可见光通信装置及系统论文和设计

全文摘要

本实用新型提供了一种可见光通信装置及系统，包括：信号输入装置、信号调制装置、LED设备、信号接收装置以及信号解调装置；信号调制装置一端与信号输入装置连接，另一端与LED设备连接；LED设备一端与信号调制装置连接，另一端与信号接收装置连接；信号接收装置还与信号解调装置连接；信号输入装置向信号调制装置输入第一数字信号；信号调制装置对第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将所述调制信号转换为第一电信号；LED设备在第一电信号控制下，进行频率变化；信号接收装置采集LED设备的频率的变化信息，并将变化信息转换为第二电信号；信号解调装置对第二电信号进行解调，得到第二数字信号。该方式提高了通信传输的稳定性。

主设计要求

1.一种可见光通信装置，其特征在于，包括：信号输入装置、信号调制装置、LED设备、信号接收装置以及信号解调装置；所述信号调制装置一端与所述信号输入装置连接，另一端与所述LED设备连接；所述LED设备一端与所述信号调制装置连接，另一端与所述信号接收装置连接；所述信号接收装置还与所述信号解调装置连接；所述信号输入装置向所述信号调制装置输入第一数字信号；所述信号调制装置对所述第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将所述调制信号转换为第一电信号；所述LED设备在所述第一电信号控制下，进行频率变化；所述信号接收装置采集所述LED设备的频率变化信息，并将所述频率变化信息转换为第二电信号；所述信号解调装置对所述第二电信号进行解调，得到第二数字信号。

设计方案

1.一种可见光通信装置，其特征在于，包括：信号输入装置、信号调制装置、LED设备、信号接收装置以及信号解调装置；

所述信号调制装置一端与所述信号输入装置连接，另一端与所述LED设备连接；

所述LED设备一端与所述信号调制装置连接，另一端与所述信号接收装置连接；

所述信号接收装置还与所述信号解调装置连接；

所述信号输入装置向所述信号调制装置输入第一数字信号；

所述信号调制装置对所述第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将所述调制信号转换为第一电信号；

所述LED设备在所述第一电信号控制下，进行频率变化；

所述信号接收装置采集所述LED设备的频率变化信息，并将所述频率变化信息转换为第二电信号；

所述信号解调装置对所述第二电信号进行解调，得到第二数字信号。

2.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述信号输入装置为矩阵键盘。

3.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述LED设备包括：放大电路以及LED灯；

所述放大电路与所述LED灯连接。

4.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述信号调制装置通过OOK编码调制所述第一数字信号。

5.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述信号调制装置为数字信号处理器、单片机、现场可编程门阵列芯片中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述信号接收装置包括：集中器、滤光片以及光电传感器；

所述集中器以及所述滤光片均与所述光电传感器连接。

7.根据权利要求6所述的可见光通信装置，其特征在于，所述光电传感器为PIN光电二极管。

8.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，所述信号解调装置包括：带通滤波器、全波整流电路、低通滤波器以及抽样判决器；

所述带通滤波器与所述信号接收装置连接；

所述全波整流电路的一端与所述带通滤波器连接，另一端与所述低通滤波器连接；

所述低通滤波器还与所述抽样判决器连接。

9.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其特征在于，还包括液晶显示屏；

所述液晶显示屏与所述信号解调装置连接；

所述液晶显示屏显示所述信号解调装置解调后的所述第二数字信号。

10.一种可见光通信系统，其特征在于，包括信号发生器以及如权利要求1-9任意一项所述的可见光通信装置；

所述信号发生器与所述可见光通信装置连接；

所述信号发生器向所述信号调制装置输入载波。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及通信传输技术领域，尤其是涉及一种可见光通信装置及系统。

背景技术

可见光通信是利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式，具有高速率性、低能耗、成本低、高保密性的特点，因而具有广泛的开发前景。

