Modrá Twibright Ronja: otevřené pojítko ve výzkumu a vzdělávání

Karel Kulhavý 30. 6. 2016

Optické pojítko Twibright Ronja z roku 2001 se už moc nepoužívá kvůli levnému širokopásmovému internetu. Odvozuje se od něj nezvyklý výzkum a ČVUT ho použilo jako výukovou trasu.

Nejčastěji slouží návrh pojítka Twibright Ronja jako instantní polotovar ročníkové, maturitní nebo diplomové práce. ČVUT použilo Ronju na cvičnou bezdrátovou trasu pro studenty. Na jedné americké universitě Ronju použili na další výzkum – práci na téma bezdrátové optické komunikace pod vodou. Někteří jedinci Ronju použili k privátnímu vzdělávání a Ronja jim umožnila vstoupit do profesní oblasti, do které by jinak nevstoupili.


Zdroj: Bakala, Lafata, ČVUT FEL

Grafické rozhraní diagnostického modulu výukové instalace pojítka Ronja na ČVUT.

Výhodou je zde otevřenost, kde kompletní stavební dokumentace s elektronickými i mechanickými plány, seznamy součástek i určité vysvětlení funkce jsou přístupné na jednom místě na webu. V systému se nevyskytují žádná výrobní tajemství, žádné binární bloby, není třeba instalovat žádné drivery. Ani se nepoužívá mikrokontrolér, k jehož programování je třeba software, který má požadavky na operační systém a verze instalovaných knihoven, a je zatížen jejich i svojí nespolehlivostí a chybami. Článek posílám do redakce přes bezdrátovou kartu, jejíž linuxový ovladač se pravidelně zasekává a vyžaduje reboot, WiFi router, který zhruba jednou denně vytuhne a vyžaduje vypnout a zapnout, a kabelový modem, který také zhruba jednou denně vytuhne a vyžaduje vypnutí, počkání min. 5 minut a zase zapnutí.


Foto: gadgetronicx.com

Trh nám nabízí spoustu mikrokontrolérů na řízení bezdrátových zařízení. V případě Ronji si je autor písemné práce může všechny ušetřit. Spolu s komplexitou, která je s nimi spojena. Joseph Tainter, americký antropolog specializující se na pády civilizací způsobené nárůstem komplexity, by se možná zaradoval. Pokud ale autor přídavný kontrolér chce, může si typ dle vlastního výběru připojit.

Pojítko Ronja je koncepčně jednoduchý systém bezdrátové sítě, na kterém se mohou jak formální, tak i amatérští studenti prakticky seznámit s rozmanitými tématy. Tématy z oblasti elektroniky, bezdrátové techniky, zpracování signálů, matematiky, počítačových sítí, optiky, fyziky, mechaniky a sledování provozu.

Jak v praxi tedy takové vzdělávací a výzkumné práce vypadají a jakým způsobem využili autoři výhody práce s existujícím, dokumentovaným open source projektem jako základem písemné práce?

Jako první příklad si rozebereme semestrální projekt Pedra Lópeze Estepy, na švýcarské Federální Polytechnice v Lausanne (EFPL). Práce nese datum 2008 a byla vytvořena pod profesorem Aukem Janem Ijspeertem a asistentem Konstantinosem Karakasiliotisem. K dispozici je powerpointová prezentace.

Tématem práce je podvodní bezdrátová komunikace pro přenos videa mezi podvodním robotem a plošinou na hladině. Autor nejdříve rozebírá možná média komunikace: rádiové vlny mají ve vodě extrémní útlum. Při akustické komunikaci roste útlum s frekvencí, což omezuje přenosovou rychlost. Světelná komunikace má velký útlum na červené a fialové barvě, ale malý útlum na barvě modré a zelené v oblasti mezi 400–500 nm, jak plyne z obrázku na straně 7.

