CN103546214A - 一种基于可见光的图像通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可见光的图像通信系统，包括：PC模块、串口通信模块、光发送模块包括信号调制模块和LED驱动模块、自由空间光通路模块、光接收模块包括光电转换模块和信号解调模块。本发明利用高亮度的Cree XLamp Q5单芯片型白光LED光源和响应度较高的OSD1—5T蓝光增强型PIN硅光电二极管，将计算机中的数字图像信息通过串口调制到LED可见光源，经过无线光传输，由PIN接收通过放大整形处理之后，经过串口送到计算机进行恢复显示，从而实现大容量数据以及图像的高速传输和实时通信。本发明结构简单，操作方便，提高了可见光图像通信系统的光谱范围，光电转换效率、响应速度、频带和信息传送速率，为可见光通信的发展奠定了一个良好的基础。

Description

一种基于可见光的图像通信系统

技术领域

本发明属于通信或电子技术领域，尤其涉及一种基于可见光的图像通信系统。

背景技术

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用，利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，与电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。

与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信，利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据，该系统还具有安全性高的特点，用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度，由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。

目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED，白光LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入，目前，商品化的大功率白光LED功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm／W，其发光效率(流明效率)已经超过白炽灯，接近荧光灯，白光LED的光效超过100lm／W并达到200lm／W(可以完全取代现有的照明设备)在不久的将来即可实现，因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。

目前美国、日本在可见光通信系统研究方面投入较大，在技术上也积累出很大优势，总之，LED照明光无线通信在国外也还出在起步和摸索阶段，但其应用前景非常看好，不仅可以用于室内无线接入，还可以为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法，汽车照明灯基本都采用LED灯，可以组成汽车与交通控制中心、交通信号灯至汽车、汽车至汽车的通信链路，这也是LED可见光无线通信在智能交通系统的发展方向，我国可见光通信系统研究近年来也发展较快，但大多处于理论研究等起步阶段。

目前的基于可见光通信系统大多采用两种类型的白光LED结构，按照结构分为两种形式：单芯片和多芯片性，多芯片型是通过将三基色的光源封装在一起，使其同时发光，从而混合产生白光，它的优点在于不受荧光粉的转换效率的影响，但是由于存在散热以及高成本等问题制约了多芯片型LED的应用。

目前的可见光通信系统的光电探测器件存在光谱范围窄，光电转换效率低、线性较差、响应速度慢、频带窄的问题。

总之，现有可见光通信系统存在光源调制带宽的选择，光源的合理布局，接收端和光源的角度，以及传输过程中的信噪比等问题。这些都关系到可见光通信技术的发展速度，只要这些问题能得到合理的解决，该项新型通信技术就会为全球的可见光通信带来巨大的效益。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于可见光的图像通信系统，旨在解决现有的图像通信系统存在的光源调制带宽窄，传输速率低，以及传输过程中的信噪比等问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于可见光的图像通信系统，该基于可见光的图像通信系统包括：

PC模块，用于接收和发送电信号，完成图像的发送与显示；

串口通信模块，与PC模块连接，用于实现PC模块与光发送模块和光接收模块的通信；

光发送模块，与串口通信模块连接，用于接收串口通信模块的电信号，实现调制后光信号的发送；

其中信号调制模块，与串口通信模块连接，用于接收串口通信模块的电信号，将电信号调制为满足LED灯线性工作区的电压电流范围，并调制LED灯，完成电光调制；

其中LED灯驱动模块，与信号调制模块连接，完成LED灯的驱动发光，使LED灯的发光光功率满足传输要求；

自由空间光通路模块，与LED灯连接并通过透镜，使光束在一定的角度范围内传输，将载有信息的激光信号在自由空间中传送，在接收端先通过透镜聚焦光信号，然后送入光电探测器；

光接收模块，与空间光通路模块相连接，完成光电信号的转换及解调并送入串口通信模块；

光电转换模块，与自由空间光通路模块连接，用于接收自由空间光通路模块的光信号；通过光电探测器进行光电转换，完成光电流到电压信号的转换及前置放大；

信号解调模块，与光电转换电路连接，用于对光电转换电路转换后的电信号进行整形和放大，使信号波形和电压满足串口通信要求，经过串口通信模块到达PC模块进行恢复显示。

进一步，光源LED的选择。白光LED分为单芯和多芯两种类型，单芯片型是将蓝光、紫光或者紫外光中某一单色LED作为光源，再配合使用不同的荧光粉而发出白光。因此其中的荧光粉的有效转换效率直接影响着单芯片型LED的发光效率。而多芯片型是通过将三基色的光源封装在一起，使其同时发光，从而混合产生白光，它的优点在于不受荧光粉的转换效率的影响，但是由于存在散热以及高成本等问题制约了多芯片型LED的应用。根据Cree XLamp Q5单芯片型光源的导通电压与正向电流关系特性曲线，从导通电压到最大工作电压这段为半导体的线性工作区，而这段区域正是所需要作为可见光通信系统信号调制的理想区间。

