptico, para clarificar y tener un aprendizaje

significativo de lo que es la fibra ptica y como funciona para transmitir la informacin; para este

cometido se utiliza sensores infrarrojos y un diodo laser para incrementar la distancia entre punto a

punto, como se desarrollara en el cuerpo del presente informe.

Para realizar un enlace ptico a travs de sensores infrarrojos y diodos laser, la tcnica habitual y laque se utilizara se basa en el establecimiento de enlaces directos tipo LOS (Line of Sight o Lnea de

Vista) entre emisor y receptor, de forma que si existe un objeto interponindose, el enlace es

interrumpido.

OBJETIVO:

General:

i Implementar un circuito adecuado para un transmisor y receptor ptico.Especifico:

i Disear el circuito a ser implementadoi Realizar las pruebas necesarias de los dispositivos utilizados en la recepcin y transmisin.i Disear el circuito para el sensor con su respectiva calibracin.i Realizar un programa que cumpla las condiciones para un buen funcionamiento del proyecto.i Comprobar experimentalmente el buen funcionamiento del circuito y programa.

FUNDAMENTO TERICO:

Microcontroladores PIC

Arquitectura Harvard: buses internos separados para memoria de datos (8 bits) y de programa (12,

14 16 bits depende de la familia)

MicroprocesadorRISC: juego de instrucciones reducido

Estructura pipe-line: durante la ejecucin de una instruccin, se est accediendo a la memoria de

programa para traer la siguiente instruccin a ejecutar. En cuanto se acaba una instruccin, ya se

dispone de la siguiente para ejecutar (salvo que se trate de un salto o llamada a subpr.)

Todas las instrucciones ocupan una posicin de memoria de programa


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Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instruccin = 4 ciclos de reloj (salvo las

instrucciones de salto)

Ortogonalidad de los registros: se opera entre el registro de trabajo W y cualquier otro registro, el

resultado puede almacenarse en el citado registro o en W.

Por qu los Microcontroladores PIC de Microchip?

Eficiencia del cdigo: permiten una gran compactacin de los programas

Rapidez de ejecucin: a frecuencia de 20MHz -> 5 millones de instr./seg.

Seguridad en acceso por la separacin de memoria de datos y de programa

Juego reducido de instrucciones y de fcil aprendizaje

Compatibilidad de pines y cdigo entre dispositivos de la misma familia o incluso de familias

distintas

Gran variedad de versiones en distintos encapsulados (desde 8 hasta 84 pines) sin reduccin de las

prestaciones internas (muy verstiles)

Posibilidad de proteccin del cdigo muy fiable

Herramientas de desarrollo software y hardware abundantes y de bajo coste.

Mdulos Internos Disponibles en la Familia Media (PIC16)

Puertos de Entrada/Salida

Puerto Esclavo Paralelo (PSP)

Temporizadores/contadores (TMR0, TMR1, TMR2)

Captura / Comparacin / PWM (CCP1 y CCP2)

Conversin Analgica / Digital (A/D)

TransmisorReceptor Asncrono Sncrono Universal (USART SCI)

Puerto Serie Sncrono Bsico Maestro (BSSP MSSP)

Memoria EEPROM de datos

FLASH EEPROM de programa modificable desde el cdigo

Comparador analgico

Referencia de tensin configurable


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PIC16F887:

El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro - controlador de interfaz perifrico

(Peripheral Interface Controller), conocido bajo el nombre PIC. Su primer antecesor fue creado en

1975 por la compaa General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseado para

propsitos completamente diferentes. Aproximadamente diez aos ms tarde, al aadir una memoria

EEPR

OM, este circuito se convirti en un verdadero microcontrolador PIC

.

Todos los microcontroladores PIC utilizan una arquitectura Harvard, lo que quiere decir que su

memoria de programa est conectada a la CPU por ms de 8 lneas. Hay microcontroladores de 12,

14 y 16 bits, dependiendo de la anchura del bus. La siguiente tabla muestra las caractersticas

principales de estas tres categoras de los microcontroladores PIC.

CARACTERSTICAS 16F887

Frecuencia mxima DX-20MHz

Memoria de programa flash palabra de 14 bits 8KB

Posiciones RAM de datos 368

Posiciones EEPROM de datos 256

Puertos E/S A,B,C,D,E

Nmero de pines 40

Interrupciones 19

Timers 3

Comunicaciones Serie MSSP, USART

Lneas de entrada de CAD de 10 bits 8

Juego de instrucciones 35 Instrucciones

Arquitectura Harvard

CPU Risc

Canales Pwm 2

Pila Harware -

Ejecucin En 1 Ciclo Mquina -

Juego de instrucciones:

El juego de instrucciones para los microcontroladores 16F8XX incluye 35 instrucciones en total. La

razn para un nmero tan reducido de instrucciones yace en la arquitectura RISC. Esto quiere decir

que las instrucciones son bien optimizadas desde el aspecto de la velocidad operativa, la sencillez de

la arquitectura y la compacidad del cdigo. La desventaja de la arquitectura RISC es que se espera del

programador que haga frente a estas instrucciones.


