Вас вітає Інтернет конференція!
Вітаємо на нашому сайті
ВИКОРИСТАННЯ СВІТЛА ВИДИМОГО ДІАПАЗОНУ В СИСТЕМІ «РОЗУМНЕ МІСТО»
16.11.2022 02:48
[1. Інформаційні системи і технології]
Автор: Браїловський В.В., Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, м. Чернівці; Рождественська М.Г., Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, м. Чернівці; Миронов А.С., Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, м. Чернівці; Іванчук М.М., ПП «Артон» , м. Чернівці
Вступ
Li-Fi (Light Fidelity) – це технологія передавання даних, що використовує видиме світлове випромінювання як носій інформації [1, 2, 3]. На даному етапі розвитку технологія Li-Fi гідно доповнює Wi-Fi [4]. Зокрема, світло видимого діапазону може застосовуватись у системах прихованого передавання інформації [5-7].
Промені видимого діапазону знаходять широке використання у проектах «Smart City (розумне місто)». Наприклад, поєднання світлофора з такою інформаційною системою надає водіям можливість отримувати оперативну інформацію про рекомендований швидкісний режим на відрізку шляху до найближчого світлофора, що дозволяє суттєво спростити реалізацію принципу «зелена хвиля». Не менш важливою для водіїв є інформація про завантаженість вулиць того чи іншого району, а також інформація про місця проведення ремонтних робіт або дорожньо-транспортних пригод.
Основна частина
В роботі висвітлено результати макетування та дослідження параметрів інформаційних систем, в яких використані світлові промені видимого діапазону. Виготовлено два експериментальні макети та проведено такі дослідження:
− передавання акустичних сигналів променями видимого діапазону шляхом прямої модуляції світлового потоку світлофору;
− передавання акустичних сигналів шляхом частотної модуляції послідовності світлових імпульсів видимого діапазону.
Перший варіант найменш захищений від дії сторонніх джерел світла. В ньому здійснювалась пряма зміна величини інтенсивності світлового потоку модулюючим (інформаційним) сигналом. На рис. 1 зображено осцилограму модулюючого сигналу акустичного діапазону (частота 1кГц) та осцилограму, що характеризує інтенсивність світлового потоку. Відповідність форм сигналів забезпечувалась шляхом порівняння електричного сигналу, що подавався на світлодіодне джерело світла, та осцилограми сигналу фотодіода BPW34. Електричний сигнал фотодіода підсилювався в десять разів. Для забезпечення необхідної потужності світлового потоку електричний сигнал акустичного діапазону подавався на підсилювач напруги та підсилювач потужності.
Рис. 1. Осцилограми сигналів: а) електричний сигнал керування світлодіодами; b) світловий потік, зафіксований фотодіодною матрицею безпосередньо на виході світлодіода
Після підсилення електричний сигнал подавався на емітерний повторювач, реалізований за схемою Дарлінгтона. Струм спокою емітерного повторювача витримувався на рівні, більшому (або, принаймні, рівному) величини амплітуди гармонічного електричного сигналу. Для забезпечення світлового потоку, співмірного за потужністю зі світловим потоком світлофора, в емітерне коло повторювача ввімкнено 40 світлодіодів. Максимальна напруга на світлодіодах 12 В при струмі 1.2 А. На приймальній стороні використана сонячна панель вуличного ліхтаря Stark L-5-01 Li.
Експериментальні дослідження системи з прямою модуляцією світлового потоку інформаційним сигналом показали низьку її стійкість до впливу сторонніх джерел світла. Джерелом таких світлових потоків може бути Сонце, світло фар автомобіля, світло ліхтарика тощо.
Для більшості світлових потоків штучного походження характерна наявність перемінної складової. У випадку, наприклад, ламп денного світла частота основної гармоніки перемінної складової світлового потоку рівна 50Гц (100Гц). Джерелом перемінних (імпульсних) світлових потоків можуть бути світлові сигнали автомобілів з частотами в діапазоні 0,5÷1 Гц (зокрема, аварія, поворот) [8]. З метою зменшення впливу перемінних світлових потоків на роботу системи перед підсилювачем розміщено фільтр верхніх частот. Як фільтр верхніх частот використано RC-фільтр з частотою зрізу 150Гц.
