一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置

文档序号:11130 发布日期:2021-09-17 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置 (Multi-channel parallel data transmission device based on visible light communication ) 是由 罗建波 王英赫 陈诗 陈淑琳 王天鑫 刘向田 于 2021-05-28 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置,包括发射机和接收机,发射机设有多路并行的LED矩阵光源,接收机设有用于接收LED矩阵光源发射的光源信号的光电二极管,发射机驱动LED矩阵光源发射可见光,光电二极管接收LED矩阵光源发射的可见光,并对可见光信号进行处理,实现由发射机到接收机的数据传输。与现有技术相比,本发明具有传输距离长、稳定性好等优点。(The invention relates to a multi-channel parallel data transmission device based on visible light communication, which comprises a transmitter and a receiver, wherein the transmitter is provided with a multi-channel parallel LED matrix light source, the receiver is provided with a photodiode for receiving a light source signal emitted by the LED matrix light source, the transmitter drives the LED matrix light source to emit visible light, the photodiode receives the visible light emitted by the LED matrix light source and processes the visible light signal, and the data transmission from the transmitter to the receiver is realized. Compared with the prior art, the invention has the advantages of long transmission distance, good stability and the like.)

一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置

技术领域

本发明涉及可见光通信

技术领域

,尤其是涉及一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置。

背景技术

目前的可见光通信研究主要集中在两大方面,一个是提高系统传输速率方面,另外一个是加大传输距离。

从第一方向提高系统传输速率方面出发,可以从以下二个方面分别提高系统传输速率。第一,尽可能提高系统的频带宽度,主要用到使用光谱过滤系统、提高预均衡和后均衡效率、使用雪崩光电二极管替代传统的PIN二极管等方法实现。第二,是提高系统带宽利用率,主要是使用更复杂的调制方式,如OFDM等调制方式。

第二个研究方向是加大收发信机之间的传输距离。主要体现在使用高穿透能力的可见光谱,以及采用高功率的LED光源。但是这两种方式也有其弊端,首先高穿透能力的光谱无法覆盖高带宽的通信传输,其次利用高功率的LED光源在器件制备和使用寿命方面有着一定的瓶颈。

在现有研究中,利用RGBY-LED实现了非实时速率为8Gb/s的信息传输。在这一基础上,有研究利用5色硅基LED灯,采用离散多音(DMT)调制,并使用预/后均衡技术实现了1m传输距离的10.72Gb/s的可见光传输,这是目前最高速的可见光通信系统。目前对可见光通信系统的实时测试系统的研究较少,西门子等研究机构利用荧光粉型LED,实现系统带宽40MHz,通信速率达到230Mb/s但通信距离只有0.27m;2014年日本Kinki University实现带宽180MHz,通信速率达到630Mb/s,但是通信距离只有0.15m。

在上述技术发展中,比较全面的考虑了可见光通信中较为关键的问题,诸如传输速率问题,传输带宽利用率问题等,但是在一些特定的应用场合中,可见光通信系统仍需要克服一些来自其他方面的不足和缺陷。比如传输过程中的噪声干扰问题、并行传输的同步问题、实时通信的协调控制问题等。这些方面的不足极大地影响可见光通信的传输速率和系统性能,而这些问题大多数是因为光源形成多路并行的状态时影响较大,因此如果要进一步提高可见光通信系统的效率,需要解决多路并行的可行性问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种传输距离长、稳定性好的基于可见光通信的多路并行数据传输装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置,所述的数据传输装置包括发射机和接收机;所述的发射机设有多路并行的LED矩阵光源;所述的接收机设有用于接收LED矩阵光源发射的光源信号的光电二极管;所述的发射机驱动LED矩阵光源发射可见光,光电二极管接收LED矩阵光源发射的可见光,并对可见光信号进行处理,实现由发射机到接收机的数据传输。

优选地,所述的LED矩阵光源包括9个单灯珠10WLED光源,构成3×3矩阵。

更加优选地,所述的LED矩阵光源设有LED驱动电路。

更加优选地,所述的发射机还包括发射机机箱、主控板以及分别与主控板相连的电源模块、调试模块和下载模块;所述的电源模块、调试模块、下载模块和主控板分别安装在发射机机箱内;所述的LED矩阵光源设置在发射机机箱上;

电源模块,用于将220V电压转化为12V和3.3V电压;

调试模块,用于对发射机进行调试;

下载模块,用于将程序下载到主控板中。

更加优选地,所述的发射机设有光电耦合器和场效应管;所述的光电耦合器一端与主控板相连,另一端与场效应管相连;所述的场效应管还与LED驱动电路相连;所述的光电耦合器对场效应管的栅极进行控制,驱动场效应管进行信号放大,然后通过LED驱动电路驱动LED矩阵光源发出光信号。

更加优选地,所述的发射机设有散热扇;所述的散热扇安装在发射机机箱上,位置与LED矩阵光源相对应。

更加优选地,所述的发射机设有温度传感器;所述的温度传感器安装在发射机机箱上;所述的温度传感器与主控板相连,主控板采集温度传感器数据,若温度超过预设门限,则启动散热扇对发射机进行散热。

优选地,所述的接收机包括接收机机箱以及依次相连的光电转换电路板、前置放大电路板、去噪滤波电路板、主放大电路板、解调电路板和信号接收模块;所述的光电二极管设置在接收机机箱上,位置与LED矩阵光源,光电二极管与光电转换电路板相连;所述的光电转换电路板、前置放大电路板、去噪滤波电路板、主放大电路板、解调电路板和信号接收模块分别安装在接收机机箱内。

