Аналогово-цифрове та цифро-аналогове перетворення сигналів в інформаційно-телекомунікаційних системах

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Міністерство освіти і науки України

ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»

Кафедра комп'ютерної інженерії та електроніки

Магістерська робота

на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня магістр

Спеціальність 123 «Комп'ютерна інженерія»

Аналогово-цифрове та цифро-аналогове перетворення сигналів в інформаційно-телекомунікаційних системах

Яновський Роман Романович Yanovskiy Roman

Науковий керівник: к.т.н, доц.Голота В.І.

Рецензент: к. ф.-м. н.,

проф. кафедри фізики і хімії твердого тіла Салій Я.П.

Івано-Франківськ 2019



АНОТАЦІЯ

Міністерство освіти і науки України Державний вищий навчальнийзаклад

«Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника» Фізико-технічний факультет

Кафедра «Комп'ютерної інженерії та електроніки»

Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи на тему:

«Аналогово-цифрове та цифро-аналогове перетворення сигналів в інформаційно-телекомунікаційних системах»

Пояснювальна записка до магістерської кваліфікаційної роботи “Лазерна система зв'язку на основі мікроконтролера”: 79 с, 23 рис., 10 табл., 13 джерел.

Об'єкт дослідження - система лазерного зв'язку.

Метою роботи - аналіз і розроблення системи лазерного зв'язку на основі мікроконтролера, визначення переваг та сфер застосування.

Метод дослідження - статистичний аналіз, математичне та імітаційне моделювання з використанням ком'ютерної техніки.

Лазерний зв'язок дозволяє швидко і якісно, надійно та ефективно вирішити проблему близького зв'язку між об'єктами, які перебувають на відстані до 1200м і в межах прямої видимості.

Робота складається з вступу, 4 розділів, висновку, списку використаних джерел інформації.

Ключові слова: лазер, безпровідні системи, оптичний передавач, оптичний канал, мікроконтролер.



ABSTRACT

Explanatory note to the Master's Research Work "Laser communication system based on microcontroller", 79 pages, 23 figures, 10 tables, 13 references.

The object of research is the laser communication system.

The purpose of the graduation work is to analyze and develop a laser communication system based on the microcontroller, identifying advantages and areas of application.

Method of research - statistical analysis, mathematical and simulation modeling with the use of computertechnology.

Laser communication allows to quickly and qualitatively, reliably and effectively solve the problem of communication at not long distances between objects that are located at a distance of 1200m and within the line of sight.

The work consists of an introduction, 4 chapters, a conclusion, a list of used sources of information.

Keywords: laser, wireless systems, optical transmitter, optical channel, microcontroller.



ЗМІСТ

АНОТАЦІЯ

ABSTRACT

ВСТУП

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Загальні відомості

1.2 Класифікація лазерів

1.3 Сфери застосування

2. ЛАЗЕРНІ СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ. ОСОЛИВОСТІ ЛАЗЕРНИХСИСТЕМ

2.1 Загальні відомості

2.2 Сімейства, моделі та особливості

2.3 Установка лазерних систем

2.4 Структурна схема лазерної системи зв'язку

3. РОЗРОБЛЕННЯ АПАРАТНОГО ПРОТОТИПУ ЛАЗЕРНОЇ СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ

3.1 Описання і характеристики фото транзистора BPW77

3.2 Описання і характеристики лазерного діода D660-5

3.3 Описання характеристики компаратора напруги NTE834

3.4 Описання мікроконтролера ATmega32 та інтерфейсу UART

3.5 Розробка структурної, електричної схем та макетну лазерної системи

4. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕСПЕЧЕННЯ ЛАЗЕРНОЇ СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ

4.1 Розроблення півдуплексного послідовного інтерфейсу UART

4.2 Розроблення алгоритму та програми передачі даних

4.3 Розроблення алгоритму та програми прийому даних

5. ОХОРОНА ПРАЦІ

ВИСНОВКИ

СПИСОКВИКОРИСТАНИХДЖЕРЕЛ

ДОДАТКИ



ВСТУП

аналоговий сигнал лазер компаратор

Бурхливий розвиток засобів обчислювальної техніки, програмних засобів та їх широке впровадження в усі сфери управління у суспільстві привели до необхідності створення комп'ютерних мереж. Сьогодні неможливо уявити життя без комп'ютерів і мереж на їхній основі. Зараз в усьому світі існує величезна кількість мереж, які виконують різні функції і вирішують безліч різноманітних завдань. При експлуатації мережі раніше або пізніше, але завжди наступає момент, коли її перепускну здатність буває вичерпано і виникає необхідність прокласти нові лінії зв'язку. Альтернативою традиційним підходам щодо організації мережі на теперішній час може стати новий економічний вид бездротового зв'язку, який виник зовсім недавно, - лазерний зв'язок. Найбільший розвиток ця технологія одержала в США, де й була розроблена. Лазерний зв'язок забезпечує економічне вирішення проблеми надійного і високошвидкісного зв'язку на близькій відстані (1-2 км), що може стати корисним при об'єднанні телекомунікаційних систем різних типів або локальних обчислювальних мереж для польових систем передачі даних або систем міжкабінного обміну.

Метою роботи є дослідження можливості використання локальних обчислювальних мереж передачі даних на основі лазерних ліній зв'язку та можливості.

Об'єктом дослідження лазерні системи зв'язку.

Предметом дослідження є реалізація лазерних систем ближнього зв'язку на основі мікроконтролерів.



1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Загальні відомості

Лазер - пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання у разі фокусування (1020 Вт/смІ для високоенергетичних лазерів). Інша назва лазера - оптичний квантовий генератор. Лазер має три основних компоненти:

- активне середовище (лазерний активний елемент), в якому створюються стан лазерного середовища;

- систему накачування (пристрій для створення інверсії в активному середовищі);

- оптичний резонатор (пристрій, що випромінює у простір напрямлені фотони і формує на виході світловий пучок).

Сьогодні вже є численні різноманітні лазери, що відрізняються між собою активними середовищами, потужностями, режимами роботи та іншими характеристиками. Головна причина стрімкого зростання уваги до лазерів є насамперед, виняткові властивості цих приладів, а саме - монохроматичність, висока когерентність (узгодженість коливань), гостра спрямованість світлового випромінювання.