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Fotodiodos o fototransistores:

Los transductores fotoelctricos son aquellos que responden a la presencia de la luz, generando un

voltaje elctrico o corriente, o generan luz en respuesta a la aplicacin de una seal elctrica. La luz

puede estar en el espectro visible o, con ms frecuencia, en las longitudes de onda cercanas a

infrarrojo.

Hay diversos dispositivos sensibles a la luz que se pueden clasificar en tres grupos:

Los fototransistores y fotodiodos (incluyendo los diodos emisores de luz y los de lser) Los fotoconductivos y los fotovoltaicos.

Los detectores pticos ms simples son foto-semiconductores fabricados como diodos otransistores.

Todas las conexiones de semiconductores son sensibles a la luz, y estos detectores se parecen a los

dispositivos convencionales, pero se encuentran empaquetados en estuches transparentes para que la

luz pueda llegar a la unin. Cuando la radiacin incide en la unin se crean pares hueco-electrn en la

regin de desalojo y si estn correctamente dirigidos, fluye una corriente en el circuito externo. Unfotodiodo responder bien nicamente a un alto nivel lumnico.

La sensibilidad normal es de aproximadamente 1A por Watt de luz incidente, pero la mayora de

niveles de luz operativos alcanzan solamente un miliwatt, por lo que el nivel de la corriente suele ser

bajo. Es posible obtener una respuesta rpida de unos cuantos nanosegundos con un fotodiodo

estndar que opera en direccin inversa. Al incrementarse la frecuencia de la luz incidente, los pares

hueco-electrn se generan ms cerca de la superficie del material y ms lejos de la unin. Esto ocurre

porque el coeficiente de absorcin lumnica del material se incrementa con la frecuencia. Hay, por lo

tanto, un intervalo limitado de frecuencias sobre las que se produce una corriente apreciable.

Un fototransistor se basa en el mismo efecto que el diodo simple, pero tiene la capacidad de

amplificacin de corriente del transistor integrado

Sensores infrarrojos:

En microrobtica tanto como en robtica, se hace uso de este tipo de emisin de luz (infrarroja) con

la intencin de detectar obstculos sin que uno de nuestros modelos tome contacto fsico con el

mismo. Una vez establecida la comunicacin entre emisor y receptor, es posible realizar una

transmisin de datos.

Existen encapsulados que traen incorporado en su interior tanto al emisor como receptor, de todos

ellos, el ms conocido es el C NY70, que cuenta con 4 pines, dos para el Diodo IR y dos para elfototransistor:


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En la siguiente imagen, se tiene los receptores de IR, el fototransistor negro tiene 3 terminales, de

ellos, el de en medio es el emisor y los otros dos son los colectores del fototransistor, en realidad son

dos fototransistores encapsulados en uno slo con el emisor comn.

Diodo laser:

LASERes un acrnimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Las aplicaciones

de estos diodos son muy diversas y cubren desde el corte de materiales con ases de gran energa hasta

la transmisin de datos por fibra ptica.

Los Diodos lser, emiten luz por el principio de emisin estimulada, la cual surge cuando un fotn

induce a un electrn que se encuentra en un estado excitado a pasar al estado de reposo, este proceso

est acompaado con la emisin de un fotn, con la misma frecuencia y fase del fotn estimulante.

Para que el numero de fotones estimulados sea mayor que el de los emitidos de forma espontnea,

para que se compensen las perdidas, y para que se incremente la pureza espectral, es necesario por un

lado tener una fuerte inversin de portadores, la que se logra con una polarizacin directa de la unin,

y por el otro una cavidad resonante, la cual posibilita tener una trayectoria de retroalimentacin

positiva facilitando que se emitan mas fotones de forma estimulada y se seleccione ciertas longitudes

de onda haciendo ms angosto al espectro emitido.

Un diodo lser produce luz coherente lo que significa que todas las ondas luminosas estn en fase

entre s. La idea bsica de un diodo lser consiste en usar una cmara resonante con espejos que

refuerza la emisin de ondas luminosas a la misma frecuencia y fase. A causa de esta resonancia, un

diodo lser produce un haz de luz estrecho que es muy intenso, enfocado y puro.

El diodo lser tambin se conoce como lser semiconductor o tambin conocidos como lseres de

inyeccin, Estos diodos pueden producir luz visible (roja, verde o azul) y luz invisible (infrarroja).

Se usan en productos de consumo y comunicaciones de banda ancha.

La aplicacin bsica que se le ha dado al diodo LASER es como fuente de alimentacin lumnica

para sistemas de telecomunicaciones va fibra ptica. El diodo lser es capaz de proporciona

potencia ptica entre 0.005-25mW, suficiente para transmitir seales a varios kilmetros de distancia

y cubren un intervalo de longitud de onda entre 920 y 1650 nm.

- Caractersticas: ventajas frente a los diodos LEDLos diodos lser son constructivamente diferentes a los diodos LED normales. Las caractersticas de

un diodo lser son:


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1. La emisin de luz es dirigida en una sola direccin: Un diodo LED emite fotones enmuchas direcciones. Un diodo lser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz

preferencial una sola direccin.

2. La emisin de luz lser es monocromtica: Los fotones emitidos por un lser poseenlongitudes de onda muy cercanas entre s. En cambio, en la luz emitida por diodos LED,

existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

Debido a estas dos propiedades, con el lser se pueden conseguir rayos de luz monocromtica

dirigidos en una direccin determinada. Como adems tambin puede controlarse la potencia emitida,el lser resulta un dispositivo ideal para aquellas operaciones en las que sea necesario entregar

energa con precisin.

FUNCIONAMIENTO:

A.Etapa emisora

El circuito de emisin se compone de dos etapas de amplificacin (transistor) que controlan la

intensidad luminosa del haz de infrarrojos en funcin de la secuencia codificada y una seal de

control, establecida por el programa contenido en el microcontrolador.

Como elemento transmisor de luz se ha utilizado un diodo laser para transportar a mayor distancia la

seal que es emitida.

B.Etapa receptora

En el lado de recepcin se encuentra el control basado en un amplificador de corriente junto al foto

diodo configurado para la recepcin de la seal y una etapa de acondicionamiento de la seal, el cual

se constituye por un amplificador operacional configurado como un comparador, para llevarla a la


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etapa de adquisicin de datos para su posterior procesado en el programa contenido en el

microcontrolador respectivo.

Como elemento detector se ha utilizado el fotodiodo, cuya longitud de onda se corresponde con el

emisor utilizado.

El proceso que realiza el proyecto es el siguiente:

1 El emisor y el receptor se encienden simultneamente.2 Un pulso es enviado al microcontrolador de la etapa de transmisin, este se activa para enviaruna cierta cantidad de pulsos a travs del diodo laser.3 Los pulsos son enviados activando la etapa de amplificacin y activacin (transistor) con lo

que el diodo laser es activado enviando la seal requerida.

4 En el extremo opuesto, la etapa receptora esta ya calibrada para recepcionar las seales, unpulso llega al fotodiodo; esta seal obtenida es amplificada y comparada, para su procesado

posterior.

5 El pulso obtenido a la salida del comparador es procesado dentro del microcontrolador, el cualcuenta los pulsos y los muestra a travs de leds, en numeracin binaria.

6 En la observacin de los dos circuitos debe mostrarse en los leds, el mismo nmero de pulsosenviados y pulsos recepcionados, si este fuera el caso el funcionamiento es el correcto.

MATERIALES UTILIZADOS:

MATERIAL CANTIDAD

1 Controlador PIC16F887 877A 2

2 Transistor BC548 2

3 Amplificador operacional LM324 1

4 Pulsador --- 2

5 Resistencias 1k, 220, 5k(var) 23

6 Capacitores 100 F 1

7 Diodo laser --- 1

8 Fotodiodo --- 1

9 Led --- 17

10 Protoboard --- 2


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CIRCUITOS IMPLEMENTADOS:

Transmisor:

Receptor:


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CONCLUSIONES:

Se logr simular el circuito diseado para el transmisor y el receptor optico, para que el puerto RC

funcionara como salida (leds indicadores de conteo y envo de seales), se utilizo el pin 0 del puerto

RD para la seal de control de envo de seal (esto en el transmisor) y para el censado de la seal a la

salida del comparador (esto en el receptor) en cada uno de los microcontroladores respectivamente.

Esto con el programa PR

OTEUS que nos ayudo a observar el buen funcionamiento para despusimplementarlo.

Se logro realizar el programa en el paquete mikroBasic PRO for PIC, que dar un correcto

funcionamiento para el proyecto.

Se logro implementar el circuito para observar el buen funcionamiento del mismo en forma

experimental.

De la misma manera se observo un enlace ptico el cual se comprender mejor aplicando el

conexionado a una fibra ptica sin la tcnica de lnea de vista.

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