Экспериментальная установка, состоит из передатчика и приемника, соответствующие принципиальные электрические схемы приведены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Принципиальная схема передатчика
Рис. 2. Принципиальная схема приемника сигналов
Передатчик выполнен на базе микроконтроллера Pic16F84A, который является в данной схеме источником прямоугольных импульсов. Сигнал испускается инфракрасным светодиодом.
Для индикации мощности принимаемого сигнала на передней панели приемника установлено три светодиода. Последовательное загорание (снизу вверх) одного, двух или трех светодиодов соответствует минимальной, средней или максимальной мощности передаваемого сигнала.
Разъемы типа СР-50, установленные на корпусах передатчика и приемника, позволяют контролировать форму и число передаваемых импульсов. Компаратор, встроенный в приемник, позволяет контролировать мощность принимаемого сигнала.
В качестве источников питания используются готовые блоки. Программа, написанная для микроконтроллера, используемого в передатчике, здесь не приводится. Для демонстрации передачи информации используются: передатчик, приемник, блоки питания к ним, двухканальный двулучевой осциллограф, соединительные кабели со специальными разъемами. С помощью соединительных кабелей приемник и передатчик соединяются с двухканальным осциллографом.
Схема, содержащая микроконтроллер, генерирует прямоугольный импульс, который поступает на инфракрасный светодиод и излучается в направлении приемника. Работа передатчика возможна в двух режимах. В режиме настройки генерируются и излучаются (передаются) прямоугольные импульсы длительностью 204 микросекунды с тактовой частотой 4,0 МГц. Данный режим позволяет осуществить юстировку (совмещение осей) передатчика и приемника. Для демонстрации возможности передачи цифровой информации используется режим (нажатая кнопка), при котором передатчик последовательно генерирует и излучает пакеты импульсов, состоящие из одного, двух и так далее до девяти импульсов, что соответствует передачи знаков десятичного кода. Задержка между пакетами около одной секунды. Используемый режим осциллографа позволяет продемонстрировать факт действительно передачи информации (канал связи перекрывается непрозрачным предметом). Нас рис. 3 приведена фотография передаваемых (верхняя линия) и принимаемых (нижняя линия) импульсов в различных ситуациях, демонстрирующих работоспособность установки. Как мы можем наблюдать на экране осциллографа амплитуда импульса на приемнике несколько меньше чем амплитуда на передатчике. Это объясняется некоторым ослаблением сигнала при передаче. На шкале осциллографа сигнал с приемника расположен ниже сигнала с передатчика.
Рис. 3. Вид передаваемого и принимаемого сигналов
Кроме изучения процесса передачи информации как таковой, разработанная установка позволяет изучать прохождение сигнала через мутные среды, а также его отражение и преломление. В простейшем случае различное замутнение среды моделируется количеством слоев полупрозрачной папиросной бумаги, через которую проходит ИК сигнал. Соотношение мощностей излучаемого и принимаемого сигналов оценивается либо с помощью светодиодов на панели приемника (грубая оценка), либо по уровню сигналов на экране осциллографа. Использование в качестве «замутнителей» среды дыма, пара или каких-либо аэрозолей из-за сложности оценки их концентрации в воздухе затрудняет получение вида зависимости отношение мощностей сигналов от загрязнения среды. Измерение уровней падающего и отраженного сигналов позволяют оценить значение коэффициентов отражения и поглощения используемых поверхностей. В качестве преломляющих объектов использовались пластины и призмы, изготовленные из стекла различных марок.
Работа представлена на Международную научную конференцию «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», Австралия (Сидней), 24 декабря 2008 г. - 12 января 2009 г. Поступила в редакцию 10.11.2008.