Рисунок 1.1 Структурна схема лазерної системи

Поява лазерів відразу вплинула і продовжує впливати на різні галузі науки і техніки із застосуванням лазерів для вирішення конкретних наукових і технічних завдань. Дослідження підтвердили можливість значного покращення багатьох оптичних приладів і систем і привели до створення принципово нових пристроїв (підсилювачі яскравості, квантові гігрометри, швидкодіючі оптичні схеми тощо). Сформувались нові наукові й технічні напрями - голографія, нелінійна та інтегральна оптика, лазерні технології, лазерна хімія, використання лазерів для керованого термоядерного синтезу та інших задач енергетики. Висока монохроматичність і когерентність лазерного випромінювання забезпечують успішне застосування лазерів у спектроскопії, ініціюванні хімічних реакцій, у поділі ізотопів, в системах вимірювання лінійних і кутових швидкостей, у всіх додатках, основаних на використанні інтерференції, в системах зв'язку та голографії. Надвисока щільність енергії та потужність лазерних пучків (див. табл. 1), можливість фокусування лазерного випромінювання в точку малих розмірів використовуються в лазерних системах термоядерного синтезу, у різноманітних технологічних процесах: лазерне різання, зварювання, свердління, поверхневе загартовування і розмірна обробка різних деталей. Ці ж властивості й спрямованість лазерного випромінювання забезпечують успішне застосування лазерів у військовій техніці.



Таблиця 1.1 Порівняння характеристик щільності енергії та потужності випромінювання

Джерело енергії	Щільність енергії, Дж/см3	Щільність потужності, Вт/см3
Електричний конденсатор	102
Електричний розряд	104	108 - 109
Хімічна вибухова речовина	104	109
Потужний електронний пучок струму	106	1013 - 1014
Ядерний вибух	1010 - 1011	1016 - 1018
Сфокусований потужний лазерний пучок	1010 - 1012	1020 - 1022
Анігіляція речовини (щільність 10 г/см3 )	1015

Чітка спрямованість лазерного випромінювання та його мала розбіжність застосовуються для розрахунків напрямків (у будівництві, геодезії, картографії), для наведення та показу цілей в локації, зокрема для вимірювання відстаней до штучних супутників Землі; в системах зв'язку через космос та підводного зв'язку. Зі створенням лазерів відбувся колосальний прогрес у розвитку нелінійної оптики, дослідженні та використанні таких явищ, як генерація гармонік, самофокусування світлових пучків, багатофотонне поглинання, різні типи розсіювання світла, викликаного полем лазерного випромінювання. Лазери успішно використовують у медицині: в хірургії (зокрема хірургії ока) і терапії різних захворювань,в біології, де фокусування в точку дає змогу діяти на окремі клітини або навіть на їх частини. Більшість з перерахованих вище областей застосування лазерів (табл.1.1) являє собою самостійні й розширені розділи науки чи техніки. Мета роботи - проілюструвати величезний вплив на розвиток науково-технічного прогресу та на життя сучасного суспільства появи лазерів.



1.2 Класифікація лазерів

Термін "лазер" - абревіатура, утворена з початкових літер англійських слів: Light amplification by stimulated emission of ratiation - посилення світла за рахунок створення стимулюючого випромінювання. Таким чином, лазер або оптичний квантовий генератор - це генератор, заснований на використанні вимушеного (стимулюючого) випромінювання. Можливість використовування такого явища була передбачена ще в 1917 році А.Ейнштейном. А першопрохідцями практичного використання лазерів були фізики В.А.Фабрикант, а також пізніше лауреати Нобелівської премії А.М.Прохоров, Н.Т.Басов, Ч.Таунс(США).

Як технічний засіб лазер складається з основних елементів: активного середовища та системи накачки резонатора. Агрегатний стан активної робочої речовини може бути: рідким, твердим або газоподібним. В якості резонатора використовують плоскопаралельне дзеркало, з високим коефіцієнтом відображення.

Накачка, тобто перевод атомів активного середовища на верхній рівень, забезпечується за допомогою потужного джерела світла або електричним розрядом. В основу класифікацій лазерів покладено фізико-технічні параметри і ступінь небезпечності лазерного випромінювання для обслуговуючого персоналу.

Фізико-технічні класифікації:

а) в залежності від агрегатного стану активного середовища лазери бувають: -твердотільними (на кришталах, склянні);

- газові - на фарбниках;

- хімічні-півпровідникові;

б) в залежності від характеру генерації:

- непреривні;

- імпульсні;

В залежності від способу накачки активної речовини:

- оптичні;

- електричні;

- хімічні.

Медична класифікація (по ступені небезпеки лазерного випромінювання для обслуговуючого персоналу:

Клас I (безпечні) - вихідне випромінювання не шкідливе для очей. Клас II (малонебезпечні) - небезпечні для очей, пряме або дзеркальне відображення випромінювання.

Клас III (середньонебезпечні) - небезпечні для очей, пряме, дзеркально і дифузно відображене випромінювання, для шкіри пряме і дзеркальне відображення

Клас IV(високо небезпечні) - небезпечні для шкіри, дифузно відображене випромінення.

В якості ведучих критеріїв при оцінці ступеня безпеки генеруючого лазерного випромінювання прийняті:

- величина потужності;

- довжина хвилі;

- тривалість імпульсу;

- експозиція опромінення.

Завдяки своїм винятковим здатностям (висока направленість променя, когерентність, монохроматичність) лазери знаходять винятково широке застосування в різних галузях промисловості, науки, техніки, зв'язку, с/г, біології, медицини.

В той же час розширення сфери їх використовування сприяє збільшенню контингенту осіб, що підлягають впливу лазерного випромінювання і висувають широке коло задач по профілактиці шкідливої і небезпечної дії цього відносно нового фактору оточуючого середовища. До основних несприятливих факторів, що виникають при роботі лазерів, відносять:

- пряме;

- дзеркальне відображене випромінювання;

- дифузно відображене випромінювання;

- розсіяне випромінювання.

1.3 Сфери застосування

Таблиця 1.2 Застосування лазерів у різних сферах

Виробництво	Голографія (створення віртуальних голографічних зображень за допомогою пучків лазерних променів); лазерні віддалеміри (використовуються в геодезії); лазерні рівні (використання в будівництві); лазерне свердління (використовуються для надтвердих та крихких матеріалів). (наземна, бортова, підводна); зв'язок (безпровідне передавання даних); навігаційні системи (системи супутникового позиціонування); лазерна зброя (лазерні приціли та системи ураження).
Лазерні шоусистеми	Різноманітні лазерні світлові шоу з використанням пучків лазерів різної довжини хвилі (кольору); голографічні шоу (з використанням лазерів для побудови 3D зображення в просторі).
Наукова сфера	Хімія (використання лазера як каталізатора); фізика (для проведення різноманітних експериментів); геодезія (для геодезичних досліджень); комп'ютерні науки (для зчитування та запису інформації).
Оптоелектронні пристрої	Камери спостереження (з використанням лазерних сенсорів руху); телевізори (новітні принципи створення зображення пучком трьох лазерів RGB); мікро- та телескопи (використання лазерів для точності фокусування); відеокамери (лазерне фокусування точності); прибори нічного бачення (лазерне фокусування); біноклі (можливість лазерного вимірювання точної відстані).
Системи оптичного зв'язку	Оптоволоконні системи (передавання даних оптичним волокном нових стандартів); безпровідні наземні лазерні системи (безпровідні оптичні ретранслятори та приймачі); безпровідні супутникові системи (безпровідна оптика в супутникових системах).