优选地,所述的发射机和接收机采用高速串行协议进行通信。

优选地,所述的发射机和接收机的底部均设有防滑纹。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

一、传输距离长:本发明中的数据传输装置通过光源矩阵,采用多LED形式进行信号发送,避免了光源功率有限造成的传输距离限制,解决了现有技术中可见光通信装置是采用单个LED作为光源进行信号发送,光源功率有限,传输距离较短的问题。

二、性能稳定:本发明中的数据传输装置由于采用了多LED方式进行信号传输,提高了系统发热量,因此本发明设计了系统风扇散热装置,解决了由于发射机功率过大而造成的的系统温度过高的问题,保证了数据传输装置的稳定性。

附图说明

图1为本发明中多路并行数据传输装置的结构示意图;

图2本发明中接收机的正面结构示意图;

图3为本发明中发射机的结构示意图;

图4为本发明中接收机的结构示意图;

图5为本发明中发射机的电路原理图;

图6为本发明中接收机的电路原理图。

图中标号所示:

1、发射机机箱,2、LED矩阵光源,3、散热扇,4、接收机机箱,5、光电二极管,6、电源模块,7、调试模块,8、下载模块,9、主控板,10、光电耦合器,11、场效应管,12、光电转换电路板,13、前置放大电路板;14、去噪滤波电路板;15、主放大电路板;16、解调电路板;17、信号接收模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。

本实施例涉及一种基于可见光通信的多路并行数据传输装置,其结构如图1、图2、图3和图4所示,数据传输装置包括发射机和接收机,下面分别对发射机和接收机进行描述。

一、发射机

发送机的内部电路原理如图5所示,发射机包括发射机机箱1、多路并行的LED矩阵光源2、散热扇3、电源模块6、调试模块7、下载模块8、主控板9、光电耦合器10、场效应管11和温度传感器。电源模块6、调试模块7、下载模块8、主控板9、光电耦合器10和温度传感器分别安装在发射机机箱1内,散热扇3和场效应管11分别安装在发射机机箱1上。散热扇3、电源模块6、调试模块7、下载模块8和光电耦合器10分别与主控板9相连。

LED矩阵光源2安装在发射机机箱1一侧的中部位置,包括9个单灯珠10WLED光源,构成3×3矩阵。LED矩阵光源2上安装有LED驱动电路,便于使用。

由于LED矩阵光源2发热量较大,因此在其一侧安装有18B20温度传感器,该传感器检测发射机机箱1中的温度并上传给主控板9,当温度超过设置门限,则启动安装在LED矩阵光源2一侧的嵌入散热扇3,对发射机机箱1进行散热。

电源模块6能将220V常用电压转化为12V及3.3V的电压来满足系统供电的需求,整个系统共用由电源模块提供的12V、3.3V电压。

调试模块7结合串口调试助手来进行使用,能在电脑上看到整个发射端的发射情况,进而进行调试。

下载模块8提供下载功能,利用KEIL5软件对程序进行编写并将程序下载到主控板9中。

主控板9采用STM32最小系统板。

光电耦合器10一端与主控板9相连,另一端与场效应管11,场效应管11还与LED驱动电路相连,光电耦合器10对场效应管11的栅极进行控制,驱动场效应管11进行信号方法,然后通过LED驱动电路驱动LED矩阵光源2发出光信号。

光电耦合器10主要提供隔离和开关的功能,光电耦合器10能将12V高电压和3.3V低电压隔离开来保护电路,并且能用光电耦合器的输出端对场效应管的栅极、源极进行控制,当场效应管的栅极和源极电压超过一定数值时,在场效应管的漏极会产生电流,场效应管导通,此时LED矩阵光源2发光,当光电耦合器10输入端为低电平时场效应管则不导通,LED矩阵光源2也不发光;10W的大功率LED灯能够通过快速的明暗变化将二进制数字信号“1”“0”发送出去,且具有一定的照明功能。

二、接收机

接收机的内部电路原理如图6所示,接收机包括接收机机箱4以及依次相连的光电二极管5、光电转换电路板12、前置放大电路板13、去噪滤波电路板14、主放大电路板15、解调电路板16和信号接收模块17,光电二极管5设置在接收机机箱4上,位置与LED矩阵光源2,光电二极管5与光电转换电路板12相连,光电转换电路板12、前置放大电路板13、去噪滤波电路板14、主放大电路板15、解调电路板16和信号接收模块17分别安装在接收机机箱4内。

本实施例中的发射机和接收机采用高速串行协议进行通信,在发射机和接收机的底部均设有防滑纹。

下面提供一种具体应用案例,即使用上述装置进行音频数据传输,工作原理为:

将音频信号进行编码数字化,并输入到主控板9,之后将信号接入到LED矩阵光源2的LED驱动电路,利用光电耦合器10对场效应管11的栅极进行控制,驱动场效应管11对信号进行放大,驱动LED矩阵光源2发出光信号,发射机机箱1上安装的光电二极管5接收LED矩阵光源2发射的光源信号,当接收机接收到发射机发出的光信号后,光电转换电路板12将光源信号转换为电信号,并通过前置放大电路板13进行信号放大,通过去噪滤波电路板14进行去噪滤波,再通过解调电路板16对信号进行解码,再使用无源蜂鸣器,即本应用案例中的信号接收模块17,将解码好的音频播放出来,该传输系统电路响应速度快,传输信息准确率高。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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