另外根据LED光照度与正向电流关系曲线，因此本系统LED灯采用了CreeXLamp Q5单芯片型光源，有效调制带宽可达1.5Mb／s，单只LED亮度可到200lm，选取250mA-350mA作为电流调制区间。

进一步，对光电探测器的选择要求主要有以下几点：

①光谱范围必须要足够宽，覆盖可见光波段(380nm-780nm)；

②光电转换效率高，主要由输入光功率与输出电流决定，即响应度R决定，通常一般的光电探测器响应度通常在0.2～0.7A／W之间；

③线性好、响应速度快、频带宽，可使信号失真尽可能的小。而响应速度主要由扩散时间、结电容、负载电阻等因素决定。实际中应选择有效接收面积可对信号光的最大强度接收的光电探测器；

④工作电压低，寿命长。

根据不同材料制的光电探测器的波长响应范围，及不同光电探测器的参数，本设计中选取了OSD1—5T蓝光增强型PIN硅光电二极管，它具有0.2A／W响应度、串联电阻与寄生电容小、响应时间适用小于10Mbps的通信系统。

进一步，信号调制模块电路的设计步骤为：

第一步：信号电压调整电路的设计；

第二步：电光调制电路的设计。

进一步，第一步信号电压调整电路设计为：

为了保证串口输出电压调整满足后续电路的要求，串口输出与光发送电路需阻抗匹配，本设计采用Ti公司的OPA2652做电压调整电路的放大器芯片。它在只有5.5mA／通道静态电流下，依然可达增益带宽积200MHz，其内部单位增益补偿稳定。当作为单位增益缓冲器时带宽可达700MHz，其优秀的特性使其作为有源滤波器、互阻放大器和差动放大器非常合适。具体连接方法为：

放大器U3的反相输入端与5K欧滑动电阻RW、电阻R7相连接；同相输入端与电阻R5相连接，电阻R5另一端接GND端；输出端与电阻R7、电阻R8相连接；放大器U4的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接；同相输入端连接电阻R10，电阻R10另一端接GND端；输出端与电阻R9、放大器U1的同相输入端相连接，放大器U3的VCC电源通过电容C3和电容C4连接GND端，VEE电源通过电容C5和电容C6连接GND端；放大器U4的VCC电源通过电容C7和电容C8连接GND端，VEE电源通过电容C9和电容C10连接GND端；VCC电压在5V～8V之间，VEE电压在-5V～-8V；电阻R7=R8=R9=R10=499Ω，电阻R5为500Ω；放大器U3和放大器U4为OPA2652。

进一步，第二步电光调制电路的设计为：

根据Cree Q5的参数其正常工作电流I_偏置的范围为350mA～700mA，当流过LED两端的调制信号电流ΔI平均达到50mA的量级上，才能保证调制度到10％以上，因此将恒流源选择在200mA～350mA之间比较合适。由于电流值不能手动调节，但可通过调节电压，故将放大电路设计成具有电流放大能力、而电压放大倍数为0.1的射随电路，同时避免了因使用运放对信号带宽的影响。射随电路由运放芯片THS3001和电阻R₁，R₂,，R₃构成，此时放大器输出的信号电流大小由输出电压和负载电阻共同决定。具体连接为：

放大器U1同相输入端与电阻R2相连接，电阻R2另一端接GND端；放大器U1的反相输入端与电阻R1、电阻R3相连接，电阻R1另一端接GND端；输出端与电容C1相连接；放大器U1的VCC电源通过电容C11和电容C12连接GND端；电阻R1=1KΩ，电阻R2=R3=100Ω；放大器U1为THS3001。

进一步，LED灯驱动模块电路的设计为：

由于LED调制是在直流的基础上调制的，因此必须有一定的直流偏置，同时为了使LED能够正常工作，需要使其流过的电流稳定。为了保证LED亮度的一致性，同时为了提高系统可靠性和与LED的使用寿命，本设计中采用恒流驱动方式保证流过LED上的电流值保持恒定。