Оптичні квантові генератори та їх випромінювання знайшли застосування в багатьох галузях промисловості. Так, наприклад, в індустрії спостерігається застосування лазерів для зварювання, обробки і розрізання металевих і діелектричних матеріалів і деталей у приладобудуванні, машинобудуванні і в текстильній промисловості. Починаючи з 1964 року малопродуктивне механічне свердління отворів стало замінятися лазерним свердлінням. Термін лазерне свердління не слід розуміти буквально. Лазерний промінь пропалює отвір за рахунок інтенсивного випаровування матеріалу в точці впливу. Приклад такого способу свердління - пропалювання отворів у годинникових каменях, яка зараз вже є звичайною справою. Для цієї мети застосовуються твердотільні імпульсні лазери, наприклад, лазер на склі з неодимом. Отвір у камені (при товщині заготовки близько 0,1 - 0.5 мм.) пропалюється серією з декількох лазерних імпульсів, що мають енергію близько 0,1 - 0,5 Дж. і тривалістю близько 10-4 с. Продуктивність установки в автоматичному режимі складає 1 камінь у секунду, що в 1000 разів вище продуктивності механічного свердління. Лазер використовується і при виготовленні надтонких дротів з міді, бронзи, вольфраму та інших металів.

При виготовленні дротів застосовують технологію протягування (волочіння) дроту крізь отвори дуже малого діаметру. Ці отвори (або канали волочіння) висвердлюють у матеріалах, які мають особливо високу твердість, наприклад, в надтвердих сплавах. Найбільш твердий, як відомо, алмаз. Тому краще всього протягувати тонкий дріт крізь отвори в алмазі (алмазні фільєри). Тільки вони дозволяють отримати дріт діаметром всього 10 мкм. Однак, на механічне свердління одного отвору в алмазі потрібно 10 годин. Зате зовсім неважко пропалити цей отвір серією з декількох потужних лазерних імпульсів. Як і у випадку з пропалюванням отворів у годинникових каменях, для свердління алмазу використовуються твердотільні імпульсні лазери.

Лазерне свердління широко застосовується при отриманні отворів у матеріалах, які мають підвищену крихкістю. Як приклад можна навести підкладки мікросхем, виготовлені з глиноземної кераміки. Через високу крихкість кераміки механічне свердління виконується на "сирому" матеріалі. Обпалюють кераміку вже після свердління. При цьому відбувається деяка деформація виробу, спотворюється взаємне розташування висвердлених отворів. При використанні "лазерних свердел" можна спокійно працювати з керамічними підкладками, що вже пройшли відпал. Цікаве застосування лазера і як універсального паяльника. Припустимо, що всередині електронно-променевої трубки сталася аварія - перегорів або обірвався який-небудь провід, порушився контакт. Трубка вийшла з ладу. Здавалося б, поломка невиправно, адже ЕПТ являє собою пристрій, всі внутрішні компоненти якого знаходяться у вакуумі, всередині скляного балона, і ніякому паяльника туди не проникнути. Однак, лазерний промінь дозволяє вирішувати і такі завдання. Направляючи промінь в потрібну точку і належним чином фокусує його, можна здійснити зварювальну роботу. Лазери з плавною зміною частоти служать основою для спектральних приладів з винятково високою роздільною силою.

Наприклад, нехай потрібно дослідити спектр поглинання якої-небудь речовини. Вимірявши величину лазерного потоку, що падає на об'єкт, що вивчається, і пройшов через нього, можна обчислити значення коефіцієнта поглинання. Перебудовуючи частоту лазерного випромінювання, можна, отже, визначити коефіцієнт поглинання як функцію від довжини хвилі. Роздільна здатність цього методу збігається, очевидно, з шириною лінії лазерного випромінювання, яку можна зробити дуже малою. Ширина лінії, що дорівнює, наприклад, 10-3 см-1 забезпечує таку ж роздільну здатність, як і дифракційна решітка з робочою поверхнею 5м., а виготовлення таких граток являє собою майже нездійсненне завдання. Лазери дозволили виготовити світлолокатор, за допомогою якого відстань до предметів вимірюється з точністю до декількох міліметрів. Така точність недоступна для радіолокаторів.

В даний час у світі існує кілька десятків лазерних локаційних систем. Багато з них вже мають космічне застосування. Вони здійснюють локацію Місяця і геодезичних штучних супутників Землі. Як приклад можна назвати лазеро-локаційних систему Фізичного інституту імені П. М. Лебедєва. Похибка вимірювання при використанні даної системи складає 40 см. Проведення таких досліджень організовується для того, щоб точніше виміряти віддаль до Місяця протягом деякого періоду часу, наприклад, протягом року. Досліджуючи графіки, що описують зміну цієї віддалі з часом, вчені отримують відповіді на ряд питань, що мають наукову важливість.

Імпульсні лазерні локатори сьогодні застосовуються не тільки в космонавтиці, але і в авіації. Зокрема, вони можуть вимірювати висоту. Лазерний висотомір застосовувався також в космічному кораблі "Аполлон" для фотографування поверхні Місяця. Втім, у оптичних лазерних систем є і свої слабкі сторони. Наприклад, не так просто за допомогою гостронаправленої променя лазера виявити об'єкт, тому що час огляду контрольованій області простору виявляється занадто великим. Тому оптичні радіолокаційні системи використовуються разом з радіолокаційними. Останні забезпечують швидкий огляд простору, виявляють ціль, а потім оптична система вимірює параметри цілі і виконує стеження за нею. Великий інтерес представляють останні розробки в галузі створення телевізора на основі лазерних технологій. Згідно з очікуваннями фахівців, такий телевізор повинен відрізнятися надвисоким якістю зображення. Варто також відзначити використання лазерів у вже давно відомих принтерах високої якості або лазерних принтерах. У цих пристроях лазерне випромінювання використовується для створення на спеціальному світлочутливому барабані прихованої копії друкованого зображення.

Найважливіша особливість безпровідного оптичного зв'язку - високий ступінь захищеності каналу від несанкціонованого доступу. Здійснення несанкціонованого перехоплення каналу ускладнене, оскільки для цього необхідна точна спрямованість променя та застосування унікального для кожної моделі методу кодування інформації імпульсами випромінювання. Для виявлення спроб несанкціонованого доступу розроблено заходи, основані на різноманітних принципах: згортання хвильового фронту, аналізу зміни прийнятого сигналу тощо, що ще більше підвищує захищеність каналу зв'язку.

Функціонування системи лазерного зв'язку поділяється на такі процедури:

- Блок обробки приймає сигнали від різних стандартних пристроїв (телефону, факсу, цифрової АТС, локальної комп'ютерної мережі) і перетворює їх у прийнятну для передавання лазерним модемом форму.

- Перетворений сигнал передається електронно-оптичним блоком у вигляді інфрачервоного випромінювання.