Kebes, Wikipedia, pod CC-BY-SA 3.0

Absorpce vody. Pokud se absorpcí počet fotonů sníží e-krát (e=2.718…), nazvěme to jednotkovou absorpcí. Graf nám říká, kolik takových jednotkových absorpcí je na jednom metru zařazeno za sebou. V nejlepším bodě má voda jednotkovou absorpci na 50 metrech, tedy 4.3 dB. Při standardním dosahu 1.4 km bychom redukcí vzdálenosti na 140 m získali 20 dB a ztratili 4.3 dB*140 m / 50 m = 12 dB. Na 200 m bychom získali 17 dB a ztratili 4.3 dB * 200 m / 50 m = 17.2 dB. Takže dosah Ronji s optimálně modrou diodou v křišťálově čisté vodě by byl 200 metrů. Červená Ronja by měla jenom 21 metrů. Navíc by se zvětšila ohnisková délka čoček téměř dvojnásobně, takže by se z Ronji staly pěkné raketomety. Také by bleskově prorezla.

Dále autor rozebírá existující optické systémy: IrDA a Ronja. IrDA, ač je levná, má pro danou aplikaci údajně příliš malou přenosovou rychlost. Autoři zřejmě neuvažovali variantu IrDA FIR se 4 Mbps, která byla standardizována už v roce 1995 (zdroj: Vishay). U Ronji vyzdvihuje Estepa výhody existujícího řešení: Vysoká přenosová rychlost 10 Mbps, jednoduchá implementace vysílače (invertorové pole) a snadná produkce manchester (BPSK) modulace pomocí jednoho XOR hradla.

widgety

Pak navrhuje použít modrou LED Z-Power LED Series X10190 (PDF) od Seoul Semiconductor, o které se dozvídáme, že má vysokou intenzitu, velkou reakční rychlost a vnitřní kapacita diody se rychle nabíjí. Podle datasheetu tyhle diody vydrží 0,4 ampéry proudu. Na straně 14 Estepovy práce je pak klasické schéma vysílacího pole z Ronji, ještě invertory jsou tam tak hezky stejně nakreslené do šikmé kaskády jako v původním schématu z Ronji (PDF).

Když jsem hledal datasheet k té diodě X10190, zjistil jsem, že ronjový obrázek vysílacího invertorového pole se dostal až do jakéhosi bizarního amerického patentu. Tím začneme v příštím díle.

Našli jste v článku chybu?
Vitalia.cz: Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Lupa.cz: Jak levné procesory změnily svět?

Jak levné procesory změnily svět?

Lupa.cz: Proč jsou firemní počítače pomalé?

Proč jsou firemní počítače pomalé?

Lupa.cz: Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Vitalia.cz: Vím, co se učíš, ale netuším, co piješ

Vím, co se učíš, ale netuším, co piješ

Podnikatel.cz: ČSSZ posílá přehled o důchodovém kontě

ČSSZ posílá přehled o důchodovém kontě

DigiZone.cz: Parlamentní listy: kde končí PR...

Parlamentní listy: kde končí PR...

Vitalia.cz: Jsou vegani a vyrábějí nemléko

Jsou vegani a vyrábějí nemléko

Podnikatel.cz: Tyto pojmy k #EET byste měli znát

Tyto pojmy k #EET byste měli znát

Vitalia.cz: Tradiční čínská medicína a rakovina

Tradiční čínská medicína a rakovina

Podnikatel.cz: Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Vitalia.cz: 5 chyb, které děláme při skladování potravin

5 chyb, které děláme při skladování potravin

DigiZone.cz: Wimbledon na Nova Sport až do 2019

Wimbledon na Nova Sport až do 2019

Podnikatel.cz: „Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

„Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

120na80.cz: Nejsilnější alergeny jsou pryč

Nejsilnější alergeny jsou pryč

Vitalia.cz: dTest odhalil ten nejlepší kečup

dTest odhalil ten nejlepší kečup

DigiZone.cz: Technisat připravuje trojici DAB

Technisat připravuje trojici DAB

DigiZone.cz: Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Podnikatel.cz: Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují