CN102843187A - 基于可见光无线通信的环境振动感知系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于可见光无线通信的环境振动感知系统，包括外界振动源、信号发送端、信号接收端和信号处理分析模块，其中：所述信号发送端包括微振动传感器、偏置电路、LED电源和LED器件，所述信号接收端包括光电探测器和功率放大器。本发明所设计的基于可见光无线通信的环境振动感知系统能够实现对外界环境振源幅度、频率等的感知和检测，并且不产生电磁干扰，也不受外界无线电磁干扰影响。

Description

基于可见光无线通信的环境振动感知系统

技术领域

本发明涉及一种基于可见光无线通信的环境振动感知系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

压电式微振动传感器能够利用压电材料的压电效应将自然界的振动转换为电能，对于材料几乎是零消耗。自然界的振动普遍存在，能为该传感器提供持续的振动，而且这类传感器属于环境友好型装置，不会对环境造成任何污染，瞬时能产生几伏的电压。压电薄膜振动传感器能从周围环境捕获振动源的振动幅度、频率等信号并将之转化为相应同步的电信号。因此压电式微振动传感器是无线传感网络中振动信号采集设备的最佳选择。

近年来，随着LED技术的迅速发展，基于白光LED的可见光通信技术已日益成熟。利用已有的研究成果，进一步研究短距离的无线传感可见光通信系统。由于压电薄膜振动传感器能够很好的捕捉到周围环境的微小振动信号，并把振动信号转换为相应的电信号，结构简易、体积微小的集成可见光无线通信的环境振动感知系统能够实现对环境振动的感知，可以广泛应用于环境振动感知传感网络。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够不产生电磁干扰，也不受外界无线电磁干扰影响的基于可见光无线通信的环境振动感知系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于可见光无线通信的环境振动感知系统，其特征在于，包括外界振动源、信号发送端、信号接收端和信号处理分析模块，其中：

所述信号发送端包括微振动传感器、偏置电路、LED电源和LED器件，所述信号接收端包括光电探测器和功率放大器；

所述微振动传感器用于采集外界振动源的振动能量信息，并将所述振动能量信息转换为电信号后传输至偏置电路；

所述LED电源向偏置电路提供直流电压，偏置电路将上述电信号和LED电源的直流电压进行耦合处理，产生耦合电信号，并将所述耦合电信号传输至LED器件，驱动LED器件发光；

所述LED器件将耦合电信号转换成可见光信号，并利用光场的覆盖，通过无线传输的方式将所述光信号传输至光电探测器；

所述光电探测器用于接收上述光信号，并将所述光信号转换为电信号后传输至功率放大器；

所述功率放大器用于将上述电信号进行功率放大，并将功率放大后的电信号传输至信号处理分析模块，实现对环境振动源的感知。

作为本发明的一种优化结构：所述微振动传感器采用压电薄膜振动传感器。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统采用了压电薄膜振动传感器，实现了对外界环境微小振动能量的采集并转换成相应的电信号，结构简单、小巧方便，可以应用于恶劣环境下的无线感知网络。

2.本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统采用LED器件，利用可见光在自由空间的无线传输，实现信息的传输不产生电磁干扰，也不受外界无线电磁干扰的影响。

3.本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统，能够实现对环境振动源的感知，有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明所提出的可见光无线通信环境振动感知系统的传输示意图；

图2是本发明所提出的可见光无线通信环境振动感知系统的发送端电路模块框图；

图3是本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统的压电薄膜振动传感器功能模块框图；

图4是本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统的压电薄膜振动传感器结构示意图；

图5是本发明所设计的可见光无线通信环境振动感知系统接收端的电路模块框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明设计了一种基于可见光无线通信的环境振动感知系统，其特征在于，包括外界振动源、信号发送端、信号接收端和信号处理分析模块，其中：

所述信号发送端包括微振动传感器、偏置电路、LED电源和LED器件，所述信号接收端包括光电探测器和功率放大器；

所述微振动传感器用于采集外界振动源的振动能量信息，其工作原理为：通过压力材料对振动信号进行感知和采集，将环境振动信息转化为电信号，实现机械能和电能的能量转换，所述微振动传感模块将振动能量信息转换为电信号后传输至偏置电路；

所述LED电源向偏置电路提供直流电压，偏置电路将上述电信号和LED电源的直流电压进行耦合处理，产生耦合电信号，并将所述耦合电信号传输至LED器件，驱动LED器件发光；

所述LED器件用于将耦合电信号转换成光信号，通过无线传输的方式将所述光信号传输至光电探测器，其工作原理是借助于振动转换后的电信号对光强进行亮度调制，利用LED器件的光场覆盖，实现信息的无线传输；

在具体的实施方案中，为了使光敏二级管能够达到更好的效果，使用聚光器件和光敏二级管集成的光电探测器，从而提高光电探测器的灵敏性；

所述光电探测器用于接收上述光信号，并将所述光信号转换为电信号后传输至功率放大器；

所述功率放大器用于将上述电信号进行功率放大，并将功率放大后的电信号传输至信号处理分析模块，实现对环境振动源的感知。

如图3和图4所示，发送端采用压电薄膜振动传感器对环境振动源实现信息的感知、采集、转换，过程如下：

第一步：压电薄膜振动传感器实现对环境振动源的感知；

第二步：压电薄膜振动传感器的压电材料把振动能量转换成电能，将振动信息转化为电信号；

第三步：压电薄膜振动传感器将上述的电信号发送至偏置电路；

第四步：所述LED电源向偏置电路提供直流电压，将上述电信号和LED电源的直流电压进行耦合处理，产生耦合电信号，驱动LED器件发光；

第五步：所述LED器件用于将耦合电信号转换成光信号，通过无线传输的方式将所述光信号传输至光电探测器。

如图5所示，接收端采用光电探测器对光信号的处理，过程如下：

第一步：光电探测器将接收到的光信号转换成电信号；

第二步：电信号经功率放大器放大；

第三步：将功率放大后的电信号传输至信号处理分析模块，实现对环境振动源的感知。

如图2所示：作为本发明的一种优化结构：所述微振动传感器采用压电薄膜振动传感器。

Claims (2)

1.一种基于可见光无线通信的环境振动感知系统，其特征在于，包括外界振动源、信号发送端、信号接收端和信号处理分析模块，其中：

所述信号发送端包括微振动传感器、偏置电路、LED电源和LED器件，所述信号接收端包括光电探测器和功率放大器；

所述微振动传感器用于采集外界振动源的振动能量信息，并将所述振动能量信息转换为电信号后传输至偏置电路；

所述LED电源向偏置电路提供直流电压，偏置电路将上述电信号和LED电源的直流电压进行耦合处理，产生耦合电信号，并将所述耦合电信号传输至LED器件，驱动LED器件发光；

所述LED器件将耦合电信号转换成可见光信号，并利用光场的覆盖，通过无线传输的方式将所述光信号传输至光电探测器；

所述光电探测器用于接收上述光信号，并将所述光信号转换为电信号后传输至功率放大器；

所述功率放大器用于将上述电信号进行功率放大，并将功率放大后的电信号传输至信号处理分析模块，实现对环境振动源的感知。

2.根据权利要求1所述的基于可见光无线通信的环境振动感知系统，其特征在于：所述微振动传感器采用压电薄膜振动传感器。

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