- На приймальній стороні прийняте оптичною системою світло потрапляє на фотоприймач, де перетворюється на електричні сигнали.

- Посилений і оброблений електричний сигнал надходить на блок обробки сигналів, де відновлюється в форму, зручну для оброблення.

Передавання і прийом здійснює кожен з пари модемів одночасно і незалежно. Лазерні модеми встановлюють так, щоб оптичні осі прийомо-передавачів збігалися.



2. ДОСЛІДЖЕННЯ ЛАЗЕРНОЇ СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ ТА ЇХ ОСОБЛИВОСТІ

2.1 Загальні відомості

Базовим поняттям теорії побудови локальних мереж є поняття комп'ютерної мережі. Комп'ютерна мережа - це система розподіленої обробки інформації, яка є комплексним об'єднанням комп'ютерів з засобами передачі даних по лініях зв'язку. З системної точки зору, таке об'єднання надає такі нові можливості: в мережах може використовуватись весь наявний парк обчислювальної техніки всіх поколінь; об'єднуються всі ресурси складових комп'ютерної мережі, забезпечуючи підвищення загальної ефективності її роботи; впроваджується принцип колективної роботи всіх користувачів мережі для вирішення проблем в реальному масштабі часу незалежно від територіального розміщення елементів мереж; забезпечується колективне використання єдиної бази даних; комп'ютерні мережі можна застосовувати як автоматизовані системи управління в ієрархічних структурах військового призначення будь-якого масштабу. Першим етапом створення мережі є процес її планування. Він може здатися нудним і довгим, особливо якщо є гостра необхідність якнайшвидшого упровадження нової системи. Проте ретельне планування так само важливе для забезпечення ефективності і надійності системи, як і придбання апаратного і програмного забезпечення. Процес планування мережі складається з послідовності кроків, основними з яких є наступні:

- аналіз причин упровадження мережної технології;

- аналіз місця її територіального розташування;

- аналіз сумісності використаного обладнання;

- складання плану конфігурації;

- планування структури каталогів сервера;

- одержання списків конфігурації;

- розробка розкладу установки мережі;

- складання системного журналу.

Слід відзначити, що ці кроки не є якоюсь жорстко упорядкованою інструкцією, а процес планування мережі є ітераційним. Деякі з цих кроків залежать від результатів виконання інших, так що немає нічого незвичайного в тому, що час від часу потрібно буде переглядати свої рішення. Крім того, слід пам'ятати, що тут представлено загальний процес планування мережі, яким може скористатися будь-який користувач. Але кожен конкретний випадок може мати певні індивідуальні особливості. Тому наведений алгоритм відбиває загальний підхід до процесу планування мережі. На сьогоднішній день більша частина комп'ютерних мереж використовує для з'єднання дріт або кабелі. Вони виступають в якості середовища передачі сигналів між комп'ютерами. Існують різні типи кабелів, які задовольняють потреби різного класу мереж. Так, фірма Belden, яка є провідним виробником кабелів, публікує каталог, де пропонує більше 2200 їх типів. Але, у більшості мереж застосовуються тільки три основні групи кабелів:

1. Коаксіальний кабель (coa1ialcable);

2. Кручена пара (twistedpair); а) неекранована (unshielded); б) екранована(shielded);

3. Оптоволоконний кабель (fiberoptic).

При виборі типу кабелю враховують наступні показники:

- вартість монтажу і обслуговування;

- швидкість передачі інформації;

- обмеження на величину відстані передачі інформації (без додаткових підсилювачів повторювачів(репиторів));

- безпека передачі даних.

При побудові мережі головною проблемою є одночасне забезпечення цих показників, наприклад, найвища швидкість передачі даних обмежена максимально можливою відстанню передачі даних, при якій ще забезпечується необхідний рівень захисту даних. Легке нарощування і простота розширення кабельної системи істотно впливають на її вартість. У комп'ютерних і телефонних мережах лазерний зв'язок забезпечує обмін інформацією в режимі повного дуплекса. Для систем, які не вимагають високої швидкості передачі (наприклад, для передачі відеосигналу і сигналів управління в системах технологічного та охоронного телебачення), існує спеціальне економічне рішення з напівдуплексним обміном. При об'єднані не тільки комп'ютерних, але й телефонних мереж, можуть застосовуватися лазерні пристрої із вбудованим мультиплексором для одночасної передачі трафіка локальної обчислювальної мережі і цифрових групових потоків телефонії (Е1/ИКМ30).

Лазерні мережні пристрої можуть здійснювати передачу будь-якого мережного потоку, який доставляється їм за допомогою оптоволокна або мідного кабелю в прямому та зворотному напрямках. Передавач перетворює електричні сигнали в модульоване випромінювання лазера в інфрачервоному діапазоні з довжиною хвилі 820 нм і потужністю до 40 мВт. У якості середовища поширення лазерний зв'язок використовує атмосферу. Потім лазерний промінь попадає в приймач, що має максимальну чутливість у діапазоні довжини хвилі випромінювання. Приймач здійснює перетворення випромінювання лазера в сигнали використовуваного електричного або оптичного інтерфейсу. Таким чином здійснюється зв'язок за допомогою лазерних систем.

Лазерний зв'язок забезпечує економічне рішення проблеми надійного і високошвидкісного ближнього зв'язку (1,2 км), який може виникнути при об'єднанні телекомунікаційних систем різних будівель. Його використання дозволить здійснити інтеграцію локальних мереж з глобальними, інтеграцію віддалених один від одного локальних мереж, а також забезпечити потреби цифрової телефонії. Лазерний зв'язок підтримує всі необхідні для цих цілей інтерфейси - від RS-232 до АТМ.

Лазерний зв'язок на відміну від GSM зв'язку дозволяє здійснювати з'єднання типу "точка-точка" зі швидкістю передачі інформації до 155 Мбіт/с. У ході моделювання було отримано графіки залежностей імовірності доставки пакету від значення трафіку, який циркулює в мережі,та середньої затримки на комутаторі від значення трафіку, який циркулює в мережі. Залежності, наведені на рис. 1 свідчать про те, що про використанні технології лазерних мереж імовірність доставки пакету залишається рівною одиниці при значенні трафіку до 40 Мбіт/с, при цьому, при використанні технології Wi-Fi імовірність доставки пакету дорівнює одиниці при значенні трафіку до 20 Мбіт/с.

Рисунок 2.1 Графік залежності імовірності доставки пакету від значення трафіку

На рис. 2.2. наведено залежності, які характеризують середню затримку пакету на комутаторі. При використанні лазерних мереж дана характеристика менша ніж при використанні технології Wi-Fi. Так, при швидкості передачі даних в 110 Мбіт/с, затримка при використанні технології лазерних мереж складає 22255 нс, а при використанні Wi-Fi - 37545 мкс, що у 1,68 менше.

