Беспроводная передача данных по лазеру (Li-Fi): обзор производительности 100 б/с

Компоненты и материалы

Необходимые инструменты

• Паяльник
• Пятночное припоя

Приложения и онлайн-сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Проект состоит из двух блоков: передатчика (эмиттера) и приемника. Он позволяет передавать текстовые сообщения по лазерному лучу с использованием клавиатуры для ввода и LCD-дисплея для отображения. Это демонстрация технологии Li-Fi (Light Fidelity) — передачи данных модулированным светом.

Передатчик

На базе Arduino Nano с клавиатурой 4×3 и LCD 16×2. Пользователь вводит текст, нажимая клавиши (каждая клавиша кодирует 3 символа, переключение циклом). Кнопка «Confirm» (10) фиксирует символ, «Send» (12) — отправляет буфер. Текст кодируется в 5-битные коды (A-Z, пробел) и передается лазерным диодом по протоколу: стартовый бит (9 мс HIGH), 5 бит данных (по 10 мс каждый), пауза 20 мс между символами.

Приемник

На базе второго Arduino Nano с солнечной ячейкой на входе А0 и LCD 16×2. Фотоэлемент детектирует модулированный свет лазера. Программа ожидает стартовый бит (переход выше порога), затем считывает 5 бит с интервалом 10 мс. Полученный код сравнивается с базой 5-битных кодов символов. При совпадении символ выводится на LCD. Порог чувствительности калибруется при запуске (чтение фона + 10).

Схемы подключения

Передатчик

• LCD: VSS→GND, VDD→5V, K→GND, A→5V, RW→GND, V0→вывод потенциометра, RS→D12, EN→D11, D4→D6, D5→D5, D6→D4, D7→D3
• Клавиатура: строки A→A2, B→A1, C→D9, D→D7; столбцы 1→D8, 2→D10, 3→A3 (с pull-down 10кОм на столбцы)
• Лазер: катод→GND, анод→D2

Приемник

• LCD: VSS→GND, VDD→5V, K→GND, A→5V, RW→GND, V0→вывод потенциометра, RS→D12, EN→D11, D4→D5, D5→D4, D6→D3, D7→D2
• Солнечная ячейка: «-»→GND, «+»→A0

Код

Прилагаются два скетча: LI-FI Transmitter Code V 2.0 и LI-FI Receiver Code V 2.0 (C/C++). Код передатчика включает сканирование клавиатуры, кодирование символов в 5-битные паттерны, управление буфером 32×5 символов и передачу по лазеру. Код приемника — детектирование стартового бита, чтение 5 бит, сравнение с таблицей кодов и вывод на LCD. Оба скетча используют библиотеку LiquidCrystal.h.

Особенности

• Скорость передачи ~100 бод (бит/с)
• Дальность ограничена наводкой лазера на фотоэлемент
• Требуется точное выравнивание оптики
• Образовательный проект для изучения оптической связи