Técnica simples coloca 10 vezes mais dados nas fibras ópticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/12/2013

Foi uma questão de ajustar o formato dos pulsos para que 0s e 1s pudessem ficar mais próximos uns dos outros. [Imagem: Jamani Caillet/EPFL]

Mais dados na mesma fibra

Engenheiros suíços descobriram uma técnica para aumentar dramaticamente a capacidade de tráfego de dados nas fibras ópticas.

A melhor notícia é que a técnica utiliza as mesmas fibras ópticas que já estão instaladas e sendo usadas no mundo todo.

A técnica, conceitualmente simples, consiste em reduzir o espaço entre os pulsos de luz que transportam os dados.

Mas a simplicidade é apenas aparente, já que ninguém havia conseguido fazer isso antes.

"Desde que apareceram na década de 1970, a capacidade de dados das fibras ópticas aumentou por um fator de dez a cada quatro anos, impulsionada por um fluxo constante de novas tecnologias. Mas, nos últimos anos chegamos a um gargalo que cientistas de todo o mundo estão tentando romper," explica Camille Brès, da Escola Politécnica Federal de Lausanne.

Neste milênio não vinha sendo possível manter o ritmo de aumento na taxa de vazão de dados das fibras ópticas. [Imagem: Marcelo A. Soto/EPFL]

Questão de pulsos

A tecnologia atual exige uma separação larga entre os pulsos de luz para que não haja interferência entre bits que se aproximem demais.

De forma simplificada, em uma fibra óptica o pico de um pulso de luz representa um 1, enquanto o vale entre dois pulsos representa um 0.

Para reduzir o espaço entre dois pulsos sem que um interfira com o outro, a equipe usou um tipo especial de onda conhecida como pulso de sincronização Nyquist, que tem um cume pontudo, em lugar do tradicional desenho de onda senoidal.

"Esses pulsos têm um formato mais pontudo, o que permite que eles se encaixem. Há ainda alguma interferência, obviamente, mas não nos locais onde nós efetivamente lemos os dados," explicou a pesquisadora.

Segundo ela, os pulsos de encaixar foram gerados com "99% de perfeição", o que permite teoricamente aumentar a quantidade de informações que trafegam em uma fibra óptica em 10 vezes.

Os pulsos de sincronização Nyquist encaixam-se uns nos outros, sem perder os picos (1s) e sem descaracterizar os vales (0s). [Imagem: Marcelo A. Soto et al./NatComm]

Sincronização Nyquist

De forma simplificada, o formato de um pulso é determinado pelo seu espectro. Para gerar esses pulsos em formato de serra, o espectro precisa ser retangular, o que significa que todos os pulsos devem ser da mesma intensidade. Isso foi conseguido com um dispositivo padrão conhecido como grade de frequências.

Tudo pode parecer mesmo simples, mas, segundo a equipe, é um feito histórico, uma vez que ninguém até agora havia conseguido tirar proveito prático dos pulsos de sincronização Nyquist.

Como a tecnologia é totalmente óptica e baseada apenas em componentes já em uso, os pesquisadores acreditam que ela poderá ser utilizada de forma praticamente imediata.

Bibliografia:

Optical sinc-shaped Nyquist pulses of exceptional quality
Marcelo A. Soto, Mehdi Alem, Mohammad Amin Shoaie, Armand Vedadi, Camille-Sophie Brès, Luc Thévenaz, Thomas Schneider
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2898
DOI: 10.1038/ncomms3898

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DataLogger com PIC18F

DataLogger é um equipamento destinado a coletar dados durante um certo tempo. Esses dados são fornecidos por sensores e seus valores são armazenados numa memória.

Este projeto trata-se de um datalogger que faz a medição de temperatura utilizando o sensor LM35, e armazena seus valores num cartão SD, junto com a hora atual. O relógio utlizado é o RTC DS1307.

O arquivo será salvo no formato ".csv" para poder ser aberto no Excel. Para cada vez que reiniciar o microcontrolador, será criado um novo arquivo.

No caso utilizei o microcontrolador PIC18F4620, mas pode ser utilizado por qualquer PIC da família 18F em diante.

O cartão SD deve estar formatado como FAT16.

Veja também que como o DS1307, comunica-se via I2C e o cartão SD comunica-se via SPI, ambas comunicações utilizam o mesmo pino no microcontrolador. Para facilitar o código, optei por utilizar a função SOFTWARE I2C. Software i2c, é uma emulação da comunicação i2c, utlizando qualquer pino do microcontrolador para essa comunicação.

A imagem do cartão SD para poder simular no Proteus está no formato ".ima". Baixe o programa UltraISO, ou outro semelhante, para poder abrir este arquivo.