Таким чином, аналіз наведених залежностей свідчить про те, що у мережах, де є критичним втрата інформації (наприклад, військових телекомунікаційних мережах) та швидкість передачі даних, використання технології лазерних мереж є більш доцільним ніж використання технології



Рисунок 2.2 Графік залежності середньої затримки на комутаторі від значення трафіку

2.2 Родини, моделі та особливості лазерних систем

У цьому розділі проаналізовано три сімейства найбільш популярних в США лазерних систем - LOO, OmniBeam 2000 і OmniBeam 4000 (таблиця 2.1). Роидна LOO є базовою і дозволяє передавати дані і голосові повідомлення на відстань до 1000 м.

Родина OmniBeam 2000 має аналогічні можливості, але діє на більшу відстань (до 1200м) і може передавати відеозображення та комбінацію даних і мови.

Родина OmniBeam 4000 може високошвидкісно передавати дані із швидкістю від 34 до 52 Мбіт/с на відстань до 1200 м і від 100 до 155 Мбіт/с - до 1000 м.

На ринку представлені й інші родини лазерних систем, але вони або діють меншу відстань, або підтримують меншу кількість протоколів.

Таблиця 2.1 Родини лазерних систем

Родина	LOO	OmniBeam 2000	OmniBeam 4000
Ethernet (10 Мбіт/с)	+	+	-
Token Ring (416 Мбіт/с)	+	+	-
E1 (2 Мбіт/с)	+	+	-
Відеозображення	-	+	-
Комбінація даних і мови	-	+	-
Високошвидкісна передача даних (34-155 Мбіт/с)	-	-	+
Можливість модернізації	-	+	+

Кожна з родин включає в себе набір моделей, що підтримують різні комунікаційні протоколи (табл. 2.2). У родину LOO входять економічні моделі, які передають на відстань до 200м (буква "S" в кінці найменування).

Таблиця 2.2 Моделі лазерів і підтримувані протоколи

Модель	LOO- 28LOO-28S	LOO- 38LOO-38S	OB204 6	OB2846	OB2000 E1	OB2000 E	OB4000
Підтримуваний протокол	Ethernet IEEE802 .3FOIRL	Ethernet IEEE802.3 AUI	E1CCIT T G.703 DA-15	Ethernet IEEE802 .3FOIRLі E1 CCITT G.703 DA-15	E1 CCITT G.703 DA-15	Ethernet IEEE802 .3FOIRL	Е3; SONET1/O C1; ATM52; Fast Ethernet 802.3U; FDDI; SONET3/ OC3; ATM155

Безсумнівним достоїнством лазерних пристроїв зв'язку є їх сумісність з більшістю телекомунікаційного обладнання різного призначення (концентраторів, маршрутизаторів, повторювачів, мостів, мультиплексорів і АТС).

2.3 Установка лазерних систем

Важливим етапом розгортання лазерної системи є її інсталяція. Власне підключення займає незнаний час порівняно з монтажем і налаштуванням лазерного обладнання. При цьому від якості виконання цих операцій буде залежати і якість роботи самої системи. Тож перед поданням типових варіантів включення можна виділити декілька питань.

При зовнішньому розміщенні приймачі можуть встановлюватися на поверхні дахів або стін. Лазер монтується на спеціальній жорсткій опорі, зазвичай металевої яка кріпиться до стіни будівлі. Опора також забезпечує можливість регулювання кута нахилу і азимута променя.

В цьому випадку для зручності монтажу та обслуговування системи її підключення здійснюється через розподільні коробки (РК). В якості сполучних кабелів зазвичай використовують оптоволокно для ланцюгів передачі даних і мідний кабель для ланцюгів живлення і контролю. Якщо обладнання не має оптичного інтерфейсу даних, то можливе використання моделі з електричним інтерфейсом або зовнішнього оптичного модему.

Блок живлення (БП) приймача завжди встановлюється всередині приміщення і може кріпитися на стіні або в стійці, яка використовується для обладнання ЛВС або кросу структурованих кабельних систем. Поруч може бути встановлений і монітор станів, який служить для дистанційного контролю функціонування приймачів сімейств ОВ2000 і ОВ4000. Його використання дозволяє здійснювати діагностику лазерного каналу, індикацію величини сигналу, а також закільцьовування сигналу для його перевірки.

При внутрішньому монтажі лазерних приймачів необхідно пам'ятати про те, що потужність лазерного випромінювання падає при проходженні через скло (не менше 4% на кожному склі). Інша проблема - краплі води, що стікають по зовнішній стороні скла під час дощу. Вони грають роль лінз і можуть привести до розсіювання променя. Щоб зменшити цей ефект, рекомендується встановлювати обладнання поблизу верхньої частини скла.

Для забезпечення якісного зв'язку необхідно врахувати деякі основні вимоги. Найголовніша з них, без виконання якої зв'язок буде неможливий, є те, що будівлі повинні знаходиться в межах прямої видимості, при цьому не повинно бути непрозорих перешкод на шляху поширення променя. Крім того, оскільки лазерний промінь в області приймача має діаметр 2м, необхідно, щоб приймачі знаходилися над пішоходами і потоком транспорту на висоті не нижче 5м. Це пов'язано із забезпеченням правил безпеки. Транспорт також є джерелом газів і пилу, які впливають на надійність і якість передачі. Промінь не повинен поширюватися в безпосередній близькості від ліній електропередач або перетинати їх. Необхідно врахувати можливе висоти дерев, руху їх крон при поривах вітру, а також вплив атмосферних опадів і можливі збої у роботі через пролітаючих птахів.

Лазерне обладнання не є джерелом електромагнітного випромінювання (ЕМВ). Однак якщо розмістити його поблизу приборів з ЕМІ, то електронне обладнання лазера буде вловлювати це випромінювання, що може викликати зміну сигналу як в приймальнику, так і в передавачі. Це вплине на якість зв'язку, тому не рекомендується розміщувати лазерне устаткування поблизу таких джерел ЕМВ, як потужні радіостанції, антени і т.п.

При установці лазера бажано уникати орієнтації лазерних приймачів в напрямку схід-захід, так як кілька днів в році сонячні промені можуть на кілька хвилин перекрити лазерне випромінювання, і передача стане неможливою, навіть при наявності спеціальних оптичних фільтрів в приймальнику. Знаючи, як рухається сонце по небокраю в конкретному районі, можна легко вирішити цю проблему.

Вібрація може викликати зрушення лазерного приймача. Щоб уникнути цього не рекомендується встановлювати лазерні системи поблизу моторів, компресорів тощо.

Рисунок 2.3 Розміщення і підключення лазерних приймачів



Лазерний зв'язок допоможе вирішити проблему ближнього зв'язку при з'єднанні типу "точка-точка". Як приклади розглянемо кілька типових варіантів або способів включення. Отже, у вас є центральний офіс (ЦО) і філія (Ф), в кожному з яких функціонує комп'ютернамережа.