目前，现有的室内可见光通信通信装置，结构复杂，且信号不能进行高速率的传输，因此，目前现有技术存在可见光室内通信信号传输效果差的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可见光通信装置及系统，以解决现有技术中存在的可见光室内通信信号传输效果差的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种可见光通信装置，包括：信号输入装置、信号调制装置、发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)设备、信号接收装置以及信号解调装置；

信号调制装置一端与信号输入装置连接，另一端与LED设备连接；LED设备一端与信号调制装置连接，另一端与信号接收装置连接；信号接收装置还与信号解调装置连接；

信号输入装置向信号调制装置输入第一数字信号；信号调制装置对第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将调制信号转换为第一电信号；LED设备在第一电信号控制下，进行频率变化；信号接收装置采集LED设备的频率变化信息，并将频率变化信息转换为第二电信号；信号解调装置对第二电信号进行解调，得到第二数字信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，信号输入装置为矩阵键盘。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，LED设备包括：放大电路以及LED灯；

放大电路与LED灯连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，信号调制装置通过二进制启闭键控(On-Off Keying，简称OOK)编码调制第一数字信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，信号调制装置为数字信号处理器、单片机现场可编程门阵列芯片中的任意一种。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，信号接收装置包括：集中器、滤光片以及光电传感器；集中器以及滤光器均与光电传感器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，光电传感器为PIN光电二极管。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，信号解调装置包括：带通滤波器、全波整流电路、低通滤波器以及抽样判决器；

带通滤波器与信号接收装置连接；全波整流电路的一端与带通滤波器连接，另一端与低通滤波器连接；低通滤波器还与抽样判决器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括液晶显示屏；

液晶显示屏与信号解调装置连接；液晶显示屏显示信号解调装置解调后的第二数字信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种可见光通信系统，包括信号发生器以及如第一方面所述的可见光通信装置；

信号发生器与可见光通信装置连接；信号发生器向信号调制装置输入载波。

本实用新型实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供的一种可见光通信装置及系统，包括：信号输入装置、信号调制装置、LED设备、信号接收装置以及信号解调装置；其中，信号调制装置一端与信号输入装置连接，另一端与LED设备连接，LED设备一端与信号调制装置连接，另一端与信号接收装置连接，信号接收装置还与信号解调装置连接；因此，通过信号输入装置向信号调制装置输入第一数字信号，之后信号调制装置对第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将调制信号转换为第一电信号，再者LED设备在第一电信号控制下，进行频率变化，信号接收装置采集LED设备的频率变化信息，并将频率变化信息转换为第二电信号，最后信号解调装置对第二电信号进行解调，得到第二数字信号，该方式提高了通信信号传输的稳定性，从而解决了现有技术中存在的可见光室内通信信号传输效果差的技术问题。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的可见光通信装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的信号解调装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的可见光通信装置的另一结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的可见光通信装置的外形示意图；

图5为本实用新型实施例提供的信号接收装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的可见光系统的结构示意图。

图标：1-可见光通信装置；2-信号发生器；11-信号输入装置；12-信号调制装置；13-LED设备；14-信号接收装置；15-信号解调装置；16-液晶显示屏；151-带通滤波器；152-全波整流电路；153-低通滤波器；154-抽样判决器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，室内可见光通信装置可通过脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，简称PPM)，但PPM调制很难实现高速率的数据传输，且PPM调制的设计复杂，还可以通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)，但PWM调制可以控制的传输距离较短，需要在信号接收时设计较复杂的调控系统，因此，现有的可见光室内通信存在信号传输效果差的技术问题。

基于此，本实用新型实施例提供的一种可见光通信装置及系统，可以解决现有技术中存在的可见光室内通信信号传输效果差的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种可见光通信装置及系统进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供一种可见光通信装置，如图1所示，该可见光通信装置1包括：信号输入装置11、信号调制装置12、LED设备13、信号接收装置14以及信号解调装置15。

