XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение способа передачи данных с помощью волн инфракрасного диапазона

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дикун К.Н. 1

---

1МБУДО "Краснояружский ЦДО"

Бугаева Л.В. 1

---

1МБУДО "Краснояружский ЦДО"

Работа в формате PDF

350.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

На современном этапе компьютеризации и быстрого развития технологий, радиоэлектронная связь в военном деле стала играть такую же важную роль, как и техническое оснащение армии. В условиях специальной военной операции на Украине БПЛА стали неотъемлемым и эффективным средством как разведки, так и боевого применении. Связь между военными, так же, как и управление БПЛА, осуществляется посредством радиоволн различного диапазона. Такой вид связи, через которые передаются команды, телеметрия и видеосигналы, страдает зависимостью от устойчивости радиоканалов и может подавляться противником. Подавление же каналов радиосвязи может привести к невыполнению задач.

Как решить эту проблему? С этой целью я проанализировал виды электромагнитных волн, с помощью которых можно передавать сигналы и осуществлять связь. Анализ шкалы электромагнитных волн и их характеристик показал, что способностью передавать звуковые сигналы наряду с радиоволнами, обладают волны инфракрасного диапазона. Рассмотрение альтернативных способов осуществления связи и передачи информации на расстоянии в условиях СВО считаю интересной и актуальной темой исследования. 

Таким образом, цель работы: создать устройство для передачи связи на расстоянии с помощью электромагнитных волн инфракрасного диапазона.

Задачи:

1. Изучить научно-техническую литературу по тематике работы.

2. Познакомиться с устройством и характеристиками ИК-приемника.

3. Собрать устройство с использованием инфракрасного излучателя.

4. Изучить способы управления устройством.

Методы работы: анализ научно-технической литературы, моделирование, тестирование и эксперимент.

Объект изучения: передачи информации посредством волн инфракрасного диапазона.

Предмет изучения: возможность применения данного вида связи в условиях СВО.

Гипотеза работы: инфракрасные лучи возможно использовать для передачи информации на расстоянии.

Продукт проекта: устройство для приёма-передачи электромагнитных волн инфракрасного диапазона.

II. Устройство и характеристики ИК-приёмника

Обзор научно-технической литературы показал, что в бытовой радиоэлектронной аппаратуре получили широкое применение интегральные приемники инфракрасного излучения. По-другому их называют ИК-модулями. Их можно обнаружить в любом электронном приборе, управлять которым можно с помощью дистанционного пульта. Несмотря на кажущуюся простоту данного электронного компонента ИК-модуль представляет собой специализированную интегральную схему, предназначенную для приема инфракрасного сигнала от пультов дистанционного управления (ДУ) (рис.1). 

Рис.1

Инфракрасный модуль

Изучение структурной схемы, представленной на рис. 2, позволяет более детально разобраться в работе ИК-модуля. Микросхема приемника ИК-излучения включает: PIN-фотодиод, регулируемый усилитель, полосовой фильтр, амплитудный детектор, интегрирующий фильтр, пороговое устройство и выходной транзистор.

Рис.2.

Структурная схема ИК-модуля

PIN-фотодиод – это разновидность фотодиода, у которого между областями n и p расположена область из собственного полупроводника (i-область- прослойка из чистого полупроводника без внесённых в него примесей). Именно этот слой и придает PIN-диоду его особенные свойства. В обычном состоянии ток через PIN-фотодиод не протекает, так как в схему он включен в обратном направлении (в так называемом обратном смещении). Под действием внешнего инфракрасного излучения в i-области возникают электронно-дырочные пары и, в результате, через диод начинает протекать ток. Этот ток затем преобразуется в напряжение и поступает на регулируемый усилитель.

 После того, как сигнал проходит через полосовой фильтр, он поступает на амплитудный детектор и интегрирующий фильтр. Далее сигнал поступает на пороговое устройство, а затем на выходной транзистор. В случае, когда длительность пучка импульсов чрезмерна, система АРУ срабатывает, и приемник перестает принимать сигнал. 

ИК-модуль будет использоваться в качестве основного элемента в устройстве приема электромагнитных волн инфракрасного диапазона.