本系统中恒流源驱动电路由LM317和分流电阻及电感构成，LM317做恒流源只需要在OUT和ADJ接电流设置电阻，电路从ADJ输出就可以。恒流源的输出电流为1.25V／限流电阻。注意限流电阻的功率为1.25V×输出电流，LM317的最大功率为(Vin-1.25)×输出电流。考虑到部分信号LED的正常工作电流在350mA左右，调整电阻R4确定输出电流。具体电路连接如下：

LED灯与电容C1、电阻R6和电感L2相连接；电容C2一端分别与电感L1、电感L2相连接，另一端与电阻R6的另一端连接到GND端；电感L1分别与电阻R4连接，U2的引脚1接直流电源端，U2的ADJ脚接电阻R4和电感L1，U2的OUT管脚接电阻R4，放大器U2为LM317，电阻R6为49.9Ω，电阻R4为4.7Ω；电感L1和电感L2为220μH；电容C2为10μF。

进一步，自由空间光通路模块：在光源前加入透镜，在光电二极管前加入透镜，保证通路光的传输角度和接收范围。

进一步，光电转换模块的电路设计为：

由光电检测器接收的信号，通常是相当微弱的，并且光检测器的输出信号有被埋没在噪声中的倾向，因此，处理这样的微弱信号时，一般必须先进行预处理滤出噪声，并将微弱信号被放大到所需要的电压的振幅，送入随后的处理电路。光电流转换为电压信号在整个接收电路中起着至关重要的作用。而流压变换电路的核心则为运算放大器的选择，应选择低噪声，低偏置电流，高输入阻抗的运放，前置放大器的噪声与器件的选择有很大的关系，因此要根据系统要求选择合适的放大器(噪声和频带等)。本设计中，选用OPA380作为前置放大器的运放芯片。OPA380不仅具备上述良好的特性外，还是高速的互阻放大器，对于本系统的高速数据流的传输具有优良的特性，特别适合高速光电二极管的应用。其中

①反馈电阻的确定

输出电压V₀=-I_s·R_f，将PIN光电二极管的输出电流转换为电压，其中电阻采用高精度的无色环电阻，由于PIN的内阻较大，在电路中R的取值不能太大，R的取值过大时，容易产生振荡。在此R选用典型值1K。

②反馈电容的确定

为了防止运放自激，还要在反馈回路上加上补偿电容，该电容称为移相电容，一般取几pF到几十pF。在这里电容取值为2pF，并用温度补偿型的陶瓷电容。

具体连接为：

放大器U1的反相输入端与PIN连接，并且与电阻R2和电容C2的并联电路相连接，同时与电容C1、电阻R1的并联电路相连接，输出端与电容C3及与电阻R1和电容C1的并联电路另一端相连接；电阻R2和电容C2并联电路的另一端连接GND端；放大器U1的电源VCC通过电容C4和电容C5连接GND端，电源VEE通过电容C6和电容C7与连接GND端；电阻R2为250MΩ，反馈电阻R1为1KΩ，电容C1为2pF，电容C2为35pF；放大器U1为OPA380；

进一步，信号解调模块的电路设计为：

光电转换电路输出电压信号还需要多次放大，此电路为主放大电路，为了后级电路进行比较与判决，电路需要将放大倍数设定为合理的值。经过主放大电路，其电压幅值达到2V左右，为了得到便于PC处理的电压，需要进行电平转换，将其电压转化为TTL电平，而比较器则是合适的选择。针对本设计中高速的信号处理，必须选用高速的比较器，在此选择TLV3501高速比较器作为电平转换电路主芯片，它是延迟时间为4.5ns的高速比较器，非常适合对高速信号进行电平转换。

具体的连接为：

电容C3与电阻R6的串联电路与放大器U2的同相输入端相连接；放大器U2的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接，电阻R9的另一端与放大器U2的输出端相连接，电阻R8的另一端连接GND端；放大器U2输出端经电阻R5与放大器U3的同相输入端相连接，并与电阻R4相连，电阻R4的另一端通过滑动变阻器RW1连接GND端；放大器U3的反相输入端与电阻R7相连，电阻R7的另一端通过滑动变阻器RW2连接GND端；放大器U3的电源VCC通过电容C8、电容C9连接GND端，放大器U2为OPA2652，放大器U3为TLV3501，电阻R6和电阻R8均为499Ω，电阻R9为4.9KΩ，电阻R4、电阻R5和电阻R7均为1KΩ，滑动变阻器RW1和滑动变阻器RW2为5KΩ。