需要说明的是，信号调制装置12一端与信号输入装置11连接，另一端与LED设备13连接；LED设备13一端与信号调制装置12连接，另一端与信号接收装置14连接；所述信号接收装置14还与所述信号解调装置15连接；

具体地，本实用新型中信号输入装置11为矩阵键盘，在键盘中按键数量较多时，为了减少I\/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。特别，当矩阵键盘的按键按下时，则输出低电平；当矩阵键盘的按键未按下时，则输出高电平，当按下按键的顺序不同时，会向信号调制装置输入不同的数字信号，如输入的数字信号为1010011，则对应矩阵键盘输入高电平低电平高电平低电平低电平高电平高电平。

上述的信号输入装置11向信号调制装置12输入第一数字信号后，信号调制装置12对第一数字信号进行调制，得到调制信号，并将调制信号转换为第一电信号，其中，信号调制装置12为数字信号处理器、单片机、现场可编程门阵列芯片中的任意一种，本实用新型选用STM32单片机作为信号调制装置，STM32单片机具有低功耗、低成本以及高性能的特点，且通过STM32单片机不仅可以进行信号的调制，且通过STM32单片机的应用可以实现对数字信号的调制，可将调制信号转化为电信号。此外，信号调制装置通过OOK编码调制数字信号，当数字信号为“1”时，载波通过开关电路；当数字信号为“0”时，开关接地，该方式可以提高通信速率，降低误码率。该STM32单片机还可将数字信号转换为模拟信号，即可将调制信号转换为电信号，需要说明的是，调制信号是数字信号经过调制后得到的，仍为数字信号。

信号调制装置12将第一电信号传输至LED设备13后，LED设备13在第一电信号控制下，进行频率变化，其中，LED设备13包括：放大电路以及LED灯；放大电路与LED灯连接。放大电路的作用是将电压信号转换为功率电流信号，从而驱动LED灯发光，在本实用新型中LED灯亮的信息代表数字信号“1”，LED灯灭的信息代表数字信号“0”，如通过数字键盘输入的数字信号为“11010101”，那么LED灯对应会出现“亮亮灭亮灭亮灭亮”。

信号接收装置14采集LED设备13的频率变化信息，并将变化信息转换为第二电信号，其中，该变化信息即为LED灯发光的信号，具体地，信号接收装置14包括：集中器、滤光片以及光电传感器；集中器以及滤光片均与光电传感器连接，本实用新型采用菲涅尔透镜集中器来增加到达光电传感器表面的光信号强度，同时使用蓝光滤光片滤出响应缓慢的黄光部分及其他干扰光，以此来提高信号传输的准确性。

本实用新型的光电传感器选用PIN光电二极管，之所以选用PIN光电二极管采集LED设备的闪烁频率的变化信息，是由于该PIN光电二极管敏感度高且产生的信号噪声小，且可将接收到的光信号转化为电信号。

信号解调装置15对第二电信号进行解调，得到第二数字信号。信号解调装置解调第二电信号得到第二数字信号，其中，信号解调装置是采用非相干法对解调信号进行解调，从而得到第二数字信号。需要说明的是，当可见光通信装置在实际应用时需要进行通信传输验证，当第二数字信号与第一数字信号相一致时，即可见光通信装置正常通信；当第二数字信号与第一数字信号不一致时，需要对信号解调装置中的参数进行调整，直到第二数字信号与第一数字信号相一致时，即可将可见光通信装置应用到实际生活中。

具体地，信号解调装置15如图2所示，该信号解调装置15包括：带通滤波器151、全波整流电路152、低通滤波器153以及抽样判决器154；带通滤波器151与信号接收装置14连接；全波整流电路152的一端与带通滤波器151连接，另一端与低通滤波器153连接；低通滤波器153还与抽样判决器154连接。调制信号经过第一级的带通滤波器抑制噪声，第二级为全波整流电路对信号进行整流与放大，第三级为低通滤波器，可滤除电容电压具有与载波频率相同的波纹，第四级为抽样判决器，可提高接收机性能，恢复基带信号，即第二数字信号。