III. Сборка устройства с инфракрасным излучателем

Для сборки устройства передатчик-приемник была изучена техническая литература и подобраны оптимальные электрические схемы, с помощью которых возможно было бы осуществить радиосвязь в инфракрасном диапазоне. Электрическая схема передатчика с инфракрасным светодиодом представлена на рис.3, а электрическая схема приемника с ИК-модулем- на рис. 4.

Рис.3.

Электрическая схема передатчика с инфракрасным светодиодом

Рис.4.

Электрическая схема приемника с ИК-модулем

Согласно структурным элементам электрически схем были приобретены следующие материалы (рис.5 и рис. 6).

Все необходимые радиодетали были куплены на маркетплейсе Wildberries. ИК-светодиод был взят с электрической схемы инфракрасного датчика обхода препятствий (рис.7). 

Рис.7.

Микросхема датчика обхода препятствий

Элементы передающего и приёмного устройства были спаяны между собой согласно электрическим схемам, представленным на рис. 3 и рис.4.  напрямую, без использования электронной платы. Во время пайки, во избежание перегрева поверхности проводов, соблюдался температурный режим паяльника. После завершения пайки, была проведена проверка устройства на наличие короткого замыкания или неправильного соединения. Общий вид передатчика и приемника представлен на рис. 8.

                                                                 Рис.8.

Общий вид устройства для приема-передачи инфракрасных волн

Приёмник с ИК-модулем располагался таким образом, чтобы ИК- модуль приёмника находился в зоне предполагаемого излучения инфракрасного светодиода, но на некотором удалении от него. При проверке устройства в микрофон подавался звуковой сигнал. В динамике приёмника чётко слышалась речь, а также другие звуковые сигналы, подаваемые в микрофон передающего блока.

IV. Способы управления приёмно-передающим устройством

Один из основных способов управления приёмно-передающим устройством в инфракрасном диапазоне, является использование специальных пульсаций инфракрасного луча для передачи команд.  Существует несколько способов управления приемным устройством.

Первый способ отправки команд приемнику может производиться путем изменения частоты, длительности или модуляции инфракрасного сигнала в передающем устройстве. 

Существует способ управления устройством - с помощью мобильного приложения.  Для этого нужно скачать специальное приложение на свой смартфон или планшет и управлять устройством через беспроводное соединение. 

 Ещё одним способом управления устройством является использование голосовых команд. Путем распознавания голоса можно управлять устройством, не прибегая к физическому контакту с ним. Этот подход называется голосовым управлением. Такой способ используется в устройстве, описанном в работе.

V. Заключение

Творческая работа по созданию устройства и изучению способов передачи данных с помощью волн инфракрасного диапазона показала, что такой способ передачи данных имеет место быть. Гипотеза проекта подтвердилась: инфракрасные лучи можно использовать для передачи информации на расстоянии. Устройство может быть модернизировано в более компактное и мобильное, например, с использованием наушников.

Устройство с ИК-модулем имеет недостаток: прием и передача сигналов может осуществляться только в зоне видимости. Чтобы увеличить зону покрытия инфракрасных волн, возможно использование дополнительных спутниковых устройств. Описанный в работе передачи информации может рассматриваться как один из способов взаимодействия в условиях СВО и альтернативным способом передачи информации наряду с использованием радиосигналов.

Есть такая фраза: «На войне все средства хороши». В разрезе тематики работы можно сказать, что под «всеми средствами» понимается расширение диапазонов применения различных видов электромагнитных волн с целью отслеживания и обезвреживания противника.

VI. Список используемой литературы

1. Батраков А.Д. Элементарная электротехника для радиолюбителей. -М.: Госэнергоиздат, 1996 г.

2. Kашкаров А. П. Электронные самоделки -СПб.: БХВ-Пeтepбург. 2007. - 304 с.

3. Михеев С.В.Основы инфракрасной техники. Университет ИТМО,Санкт-Петербург. 2017.

4. Сворень Р.А. Электроника шаг за шагом: Практическая энциклопедия юного радиолюбителя . - Изд. 4-е, дополн. и исправл. - М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 540 с.: ил.