进一步，串口通信模块的通信流程为：

步骤一：开始；

步骤二：初始化变量；

步骤三：判断m_Comm句柄是否不为空?若是Y，则继续步骤四，若N，则转到步骤十七；

步骤四：清空缓冲区；

步骤五：预留缓冲空间；

步骤六：等待驱动程序消息；

步骤七：判断是否有一个字符到达?若是Y，则继续步骤八，若是N，则返回步骤五；

步骤八：进入临时缓冲区；

步骤九：清空错误标志；

步骤十：判断接受字节是否为0?若是Y，则继续步骤六，若是N，则执行步骤十一；

步骤十一：读取串口；

步骤十二：离开临界区；

步骤十三：判断是否读到一个字节?若是Y，则继续步骤十四；

步骤十四：存入缓冲；

步骤十五：判断缓冲是否满?若是Y，则继续步骤十六，若是N，则执行步骤六；

步骤十六：发送消息到应用程序窗体；

步骤十七：结束。

本发明提供的基于可见光的图像通信系统，通过采用了Cree XLamp Q5单芯片型光源以及有效接收面积可对信号光的最大强度接收的OSD1-5T蓝光增强型PIN硅光电二极管，满足了图像通信系统线性好、响应速度快、频带宽的要求，提高了光电转换效率，适合可见光通信应用；通过设置自由空间光通路、光发送模块、光接收模块、串口通信模块、PC模块，可将PC模块中信息通过串口通信模块调制到LED光源，通过可见光传输，由光接收模块的光电检测器接收并放大整形处理之后，经过串口送到PC模块的计算机进行恢复显示，实现了可见光的室内图像高速传输和实时通信，具有传输速率高、数据兼容性好、工作性能稳定可靠的特点。本发明结构简单，操作方便，较好的解决了现有的图像通信系统的调制带宽窄，光电转换效率低、响应速度慢、频带窄的问题，提高了信息传送的速率，为科技的发展奠定了一个良好的基础。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于可见光的图像通信系统的结构示意图；

图中：1、PC模块；2、串口通信模块；3、光发送模块；3-1、信号调制模块；3—2、LED灯驱动模块；4、自由空间光通路模块；5、光接收模块；5-1、信号解调模块；5-2、光电转换模块；

图2是本发明实施例提供的光发送模块的电路连接示意图；

图3是本发明实施例提供的光接收模块的电路连接示意图；

图4是本发明实施例提供的串口通信模块的通信流程图。

图5是本发明实施例提供的LED导通电压与正向电流关系曲线；

图6是本发明实施例提供的LED光照度与正向电流关系曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于可见光的图像通信系统主要由PC模块1、串口通信模块2、光发送模块3、信号调制模块3—1、LED灯驱动模块3—2、自由空间光通路模块4、光接收模块5、信号解调模块5-1、光电转换模块5-2组成；

PC模块1，用于接收和发送光信号；

串口通信模块2，与PC模块1，用于实现PC模块1与光发送模块3和光接收模块5的通信；

光发送模块3，与串口通信模块2连接，用于接收串口通信模块2的电信号，实现调制后并驱动LED光信号的发送；

信号调制模块3-1，与串口通信模块2连接，用于接收串口通信模块2的电信号，实现电光信号的调制；

LED灯驱动模块3—2，与信号调制模块3—1连接，用于通过光的形式把信号进行传输；

自由空间光通路模块4，与LED灯驱动模块3—2的LED灯连接，在灯上加透镜，用于以激光在自由空间中传送光信号，在接收端与光电转化模块的光电检测器PIN相连接，PIN前加透镜聚焦；

光接收模块5，与自由空间光通路模块4连接，用于接收自由空间光通路模块4的光信号；

光电转换模块5-2，与自由空间光通路模块4连接，用于对信号光的强度进行最大程度的接收，并完成光电信号的转换；

信号解调模块5—1，与光电转换模块5-2连接，用于对光电转换模块5—2接收的光信号进行解调处理，通过光接收模块5经过串口通信模块2到达PC模块1进行恢复显示；

LED灯驱动模块3—2采用了Cree XLamp Q5单芯片型光源，单芯片型是将蓝光或紫光或者紫外光中某一单色LED作为光源，再配合使用不同的荧光粉而发出白光。从导通电压到最大工作电压为半导体的线性工作区，而这段区域正是所需要作为可见光通信系统调制光源的理想区间，取250mA-350mA作为电流调制区间；

