Lähetin- ja vastaanotinpareilla toteutettu älymaali

Abstract

Tässä työssä tutkittiin lähetin- ja vastaanotinpareilla toteutettua älymaalia, josta valmistettiin myös prototyyppi. Älymaalin tehtävä on mitata maaliin menevien laukausten paikkatieto ja nopeus. Lähettimen pulssina käytettiin 10 µs:n pituista kanttiaaltoa, jonka jaksonaika on 100 µs:a. Lähetinpiirin toiminta perustuu kytkimenä käytettyyn MOS-transistoriin, joka pulssittaa LED:ä sen hilalle tulevan ohjaussignaalin avulla. Tämä lähetetty pulssi havaitaan vastaanottimella, jonka valoilmaisimena toimii valodiodi. Kombinaatiologiikan avulla pystytään mittaamaan pallon nopeus ja paikkatieto lähetetystä ja vastaanotetusta pulssista.

Vastaanotinpiiri koostuu esivahvistimesta, jälkivahvistimesta, hysteresiskomparaattorista, vastusten jännitejaosta sekä ajuripiiristä. Esivahvistimen kaistanleveys mitoittiin 328 kHz:in ja sen vahvistuksen arvo kaistalla oli 100 dB:ä. Jälkivahvistimen vahvistus oli 21 (26,4 dB) ja sen kaistanleveydeksi saatiin ei-kääntävällä operaatiovahvistinkytkennällä 143 kHz:ä. Logiikkapiiri muodostettiin XOR-portin, AND-portin ja kiikkujen avulla.

Aluksi työssä tarkasteltiin, millaisilla piirirakenteilla lähetin-, vastaanotin- ja logiikkapiirit toteutettiin ja mitoitettiin rakenteiden komponenttien arvot. Tämän jälkeen valmistettiin piirilevyt käytännön toteutusta varten. Lopuksi suoritettiin mittaukset.

This Bachelor’s Thesis explored the smartgoal which one was implemented with transmitter receiver pairs. The purpose of the smartgoal is to measure the speed and the location of the shots which are going to goal. As the pulse of transmitter has been used 10 µs square wave which has 100 µs period. The performance of transmitter is based on MOS transistor which has been used as a switch. It pulses LED with a control signal which is coming to gate. The transmitted pulse is detected with the receiver, in which the photodiode acts as a photo detector. The speed and the location of the shot can be measured with digital logic gates from transmitted and received pulse.

The receiver circuit consists of a preamplifier, a post-amplifier, a comparator with hysteresis and a driver circuit. The bandwidth and gain of the preamplifier was designed to be 328 kHz and 100dB, respectively. The gain of the post-amplifier was 21 (26.4 dB) and its bandwidth implemented with non-inverting amplifier was 143 kHz. The logic circuit was constructed with a XOR-gate, an AND-gate and D-type flip flops.

At first, this Bachelor’s Thesis examines which kind of circuit structures transmitter, receiver and logic circuit was implemented. In addition, the values of components were calculated to achieve wanted performances. After that, the circuit boards were manufactured for practical implementation. Finally, the measurements were made.