FL-OPTO-6

   FL-OPTO-6 jest projektem zrealizowanym w 2002 roku, którego parametry na dzień dzisiejszy nie stanowią specjalnego osiągnięcia w dziedzinie komunikacji, jednak w czasach gdy ono powstawało stanowiło ono atrakcyjną alternatywę dla bardzo popularnego obecnie Wi-Fi.    Przestawione tu rozwiązanie było urządzeniem umożliwiającym połączenie optyczne dwóch miejsc łączem cyfrowym lub analogowym na odległość większą niż 200m.
Specyfikacja urządzenia:

   Wymienione oczekiwania zawierały jeszcze jedno bardzo ważne wymaganie. Należało zaprojektować urządzenie, którego część elektroniczna będzie wymagała elementów których koszt jest minimalny.

Widok zmontowanego urządzenia:

   Opis budowy urządzenia można podzielić na klika części. Część mechaniczna, optyka i dobór soczewek jest z pewnością oczywisty dla czytelnika. Analizując zdjęcia obudowy łatwo jest dostrzec, ze przedstawiona konstrukcja nie posiada wymaganej szczelności oraz nie została wyposażona w mechanizmu zapobiegającego oblodzeniu zewnętrznej części soczewek. Nie było to jednak przedmiotem badań, a ich implementacja miała miejsce dopiero w następnej fazie projektu.

Elektronika nadajnika i odbiornika

   Ze względu na wymagania cenowe oczywistym stało się wykonanie jednowarstwowego PCB z użyciem elementów SMD. O ile w prototypie różnica między SMD a elementami przewlekanymi jest pomijalna to w przypadku wymaganego PCB od razu należało zrobić testy w oparciu o wyłącznie jedną warstwę.
   Efekt najtrudniejszej części projektu czyli konwertery sygnału RS485 do i ze strumienia światła przestawiono na rysunku:

   Konieczność zastosowania podczerwieni w postaci diody na podczerwień w której nie zachodzi akcja laserowa skomplikowała znacząco konstrukcję części elektronicznej. Wymaganie to stanowiło wyzwanie które wymagało zastosowanie aż czterech szybkich tranzystorów MOSFET wraz z bardzo ciekawym mechanizmem dodatkowego impulsu synchronizacyjnego. Sam algorytm urządzenia można w przybliżeniu przedstawić jako wysyłanie impulsów 125 nano-sekundowych w momencie wykrycia zbocza sygnału nadawanego. Problem synchronizacji rozwiązano za pomocą dodatkowego impulsu synchronizacyjnego wystawianego w czasie (1us-125ns)/2 od zakończenia impulsu danych, który to czas 1us określał maksymalną prędkość transmisji dancyh. W przypadku utraty synchronizacji urządzenie do 8 taktów odzyskiwało poprawny stan na wyjściu odbiornika.

   W urządzeniu do formowania impulsów i ich detekcji użyto układów CPLD wraz z monostabilnym multiwibratorem HCT123. Detekcja sygnału wymagała zaprojektowania trójstopiowego wzmacniacza opartego o tranzystory NPN zaprojektowane do pracy umożliwiającej jak najszybsze przełączanie sygnału wyjściowego w bardzo szerokim zakresie optycznej mocy wejściowej. O ile wzmacniacz wejściowy na chwile obecną raczej mógłby pozostać jako bardzo dobre rozwiązanie, to najekonomiczniejsze rozwiązanie w 2002 roku jest obecnie dużo łatwiej do zrealizowania w oparciu o dostępne na rynku szybkie i tanie mikrokontrolery. Oczywistym jednak jest że wraz z postępem i zwiększonymi wymaganiami, w dniu dzisiejszym wymagania co do przepustowości byłyby co najmniej o dwa rzędy wyższe.

   Pozostała elektronika w postaci zasilacza, modulatora i demodulatora FM opartego o gotowe monolityczne układy i konwertera RS485 na RS232 umieszczona została w dodatkowym zewnętrznym module.

Podsumowanie

   O ile w trakcie projektowania urządzenia tego typu rozwiązania były bardzo atrakcyjne to w dniu dzisiejszym należy uczciwie przyznać, ze już tak nie jest. Należy również przyznać, że do dnia dzisiejszego rozwiązania oparte o łącza optyczne napowidtrzne nadają się już tylko tam gdzie:

  • wymagana bardzo duża przepustowość łącza, a nie jest możliwe połączenie przewodem lub światłowodem. Nawet w tym przypadku ze względu większą odporność na warunki atmosferyczne to połączenia radiowe z powodzeniem zastępują rozwiązania optyczne
  • wymagane jest połączenie trudne do podsłuchania. Poza oczywistym szyfrowaniem danych w każdym medium transmisyjnym, w przypadku połączenia optycznego, przy dużej przejrzystości powietrza, dość łatwo jest dynamicznie dobrać moc laserowego emitera w taki sposób aby sygnał był bardzo trudny do podsłuchania poza naturalnym kątem rozproszenia wiązki. Ale i w tym przypadku główna trudność podsłuchania przesyłanych danych wynika przede wszystkim z małej popularności urządzeń które taki nasłuch umożliwiają

   Jako ciekawostkę można podać przykład połączenia które daje praktycznie 100 procentową gwarancję odporności na podsłuchanie. Rozwiązanie to jest połączeniem światłowodowym w którym transmitowany jest tylko jeden foton, który to foton spodziewany jest w odbiorniku w ściśle określonym czasie. Ze względu na niepodzielność fotonu nie da się go podsłuchać bez poinformowania o tym fakcie odbiornika.