Програмне забезпечення системи завадостійкої передачі даних через лазерний канал за наявності штучних перешкод на основі мікроконтролера ESP32
Loading...
Date
Authors
Золотовський, Євгеній Русланович
Zolotovskyi, Yevhenii
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ЦНТУ
Abstract
У даній кваліфікаційній бакалаврській роботі розроблено програмне забезпечення, яке призначено для передачі даних через лазерний канал за наявності штучних перешкод. Метою роботи є створення програмного запеспечення яке буде передавати дані через лазерний канал за наявністю перешкод. Результат роботи – створено повністю робочу систему захищеної від перешкод передачі даних лазерним каналом, де використано мікроконтролери ESP32-WROOM-32, лазерний діод KY-008 та фототранзистор BPW85C. Система забезпечує стабільний зв'язок на відстані до 10 метрів зі швидкістю 10 Кбіт/с, використовуючи модуляцію OOK (100 Гц) та код Хеммінга для виправлення поодиноких помилок. У процесі розробки проведено аналіз методів передачі даних лазерним каналом, досліджено схеми модуляції (OOK), протоколи синхронізації та методи боротьби з навмисними перешкодами (освітлення 500 люкс, затемнення). Результатом стала розробка власного програмного забезпечення на C++ в Arduino IDE для двох ESP32: передавача (генерування, кодування, модуляція) та приймача (зчитування, фільтрація, декодування). Програма містить фільтрацію сигналу (усереднення 10 зразків АЦП), динамічне калібрування порогу (1500 одиниць) та вивід статистики (кількість бітів, відсоток втрат) через Serial Monitor.
Систему випробувано в умовах штучних перешкод, досягнуто точності прийому 95% при низькому рівні шумів. Архітектура модульна, що дає можливість додавати нові функції, як-от інтеграцію з MQTT або шифрування. Розробка довела ефективність лазерного зв’язку як альтернативи радіозв’язку в промисловості, IoT та аварійних ситуаціях. Програмне забеспечення на мові Arduino IDE. Додані інструкції щодо використання програмного забезпечення сприяють оперативному розгортанню системи для проведення тестувань чи демонстрацій. Програмне забезпечення коректно працює на персональних комп'ютерах архітектури IBM PC під управлінням операційних систем Windows 10 або Windows 11. Система може бути застосована як у навчальних цілях, так і як основа для розробки спеціалізованих бездротових оптичних каналів зв'язку в умовах обмеженого радіозв'язку. In this qualifying bachelor's work, software has been developed that is designed to transmit data through a laser channel in the presence of artificial interference. The purpose of the work is to create software that will transmit data through the laser channel in the presence of interference. The result of the work is a fully working system of data transmission protected from interference by a laser channel, which uses ESP32-WROOM-32 microcontrollers, a laser diode KY-008 and a phototransistor BPW85C. The system provides stable communication at a distance of up to 10 meters at a speed of 10 Kbps, using OOK modulation (100 Hz) and Hamming code to correct single errors. In the process of development, the analysis of data transmission methods by the laser channel was carried out, modulation schemes (OOK), synchronization protocols and methods for combating intentional interference (500 lux lighting, dimming) were studied. The result was the development of its own C++ software in the Arduino IDE for two ESP32: the transmitter (generation, encoding, modulation) and the receiver (reading, filtering, decoding). The program contains signal filtering (averaging 10 ADC samples), dynamic threshold calibration (1500 units) and statistical output (number of bits, percentage loss) through Serial Monitor. The system was tested under conditions of artificial interference, 95% reception accuracy was achieved with a low noise level. The architecture is modular, which makes it possible to add new features, such as integration with MQTT or encryption. The development proved the effectiveness of laser communication as an alternative to radio communication in industry, IoT and emergency situations. Software in Arduino IDE language.
The added instructions for using the software facilitate the operational deployment of the system for testing or demonstrations. The software works correctly on personal computers of the IBM PC architecture running Windows 10 or Windows 11 operating systems. The system can be used both for training purposes and as a basis for developing specialized wireless optical communication channels in conditions of limited radio communication.
Description
Keywords
лазерний канал, ESP32, передача даних, світловий сигнал, Arduino IDE, laser channel, data transmission, light signal
Citation
Золотовський, Є. Р. Програмне забезпечення системи завадостійкої передачі даних через лазерний канал за наявності штучних перешкод на основі мікроконтролера ESP32 : кваліфікаційна бакалаврська робота : спец. 123 «Комп’ютерна інженерія» / наук. кер. О. В. Коваленко ; Центральноукраїн. нац. техн. ун-т. - Кропивницький : ЦНТУ, 2025. - 115 с.