Система працювала надійно на відстані більше 30 м в умовах дії завад від перелічених освітлювальних приладів. При попаданні на сонячну панель непрямих сонячних променів система зберігала працездатність. Прямі промені яскравого Сонця (літній сонячний день, небо без хмар) перевантажували сонячну панель, і функціонування системи практично припинялось.
Вища енергетична ефективність та стійкість до завад (до параметрів середовища розповсюдження) інформаційної складової світлового потоку забезпечується використанням послідовності світлових імпульсів як носійних коливань. На рис. 2. зображено структурну схему системи передавання інформаційного сигналу послідовністю світлових імпульсів змінної частоти.
Рис. 2. Структурна схема передавання інформаційного сигналу послідовністю світлових імпульсів змінної частоти
Схема електрична принципова модулятора зображена на рис. 3. Реалізований модулятор на логічних елементах К561ЛА7. Частота слідування генерованих імпульсів – 130 кГц.
Рис. 3. Схема електрична принципова модулятора, реалізована на логічних елементах мікросхеми К561ЛА7
Експериментальні дослідження частоти генерованих коливань від напруги зміщення постійного струму характеризуються достатньо лінійною обернено пропорційною залежністю (рис. 4).
Рис. 4. Осцилограма вихідного сигналу модулятора (червоний промінь) при вхідному сигналі гармонічної форми (жовтий промінь) і оптимальній величині напруги зміщення Uзм
На приймальній стороні демодуляція послідовності світлових, а після фотодіода та підсилювача – електричних імпульсів, здійснювалась за допомогою мікроконтролера МК STM32F103C8T6 (на професійному жаргоні він відомий як «Blue pill»[9]). Для розробки демодулятора використано ПЗ від STM STM32CubeIDE [10].
Висновки
В результаті виконання даної роботи розроблена інформаційна система, яка має такі технічні характеристики (при напрузі живлення 12В):
частота слідування світлових імпульсів – 130 кГц;
частоти модулюючих коливань – 20 Гц ÷ 12 кГц;
потужність світлового сигналу – 0,3 Вт;
дальність передавання світлового сигналу – 20 метрів.
Література
1. Li-Fi. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/Li-Fi
2. OFDM. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/OFDM
3. Li-Fi: Будущее интернета. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://habr.com/ru/post/435262/
4. Технология Li-Fi: характеристика технологии, сравнение с Wi-Fi и перспективы развития. [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://1234g.ru/novosti/li-fi
5. Spectral sensitivity of human vision to the light pulses / V. V. Brailovsky, I. V. Pyslar, M. G. Rozhdestvenska, M. Michalska. // Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska. – 2018. – №1. – P. 32–35.
6. Возможности использования световых лучей видимого диапазона в системах скрытой передачи информации / И. В. Пислар, В. В. Браиловский, М. Г. Рождественская, М. М. Иванчук // Системный анализ и прикладная информатика. – 2018. – №1. – С.27-36
7. Приймання прихованих оптичних сигналів видимого діапазону / Браїловський В.В., Іванчук М.М., Пислар І.В., Рождественська М.Г., Пшонник В.О. // Сучасний захист інформації. – 2019. - № 2(38) с. 47-53.
8. Електромагнітно-теплові реле повороту. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://www.avtoall.ru/article/5453106/.
9. Blue Pill https://stm32duinoforum.com/forum/wiki_subdomain/index_title_Blue_Pill.html.
10. Integrated Development Environment for STM32 https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeide.html
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Інші наукові праці даної секції
-
МЕТОД СТВОРЕННЯ ВІДМОВОСТІЙКИХ БАЗДРОТОВИХ СИСТЕМ У СУЧАСНИХ ВИРОБНИЦТВАХ
31.10.2022 17:13 -
PROJECT MODELS OF DEVELOPING THE DISTRIBUTIVE CHANNELS AND NETWORKS
16.11.2022 23:23 -
ЗАСТОСУВАННЯ АПАРАТУ НЕЧІТКОЇ ЛОГІКИ ПРИ СТВОРЕННІ АПАРАТНО-ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ ВИЯВЛЕННЯ КОМП’ЮТЕРНИХ АТАК
16.11.2022 16:31 -
СУЧАСНІ ПРИСТРОЇ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ОСОБИ
16.11.2022 13:33 -
РОЗПІЗНАВАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ ОСНОВІ МЕТОДІВ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОГО ІНТЕЛЕКТУ
16.11.2022 13:29
Конференції
Конференції 2024
Конференції 2023
Конференції 2022
Конференції 2021