На рис. 2.4 представлений варіант організації каналу зв'язку для випадку, в якому потрібно об'єднати Ф і ЦО, що використовують в якості мережевого протоколу Ethernet, а як фізичне середовище - коаксіальний кабель (товстий або тонкий). В ЦО знаходиться сервер ЛВС, а в Ф - комп'ютери, які потрібно додати до цього сервера. За допомогою лазерних систем, наприклад моделей LOO-28 / LOO-28S або ОВ2000Е, можна легко вирішити цю проблему. Міст встановлюється в ЦО, а повторювач в Ф. Якщо міст або повторювач має оптичний інтерфейс, то оптичний модем не буде потрібно. Лазерні приймачі підключаються за допомогою здвоєного оптоволокна. Модель LOO-28S дозволить вам здійснювати зв'язок на відстані до 213м, а LOO-28 - до 1000м при куті прийому 3 мрад. Модель ОВ2000Е покриває відстань до 1200 м при куті прийому 5 мрад. Всі ці моделі працюють в режимі повного дуплексу і забезпечують швидкість передачі 10 Мбіт/с.

Рисунок 2.4 Підключення віддаленого сегмента ЛВС Ethernet на основі коаксіального кабелю



Подібний же варіант об'єднання двох мереж Ethernet, що використовують як фізичне середовище виту пару (10BaseT) наведено нарис.

2.5. Його відмінність полягає в тому, що замість моста і повторювача використовуються концентратори (хаби), що мають необхідне число розйомів 10BaseT і один інтерфейс AUI або FOIRL для підключення лазерних приймачів. В цьому випадку необхідно встановити лазерний приймач LOO-38 або LOO-38S, який забезпечує необхідну швидкість передачі в режимі повного дуплексу. Модель LOO-38 може підтримувати зв'язок на відстані до 1000 м, а модель LOO-38S - до213м.

Рисунок 2.5 Підключення віддаленого сегмента ЛВС Ethernet на основі витої пари

На рис. 2.6 представлений варіант комбінованої передачі даних між двома ЛВС (Ethernet) і групового цифрового потоку E1 (ІКМ30) між двома УВАТС (в ЦО і Ф). Для вирішення цієї проблеми підходить модель ОВ2846, яка забезпечує передачу даних зі швидкістю 12 (10 + 2) Мбіт/с на відстань до 1200 м. ЛВС підключається до приймача за допомогою здвоєного оптоволокна через стандартний SMA-роз'єм, а телефонний трафік передається за допомогою коаксіального кабелю 75 Ом через BNC-роз'єм. Необхідно відзначити той факт, що мультиплексування потоків даних не вимагає додаткового обладнання та виконується приймачем без зниження пропускної здатності кожного з них окремо.



Рисунок 2.6 Об'єднання обчислювальних і телефонних мереж

Варіант здійснення високошвидкісної передачі даних між двома ЛВС (LAN "A" в ЦО і LAN "B" в Ф) з використанням комутаторів АТМ і лазерних приймачів представлений на рисунку 2.7. Модель ОВ4000 дозволить вирішити проблему високошвидкісний ближнього зв'язку оптимальним чином. Є можливість отримання передачі потоків Е3, ОС1, SONET1 і ATM52 з необхідними швидкостями на відстань до 1200м, а потоків 100 Base-VG або VG ANYLAN (802.12), 100Base-FX абоFastEthernet (802.3), FDDI, TAXI 100/140, OC3, SONET3 і ATM155 з необхідними швидкостями - на відстань до 1000м. Передані дані доставляються на лазерний приймач за допомогою стандартного здвоєного оптоволокна, що підключається через SMA-роз'єм.

Рисунок 2.7 Об'єднання високошвидкісних телекомунікаційних мереж

Наведені приклади не вичерпують всіх можливих варіантів застосування лазерного обладнання. Спробуємо визначити місце лазерної зв'язку серед інших провідних і бездротових рішень, коротко оцінивши їхні переваги і недоліки (таб. 2.3).



Таблиця 2.3 Вартість монтажу лазерних систем

Орієнтована вартість	Мідний кабель	Оптоволокно	Радіоканал	Лазерний канал
	від 3 до 7 тис. дол. за 1 км	до 10 тис. дол. за 1 км	від 7 до 100 тис. дол. за комплект	12-22 тис. Дол. закомплект
Час на підготовку і виконання монтажу	Підготовка робіт і прокладка -до 1 місяця; установка HDSL- модемів - кілька годин	Підготовка робіт і прокладка ВОЛЗ 1-2 місяці	Підготовка робіт 2-3 місяці, установка - кількагодин	Підготовка робіт 1-2 тижні, установка - кількагодин
Максимальна пропускна здатність	До 2 Мбіт/с при використанні HDSL	До 155 Мбіт/с	До 155 Мбіт/с	До 155 Мбіт/с
Максимальна дальність зв'язку без повторювачів	До 20 км при використанні HDSL	Не менш 50- 70 км	До 80 км (залежить від потужності сигналу)	До 1,2 км
BER	>1E-7	<1E-10	1E-10	1E-10...1E-9

Почнемо з усім відомого звичайного мідного кабелю. Деякі його характеристики дозволяють практично точно розрахувати параметри створюваного каналу зв'язку. Для такого каналу неважливо, яке напрям передачі і чи знаходяться об'єкти в прямій видимості, не потрібно думати про вплив опадів і багатьох інших факторів. Однак якість і швидкість передачі, що забезпечуються цим кабелем, залишають бажати кращого. Частота появи помилкових бітів (BER) становить величину порядку 1Е-7 і вище, що значно більше величини цього показника у оптоволокна або бездротового зв'язку. Мідні кабелі відносяться до низькошвидкісних каналів зв'язку, тому перш ніж прокладати нові кабелі, подумайте про те, чи варто їх використовувати. Якщо кабель вже є, то вам варто задуматися про те, як підвищити його пропускну здатність на основі технології HDSL. Однак слід враховувати, що вона може не забезпечити необхідної якості зв'язку через незадовільний технічний стан кабельних ліній.

Оптоволоконні кабелі мають значні переваги перед мідними. Високі пропускна здатність і якість передачі (BER <1E-10), перешкодозахищеність, менші втрати енергії при передачі (отже, потрібна менша кількість регенераторів) - ось далеко не повний список переваг оптоволокна. Однак прокладка оптоволокна може обійтися вам в пристойну суму (до 10 тис. дол. за 1 км). До цього треба додати значну трудомісткість прокладки і високі ціни на зварювальне і вимірювальне обладнання.

Широке застосування знаходить радіозв'язок, особливо радіорелейні лінії і радіомодеми. Їм також притаманний свій набір переваг і недоліків. Існуючі технології радіозв'язку при створенні каналу для передачі даних забезпечать вам більш високі якість (BER <1Е-10) і пропускну здатність, ніж мідний кабель, і, можливо, дешевше, ніж оптоволокно. Монтаж обладнання займе менше часу. Однак при організації радіоканалу бажано знаходження об'єктів в прямої видимості, щоб уникнути проблем з якістю зв'язку. Можливі спотворення або втрати даних через засміченість і перенаселеності радіоефіру, та й саме радіоустаткування є джерелом перешкод. Виробники йдуть на різні хитрощі для забезпечення якості зв'язку, але проблеми залишаються. Певні труднощі пов'язані і з отриманням дозволу на користування радіоканалом.

