Transmisiones en infrarrojos
Introducción
Los enlaces infrarrojos se encuentran limitados por el espacio y los obstáculos. El hecho de que la longitud de onda de los rayos infrarrojos sea tan pequeña (850-900 nm), hace que no pueda propagarse de la misma forma en que lo hacen las señales de radio.
Es por este motivo que las redes infrarrojas suelen estar dirigidas a oficinas o plantas de oficinas de reducido tamaño. Algunas empresas, van un poco más allá, transmitiendo datos de un edificio a otro mediante la colocación de antenas en las ventanas de cada edificio.
Por otro lado, las transmisiones infrarrojas presentan la ventaja, frente a las de radio, de no transmitir a frecuencias bajas, donde el espectro está más limitado, no teniendo que restringir, por tanto, su ancho de banda a las frecuencias libres.
DEFINICION DE INFRARROJO:
La radiación infrarroja o radiación térmica es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas.
El nombre de infrarrojo, que significa "por debajo del rojo", proviene de que fue observada por primera vez al dividir la luz solar en diferentes colores por medio de un prisma que separaba la luz en su espectro de manera que a ambos extremos aparecen visibles las componentes del rojo al violeta (en ambos extremos). Aunque estas experiencias habían sido realizadas anteriormente por Isaac Newton, William Herschel observó en el año 1800 que se recibía radiación debajo del rojo al situar medidores de calor en las diferentes zonas no visiblemente irradiadas por el espectro.
Su longitud de onda, entre 700 nanómetros y un milímetro, es la siguiente en longitud al rojo, el color de longitud de onda más larga de la luz visible
COMUNICACIÓN CON INFARROJOS
Al hablar de comunicación inalámbrica lo primero que se piensa es en señales de radio. Sin embargo, olvidamos que nos comunicamos habitualmente con equipos electrónicos utilizando una tecnología que se ha vuelto muy común, extremadamente sofisticada y eficaz: las comunicaciones mediante infrarrojos. Como por ejemplo cuando se opera un control remoto, lo que uno hace es comunicarse por medio de luz en la gama de los infrarrojos
Un enlace de este tipo puede servir, por ejemplo, para enviar datos a un robot desde sensores, establecer y detectar balizas en el entorno, comunicar varios robots entre sí, o para que una persona dé órdenes utilizando un aparato convencional de control remoto (como el de su TV).
Características de los Sistemas Infrarrojos de Comunicaciones.
En general los sistemas de comunicaciones infrarrojos ofrecen ventajas significativas respecto a los sistemas de radio frecuencia. Al utilizar luz, los sistemas Infrarrojos de comunicaciones cuentan con un canal cuyo potencial de ancho de banda es muy grande y no están regulados en ninguna parte del planeta. Además, los sistemas infrarrojos de comunicaciones son inmunes a interferencias y ruido de tipo radioeléctrico.
Como la luz infrarroja no puede atravesar paredes, es posible (en comunicaciones interiores) operar al menos un enlace (celda) en cada cuarto de un edificio sin interferencia con los demás, permitiendo así una alta densidad de recurso del sistema, obteniéndose una gran capacidad por unidad de área. El comportamiento de las señales infrarrojas hace difícil que escuchas clandestinos las puedan captar.
La única manera de que las señales infrarrojas se pudieran captar sin permiso, es a través de las ventanas, pero si estas se cubren con persianas o cortinas se evitaría tal situación de inseguridad, sin la necesidad de los complicados algoritmos de cifrado utilizados en los sistemas de RF
Clasificación de los sistemas infrarrojos.
En general, los sistemas IR se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios.
El primer criterio es el grado de direccionalidad del transmisor y del receptor, así podemos encontrar enlaces dirigidos y enlaces no dirigidos.
Los enlaces dirigidos emplean transmisores y receptores altamente direccionales, los cuales deben apuntar uno al otro o hacia un área común (generalmente en el techo) para establecer el enlace.
Los enlaces no dirigidos en ellos se emplean transmisores y receptores de gran ángulo, disminuyendo así la necesidad de tal apuntamiento. En los enlaces directos se maximiza la eficiencia de potencia, ya que esta se dirige en un rango muy pequeño de direcciones, y por lo mismo se minimizan las pérdidas de propagación y la recepción de ruido causado por la luz ambiental. Al ser mínima la necesidad de apuntamiento, en un enlace no dirigido se facilita su reconfiguración.
El segundo criterio de clasificación está relacionado con la existencia o no de una línea de vista entre el transmisor y el receptor.
En los enlaces de línea de vista, la luz emitida por el transmisor llega directamente al receptor.
En los enlaces sin línea de vista, la luz que sale del transmisor llega al receptor generalmente después de haberse reflejado difusamente en una o varias superficies.
En un enlace de línea de vista, se utiliza con mayor eficiencia la potencia de las señales y se minimiza la distorsión por multitrayectorias. Y con un enlace sin línea de vista, se obtiene una mayor facilidad de uso, mayor movilidad, y robustez, o sea que el sistema sigue operando aun cuando existan obstrucciones causadas por personas u objetos que se interpongan entre el transmisor y el receptor.
Dispositivos
Receptores de infrarrojos
Los receptores de infrarrojos codificados integran en un chip el elemento sensible al infrarrojo, una lente, un filtro de espectro y toda la lógica necesaria para distinguir señales moduladas a una determinada frecuencia.