Estou incluindo este arquivo no download abaixo.

DOWNLOAD:
Projeto DataLogger: datalogger.rar;


Caso você queira montar esse projeto, não se esqueça que o cartão SD é alimentado com 3.3V, e também os pinos CLK, DI e CS, deve receber tensões de 3.3V.



CóDIGO-FONTE:

MikroC PRO PIC v6.0

sbit Mmc_Chip_Select at LATC0_bit;
sbit Mmc_Chip_Select_Direction at TRISC0_bit;
sbit Soft_I2C_Scl at RC1_bit;
sbit Soft_I2C_Sda at RC2_bit;
sbit Soft_I2C_Scl_Direction at TRISC1_bit;
sbit Soft_I2C_Sda_Direction at TRISC2_bit;

char temp[16] = "00:00:00;000,0\r";
short segundos, minutos, horas, dia, date, mes, ano;
unsigned long adc;
char filename[11] = "DataXX.csv";//o array nao pode ser maior que 14

//define os segundos, minutos.. para o ds1307
void ds1307_write(){
Soft_i2c_stop();
Soft_i2c_start();
Soft_i2c_write(0xD0);
Soft_i2c_write(0x00);
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(0));//segundos
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(0));//minutos
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(12));//horas
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(1));//dia da semana
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(12));//data
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(3));//mes
Soft_i2c_write(Dec2Bcd(13));//ano
Soft_i2c_stop();

}

//faz a leitura do ds1307
void ds1307_read(){
Soft_i2c_start();
Soft_i2c_write(0xD0);
Soft_i2c_write(0x00);
Soft_i2c_Start();
Soft_i2c_write(0xD1);
segundos = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
minutos = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
horas = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
dia = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
date = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
mes = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(1));
ano = Bcd2Dec(Soft_i2c_read(0));
Soft_i2c_stop();
}

//Esta funcao cria um novo arquivo
void Create_New_File() {
  //cria o arquivo(caso nao exista) com atributo de arquivo e abre-o
  Mmc_Fat_Assign(&filename, 0xA0);
  //define a data de criação do arquivo
  Mmc_Fat_Set_File_Date(ano+2000, mes, date, horas, minutos, segundos);
  Mmc_Fat_Append();//prepara o arquivo para gravação
  Mmc_Fat_Write(temp, 15);//escreve no arquivo
}

//Esta função deleta o arquivo
void Delete_File() {
  Mmc_Fat_Assign(&filename, 0);
  Mmc_Fat_Delete();
}

short Test_File_Exist() {
  //como nao definiu nenhum atributo de criação, caso o arquivo exista 
  //retorna 1, caso contrario retorna 0
  return Mmc_Fat_Assign("DATA00.csv", 0);
}


//abre o arquivo(caso não exista, nao ira ler) e inicia a leitura.
void Open_File_Read() {
unsigned long i, size;
char caracter;
  Mmc_Fat_Assign(&filename, 0);
  Mmc_Fat_Reset(&size);//recupera o numero de caracteres do arquivo
  for (i = 1; i <= size; i++) {
    Mmc_Fat_Read(&caracter);// le um caracter do arquivo
    UART1_Write(caracter);
  }
}


void main()
{
short i;

ADC_Init();//inicia o modulo ADC
ADCON1 = 0B00001110; //define o canal 0 como analogico, o restante como digital.
Soft_i2c_init();//inicia a comunicação software i2c
//inicia a comunicação SPI
SPI1_Init_Advanced(_SPI_MASTER_OSC_DIV4, _SPI_DATA_SAMPLE_MIDDLE, _SPI_CLK_IDLE_LOW, _SPI_LOW_2_HIGH);
//inicia a comunicaçao com cartão SD
MMc_Fat_Init();

//verifica-se se o arquivo ja existe. caso exista cria um novo arquivo com um nome diferente
for(i=0;i<100;i++)
{
 filename[4] = (i/10) + 48;
 filename[5] = (i%10) + 48;
 if(Mmc_Fat_Assign(&filename, 0)==0)
 {
  break;
 }
}

while(1)
{
    adc = ADC_Read(0);
    adc = adc * 1000/204;
    temp[9] = (adc/1000) + 48;
    temp[10] = ((adc%1000)/100) + 48;
    temp[11] = (((adc%1000)%100)/10) + 48;
    temp[13] = (((adc%1000)%100)%10) + 48;

    ds1307_read();

    temp[0] = horas/10 + 48;
    temp[1] = horas%10 + 48;
    temp[3] = minutos/10 + 48;
    temp[4] = minutos%10 + 48;
    temp[6] = segundos/10 + 48;
    temp[7] = segundos%10 + 48;

    Create_New_File();
    
    delay_ms(500);
}
}

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