Лазерний зв'язок - швидко і якісно, надійно і ефективно вирішує проблему ближнього зв'язку між двома будівлями, що знаходяться на відстані до 1200м і в прямої видимості. Без виконання цих умов лазерна зв'язок неможлива. Її безперечними перевагами є:

"Прозорість" для більшості мережевих протоколів (Ethernet, Token Ring, Sonet / OC, ATM, FDDI і ін.);

- висока швидкість передачі даних (до 155 Мбіт/с сьогодні, до 1 Гбіт/с у анонсованого виробниками обладнання);

- висока якість зв'язку з BER = 1Е-10 ...1Е-9;

- підведення мережевого трафіку до лазерного приймача за допомогою кабельних або оптоволоконних пристроїв сполучення;

- відсутність необхідності отримання дозволів на використання;

- відносно низька вартість лазерного устаткування, в порівнянні з радіосистемами.

Лазерні приймачі, через низьку потужності їх випромінювання, не становлять небезпеки для здоров'я. Слід зазначити, що хоча промінь безпечний, птиці його бачать і намагаються ухилитися, що істотно зменшує ймовірність збоїв. Якщо передана інформація доставляється до лазерного приймача і від нього по стандартному оптоволоконному кабелю, то гарантується передача даних без радіохвильового і електромагнітного випромінювання. Це не тільки забезпечує відсутність впливу на працююче поруч обладнання, а й унеможливлює несанкціонований доступ до інформації (отримати його можна, тільки підібравшись безпосередньо до приймача).

2.4 Структурна схема лазерної системи зв'язку

Запропонована структурна схема дослідної установки уможливлює дослідження бісигнальних відкритих оптичних каналів зв'язку за впливу різних атмосферних факторів у лабораторних умовах. Зовнішній вигляд діючої лабораторної установки подано на рис.2.8.

Зона передавання оптичних бісигналів ізольована від навколишнього середовища завдяки особливості побудови установки, яка забезпечує квазіадіабатний процес (ефект термоса), так, що дає змогу змінювати прозорість та температуру внутрішнього середовища установки.

Управління та імітація таких атмосферних явищ, як туман та сніг, реалізовується контролером дослідної установки та генераторами туману і снігу. Інтенсивність та тип атмосферного явища регулюють програмним способом на контролері.

Контролер установки також виконує збір даних телеметрії: температура, тиск, прозорість, рівеньосвітленості.

Формування, передавання та приймання даних здійснюються бісигнальними оптичними активними ретрансляторами (ОАР) (рис. 2.9).

Рис. 2.8 Експериментальна установка

Рисунок 2.9 Діюча макетна установка бісигнального ОАР Розроблена структура приймача оптичних сигналів з можливістю

Приймання сигналів на основі різних видів маніпуляції дозволяє реалізувати передавання оптичного сигналу з використанням сигнального кодування,що, своєю чергою, значно збільшує відстань передавання оптичних даних. Тестова схема пристрою працює згідно з послідовністю блоків (рис. 2.10)



Рисунок 2.10 Структурна та експериментальна схема тестового пристрою

1. Модуль інтерфейсу RS-485 забезпечує обмін даними між ОАР та цифровою АТС.

2. Спецпроцесор формування бісигналів S1 і S2 - здійснює підготовку до передавання даних.

3. Формувач оптичних сигналів - реалізує безпосереднє передавання оптичних бісигналів.

4. Приймач оптичних сигналів - здійснює фільтрацію та приймання оптичних даних.

5. Мікроконтролер - реалізує управління середовищем установки, вимірювання рівня сигналу та перевірку потоку даних на наявність помилок.

6. Модуль інтерфейсу RS-485 - передавання даних до цифрової АТС приймача.

Алгоритм роботи тестового пристрою показано на рис.(2.11)



Рисунок 2.11 Блок-схема роботи тестового пристрою передавання біоптичних даних



Після вмикання живлення пристрій налаштовує порти зв'язку. Послідовний RS-485 встановлюється на швидкість 115 кбіт/с. Стабілізується високий рівень сигналу та встановлюється один стоповий біт. У порті спецпроцесора, реалізованого на ПЛІС FLEX10K ALTERA, молодші чотири біти встановлюються як вхід, старші - на вихід. Після налаштування обидва пристрої очікують переривань. Якщо перший пристрій отримав дані від RS- 485, прийняті дані передаються на індикатори. Отримавши підтвердження про передавання першого біта даних, передаються наступні біти. Біти передаються у двох спектрах «1 - червоний спектр, «0 - зелений спектр. Після закінчення передавання пристрої переходять у стан очікування переривань.



3. РОЗРОБЛЕННЯ АПАРАТНОГО ПРОТОТИПУ ЛАЗЕРНОЇ СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ'

3.1 Описання і характеристики фототранзистора BPW77

BPW77N - дуже високочутливий кремнієвий NPN епітаксиально-планарний фототранзистор в стандарті TO-18 герметично закритий у металевому корпусі. Його скляна лінза з кутом огляду до ±10робить його нечутливим до падіння напруги. Корпус є необхідний для фіксації лінзи.

Рисунок 3.1 Кремнієвий NPN фото транзистор

Особливості BPW77N фототранзистора:

- герметично закритий корпус;

- отвір об'єктива;

- малий кутогляду;

- точне вирівнювання центрального чіпа;

- наявний базовий термінал;

- висока фоточутливість;

- придатний для видимого та ближнього інфрачервоного випромінювання;

- відноситься до групи з високою чутливістю.

Абсолютний максимум потужності Tнс= 25°C

Таблиця 3.1

Параметр	Умови випробувань	Символ	Значення	Одиниця
Напруга на базі колектора		Vнбк	80	V
Напруга емітера і колектора		Vнек	70	V
Базова напруга емітера		Vбне	5	V
Струм колектора		Ік	50	mA
Піковий струм колектора	tp/T = 0.5, tp ? 10 мс	Іпск	100	mA
Загальна потужність розсіювання	Tamb ? 25°C	Pз	250	mW
Температура PN		Tз	125	°C
Робочий діапазон температур		Tз	-55...+125	°C
Обмеження на температуру паяння		Tп	260	°C
Зовнішнятермічна провідність з'єднання		Rз	400	K/W
Внутрішня термічна провідність з'єднання		Rв	150	K/W