为了准确观察第二数字信号与第一数字信号的信息是否一致，此外，本实用新型实施理例还提供了一种优选的可见光通信装置，如图3所示，该可见光通信装置不仅包括：信号输入装置11、信号调制装置12、LED设备13、信号接收装置14以及信号解调装置15，还包括：液晶显示屏16，液晶显示屏16与信号解调装置15连接；液晶显示屏16显示信号解调装置15解调后的第二数字信号，通过液晶显示屏可以显示第二数字信号的信息，可以获知的通信传输结果。

本实用新型实施例提供的可见光通信装置，信号调制装置通过OOK进行调制，该调制过程简单，易于实现，且可以集成于便携设备上，且OOK调制能够在较大的范围内实现较高的通信速率，降低误码率。通过集中器、滤光片以及光电传感器降低了噪声的影响，解调信号具有低误码率，高稳定性的特点，该方式提高了通信信号传输的稳定性，且为用户带来良好体验。

实施例二：

本实用新型实施例提供了一种可见光通信装置，如图4所示，该装置整体封装在100cm×100cm×100cm黑色亚克力板构成的立方体空间内，该装置包括一个顶层、一个底层以及三个侧面。装置的顶层上表面设置有矩阵键盘、STM32单片机、放大电路以及液晶显示屏，顶层的下表面设置有3个LED灯，分别为LED1、LED2以及LED3，需要说明的是，这三个LED灯分别设置在等边三角形的三个顶点上。装置的底层绘制有坐标图，将集中器、滤光片以及光电传感器置于底层，光电传感器与信号解调装置相连，最终通过液晶显示屏输出数字信号。需要说明的是，由于该图中包含三个LED灯，三个LED灯均与放大电路连接，数字信号经过STM32单片机调制后，转化为电信号，该电信号控制LED灯进行频率变化，集中器增强LED灯的光信号强度，滤光片滤除频率变化缓慢的黄光以及其他干扰光，光电传感器将光信号转化为电信号。需要说明的是，本实用新型的集中器采用弧形菲涅尔透镜，滤光片采用蓝色滤光片，光电传感器采用PIN光电二极管，其中，弧形菲涅尔透镜集中器通过支撑杆与蓝色滤光片以及PIN光电二极管连接，蓝色滤光片设置在PIN光电二极管的上面，如图5所示，该结构是为了使三维空间中的光源均能由弧形菲涅尔透镜集中器接收而设置的，此外，根据光源距离需要可调节支撑环使其倾斜，从而改变弧形菲涅尔透镜集中器与PIN光电二极管间的距离，以提高信号传输的精确度。PIN光电二极管将接收的光信号转化为电信号，该电信号经过信号解调装置的解调，得到数字信号，该数字信号可通过液晶显示屏进行显示，从而实现可见光的通信。

本实用新型实施例提供的可见光通信装置，通过信号输入装置向信号调制装置输入第一数字信号，之后信号调制装置调制第一数字信号，得到调制信号，并将调制信号转换为第一电信号，再者LED设备在第一电信号控制下，进行频率变化，信号接收装置采集LED设备的频率变化信息，并将变化信息转换为第二电信号，最后信号解调装置解调第二电信号，得到第二数字信号，该方式提高了通信信号传输的稳定性，且为用户带来良好体验。

实施例三：

本实用新型实施例还提供一种可见光通信系统，如图6所示，该系统包括信号发生器2以及如实施例一、实施例二所述的可见光通信装置1；信号发生器2与可见光通信装置1连接；信号发生器2向信号调制装置12输入载波。

本实用新型实施例提供的可见光通信系统，与上述实施例提供的可见光通信装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

设计图

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全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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