Ejemplo: Receptor de infrarrojos IRM8601S
El receptor está disponible en una cápsula similar a los transistores TIP y, como los transistores, también tiene tres patas. Existe también una cápsula con cobertura metálica. La conexión es muy simple: una de las patas es la alimentación de 5V, la otra la señal de salida y la tercera es el común o tierra.
Diagrama lógico del IRM8601S
Circuito de aplicación del IRM8601S
Hoja de datos lista las siguientes características:
- Inmunidad contra interferencias electromagnéticas.
- Disponible en cápsula metálica.
- Lente elíptico que mejora la recepción
- Bajo voltaje y bajo consumo
- Alta inmunidad a la luz ambiente
- Fotodiodo con circuito integrado
- Compatible con TTL y CMOS
- Recepción a larga distancia
- Elevada sensibilidad
Otros receptores de tipo similar:
- Vishay TSOP 1738
- Vishay TSOP 1838
- Vishay TSOP 11.. series
- Siemens SFH 506 (discontinuado)
- Siemens SFH 5110 (sucesor del SFH 506)
- Radio Shack 276-0137
- Everlight IRM 8100-3-M (Radio Shack part no. 276-0137B)
- Mitsumi IR Preamp KEY-COOSV (0924G)
- TOSHIBA TK19 444 TFMS 5360
- TEMIC TFMS 5380 Por Telefunken Semiconductors
- Sharp IS1U60 (Disponible como RS)
- Sony SBX 1620-12
- Sharp GP1U271R
- Kodenshi PIC-12043S
- Daewoo DHR-38 C 28
Emisores de infrarrojo
La otra parte del sistema, la emisión, se puede solucionar con un control remoto universal. Los receptores como el que describimos están ajustados para estos emisores de infrarrojos para electrodomésticos.
Si de todos modos se desea implementar un circuito, se puede utilizar, por ejemplo, el integrado codificador HT12E, que codifica 12 entradas (8 de dirección y 4 de datos, o comandos) en una señal en serie (para decodificarlas se utilizaría su hermanito, el HT12D).
Módulos de transceptor para enlace infrarrojo
Bien, también existe esta opción: se puede contar con unos módulos ya armados que permiten una comunicación bidireccional por infrarrojos. Son unas pequeñas plaquetitas, cosa que se observa en la imagen.
Modos de transmisión
A la hora de transmitir, las estaciones infrarrojas pueden usar tres tipos de métodos para ello: punto a punto, casi-difuso y difuso.
Sistemas IR punto a punto.
En un enlace punto a punto, el transmisor concentra su potencia en una pequeña región del espacio, por lo cual, para una potencia dada, este sistema es el que mayor distancia puede alcanzar.
De una manera parecida, el receptor capta luz infrarroja solo de una pequeña región del espacio, produciéndose así un mínimo de distorsión por multitrayectorias y de ruido causado por las fuentes de luz ambiental.
La combinación de estas características da como resultado altas razones de transmisión y grandes alcances. Además de esto, los sistemas punto a punto son relativamente baratos y simples.
Un buen ejemplo de sistemas infrarrojos punto a punto son los enlaces intersatelitales, en donde las condiciones ambientales (vacío) permiten que con relativamente pequeña potencia se tengan alcances y razones de transmisión muy grandes (cientos o miles de km y varios Gbps). Aunado a esto, el reducido espacio y poco peso de un sistema IR, cuestiones importantes en los satélites, le dan una gran ventaja respecto a los sistemas de RF en este tipo de aplicaciones.
En el modo casi-difuso, el tipo de emisión es radial; esto es, la emisión se produce en todas direcciones, al contrario que en el modo punto a punto. Para conseguir esto, lo que se hace es transmitir hacia distintas superficies reflectantes, las cuales redirigirán el haz de luz hacia la/s estación/es receptora/s. De esta forma, se rompe la limitación impuesta en el modo punto a punto de la direccionalidad del enlace. En función de cómo sea esta superficie reflectante, podemos distinguir dos tipos de reflexión: pasiva y activa. En la reflexión pasiva, la superficie reflectante simplemente refleja la señal, debido a las cualidades reflexivas del material. En la reflexión activa, por el contrario, el medio reflectante no sólo refleja la señal, sino que además la amplifica. En este caso, el medio reflectante se conoce como satélite. Destacar que, mientras la reflexión pasiva es más flexible y barata, requiere de una mayor potencia de emisión por parte de las estaciones, debido al hecho de no contar con etapa repetidora.
Sistemas IR difusos.
Como se analizó anteriormente, entre todos los tipos de sistemas IR, los sistemas IR difusos son los más fáciles de utilizar y también los más robustos, no se requiere apuntar tanto al transmisor como al receptor, ni se requiere que haya línea de vista entre estos.
Sin embargo, los sistemas IR difusos tienen más altas perdidas de propagación que sus contrapartes de línea de vista, requiriendo altas potencias de transmisión y un receptor que tenga una gran área de colección de luz. Transmisores difusos típicos emplean varios LEDs, los cuales son orientados en diferentes direcciones, para proveer una diversidad de trayectorias de propagación. Cuando transmiten, típicamente emiten una potencia óptica promedio en el intervalo de 100 a 500 mW, esto causa un consumo de potencia eléctrica más alto que el de un transmisor típico IrDA. Los receptores difusos típicos emplean como detectores diodos pin de silicio encapsulado en lentes hemisféricos, los cuales concentran la luz y tienen un amplio campo visual.