Таблиця 3.2

Параметр	Умови випробувань	Символ	Хв	Тип	Макс	Підрозділ
Пробійна напруга	IC = 1 mA	V(BR)CE O	70			V
	VCE = 20 V, E = 0	ICEO		1	100	nA
Коефіцієнт емісії емітера	VCE = 5 V,f = 1 MHz, E = 0	CCEO		6		pF
Кут з половиною чутливості		ц		±10		deg
Довжина хвилі пікової чутливості		лp		850		nm
Діапазон спектральної пропускної здатності		л0,5		620… 980		nm
Насиченість напруги емітера та колектора	Ee = 1 mW/cm2, л = 950 nm, IC = 1 mA	VCEsat		0.15	0.3	V
Час включення	VS = 5 V, IC = 5 mA, RL = 100 ?	ton		6		µs
Час вимкнення	VS = 5 V, IC = 5 mA, RL = 100 ?	toff		5		µs
Частота відсікання	VS = 5 V, IC = 5 mA, RL = 100 ?	fc		10		кГц



Основні характеристики Tнс= 25°C

Виділені характеристики Tнс= 25°C

Таблиця 3.3

Параметри	Умови випробувань	Модель	Символ	Хв	Тип	Макс	Одиниця
Колектор світлового струму	Ee=1mW/cm2, л=950nm, VCE=5V	BPW77NA	Ica	7.5	10	15	mA
		BPW77NB	Ica	10	20		mA

3.2 Описання і характеристики лазерного діода D660-5

Рисунок 3.2 Лазерний діод D660-5

Технічні дані лазерного діода:

- структура MQW, орієнтована на індекс;

- довжина хвилі 660 нм(тип.);

- оптична потужність 5 мВтКВт;

- пороговий струм 20 мА(тип);

- стандартний пакет 5,6мм;

- видимий світловий вихід650нм;

- оптична потужність 5мВт;

- тип пакета 5.6мм;

- вбудований фотодіод для моніторингу лазерного виходу.



Рисунок 3.3 Схема виведення

Таблиця 3.4

Елементи	Символи		Одиниця
Оптична вихідна потужність	Po	7	мВт
Зворотня напруга лазерного діода		2	V
Зворотня напруга фотодіода		30	V
Робоча температура	Tр	-10 ~ +60	°C
Температура зберігання	Тз	-40 ~ +85	°C

Таблиця 3.5

Елементи	Символи	Хв.	Тип	Макс.	Од.	Умова випробувань
Оптична вихідна потужність	Po		5		МВт
Пороговий струм	Iп		20	40	мА
Робочий струм	Iр		40	60	мА	Po = 5 мВт
Робоча напруга	Vр		2.7		В	Po = 5 мВт
Зняття довжини хвилі	8Д	655	660	665	Нм	Po = 5 мВт
Дивергенція променя	иЦ		5	11	Гр	Po = 5 мВт
Дивергенція променя	Иж		25	37	Гр	Po = 5 мВт
Ефективність схилу (мВт / мА)	0	0.3	0.7	0.9	µA
Моніторинг			10	20	µA	Po=5mW,VR=5V
Астигматизм	Ас		11		Мкм	Po=5mW
MTTF			10,000год.			Po=5mW,NA=0.4



3.3 Описання характеристики компаратора напруги NTE834

NTE834 і NTE834SM - точні компаратори напруги, призначені для роботи від одного джерела живлення в широкому діапазоні напруг. Також можлива операція з роздвоєними джерелами живлення, а їх низька потужність не залежить від величини напругиживлення.

Особливості:

- широкий єдиний діапазон напруги живлення: від 2В до36В;

- уже низьке постачання струму: 0,8мА;

- низький зсув струму вхідного сигналу:25nA

- низька напруга зсуву: ± 3мВ;

- низький струм зміщення вхідного сигналу: ±5нА;

- вихідні напруги сумісні з TTL, DTL, ECL, MOS іCMOS;

- доступний у стандартних 14-Lead DIP(NTE834).

Застосування:

- граничні компаратори;

- прості аналого-цифровіперетворювачі;

- імульс, меандр та генератори затримкичасу.

Абсолютна максимальна потужність:

- напруга живлення: 36В або ±18В;

- диференціальні вхідні напруги: ±36В;

- вхідні напруги від -0,3В до +36В;

- розподіл потужності (примітка 1): 775мВт;

- вихідний короткозамкнений контур до GND (примітка 2): безперервний

- вхідний струм (VIN <-0.3V, примітка 3): 50мА

- діапазон робочих температур від 0 ° до + 70 °С

- температура зберігання від -65 до + 150 °С

- температура свинцю (пайка, 10 секунд): + 300°С



Рисунок 3.4 Схема підключення піна

Рисунок 3.5



Рисунок 3.6

3.4 Описання мікроконтролера ATmega32 та інтерфейсу UART

Atmega32 є КМОП 8-бітовим мікроконтролером побудованим на розширеній AVR RISC архітектурі. Використовуючи команди виконуються за один машинний такт, контролер досягає продуктивності в 1МІВС на робочій частоті 1МГц, що дозволяє розробнику ефективно оптимізувати споживання енергії за рахунок вибору оптимальної продуктивності.

AVR ядро поєднує розширений набір команд з 32 робочими регістрами загального призначення. Всі 32 регістра з'єднані з АЛП, що забезпечує доступ до двох незалежних регістрів на час виконання команди за один машинний такт. Завдяки обраній архітектурі досягнута найвища швидкість коду і відповідно висока продуктивність в 10 разів перевершує швидкість CISC мікроконтролера.

ATmega32 містить 32Кбайт внутрішньої програмованої FLASH пам'яті, що допускає читання під час запису, 1024 байт EEPROM, 2К байт SRAM, 32 робочих регістра, JTAG інтерфейс сканування внутрішніх регістрів, три гнучких таймера - лічильника з модулем порівняння, внутрішні і зовнішні переривання, послідовний програмований інтерфейс USART, 8-и канальний, 10-й біт АЦП з диференціальним програмованим підсилювачем (тільки для TQFP), із програмованим Watchdog таймер з внутрішнім генератором, порт SPI і шістьма режимами заощадження енергії. У режимі Idle ЦПУ не функціонує в той час як функціонують USART, двопровідний інтерфейс, АЦП, SRAM, таймери-лічильники, SPI порт і система переривань. У Atmega32 існує спеціальний режим придушення шуму АЦП, при цьому в цілому в сплячому режимі функціонує тільки АЦП і асинхронний таймер для зменшення цифрових шумів перетворення. У режимі Викл. процесор зберігає вміст всіх регістрів, заморожує генератор тактових сигналів, призупиняє всі інші функції кристала до приходу зовнішнього переривання або надходження зовнішньої команди Reset. У режимі очікування працює один тактовий генератор, при зупинці інших функцій контролера. Завдяки швидкому переходу в нормальний режим роботи в тому числі і по зовнішньому перериванню Atmega32 успішно пристосовується до зовнішніх умов роботи і вимагає менше енергії, частіше опиняючись в режимі Викл. У розширеному режимі очікування в робочому стані знаходяться основний генератор і асинхронний генератор.