光电转换模块5-2采用了OSD1-5T蓝光增强型PIN硅光电二极管，满足系统线性好、响应速度快、频带宽的要求，故选择有效接收面积可对信号光的最大强度接收的光电二极管，蓝光增强型PIN硅光电二极管OSD1-5T具有0.2A/W的响应度，光电转换效率非常高，极其适合可见光通信应用，且其串联电阻与寄生电容小，使前置放大电路设计更为简单，响应时间足以适用10Mbps以下通信系统；

如图2所示，本发明实施例的光发送模块3的电路具体的连接为：

放大器U3的反相输入端与5K欧滑动电阻RW、电阻R7相连接；同相输入端与电阻R5相连接，R5另一端接GND端；输出端与电阻R7、电阻R8相连接；放大器U4的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接；同相输入端连接电阻R10，电阻R10另一端接GND端；输出端与电阻R9、放大器U1的同相输入端相连接。放大器U3的VCC电源通过电容C3和电容C4接地，VEE电源通过电容C5和电容C6接地；放大器U4的VCC电源通过电容C7和电容C8连接GND端，VEE电源通过电容C9和电容C10连接GND端；VCC电压在5V～8V之间，VEE电压在-5V-8V；电阻R7=R8=R9=R10=499欧，电阻R5=500欧；放大器U3和放大器U4为OPA2652；放大器U1同相输入端与电阻R2相连接，电阻R2另一端连接GND端；放大器U1的反相输入端与电阻R1、电阻R3相连接，电阻R1另一端连接GND端；输出端与电容C1相连接；放大器U1的VCC电源通过电容C11和电容C12接地；电阻R1=1KΩ，电阻R2=R3=100Ω；电容U1为THS3001；LED灯与电容C1、电阻R6和电感L2相连接；电容C2一端分别与电感L1、电感L2相连接，另一端与电阻R6的另一端连接GND端；电感L1分别与电阻R4以及放大器U2的ADJ引脚相连接，放大器U2的引脚1接直流电源端，放大器U2的OUT管脚接R4。放大器U2为LM317，电阻R6为49.9Ω，电感L1和电感L2为220亨；电容C2为10μF；

如图3所示，本发明实施例的光接收模块5的电路具体的连接为：放大器U1的反相输入端与电阻R2和电容C2的并联电路相连接，同时与电容C1、电阻R1的并联电路相连接，输出端与电容C3相连接；电阻R2和电容C2并联电路的另一端连接GND端；电阻R1和电容C1的并联电路另一端与电容C3和放大器的输出端连接。放大器U1的电源VCC通过电容C4和电容C5与地连接，电源VEE通过电容C6和电容C7与地连接；电阻R2为250MΩ，反馈电阻R1为1KΩ，电容C1为2pF，电容C2为35pF；放大器U1为OPA380；电容C3与电阻R6的串联电路与放大器U2的同相输入端相连接；放大器U2的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接，电阻R9的另一端与放大器U2的输出端相连接，电阻R8的另一端连接GND端；放大器U2输出端经电阻R5与放大器U3的同相输入端相连接，并与电阻R4相连，电阻R4的另一端通过滑动变阻器RW1连接GND端；放大器U3的反相输入端与电阻R7相连，电阻R7的另一端通过滑动变阻器RW2连接GND端；放大器U3的电源VCC通过电容C8、电容C9接地。放大器U2为OPA2652，放大器U3为TLV3501，电阻R6和电阻R8均为499Ω，电阻R9为4.9KΩ，电阻R4、电阻R5和电阻R7均为1KΩ，滑动变阻器RW1和滑动变阻器RW2为5KΩ；

如图4所示，本发明实施例的串口通信模块2的通信流程为：

S501：开始；

S502：初始化变量；

S503：判断m_Comm句柄是否不为空?若是Y，则继续S504，若N，则转到STPE517；

S504：清空缓冲区；

S505：预留缓冲空间；

S506：等待驱动程序消息；

S507：判断是否有一个字符到达?若是Y，则继续S508，若是N，则返回S505；

S508：进入临时缓冲区；

S509：清空错误标志；

S510：判断接受字节是否为0？若是Y，则继续S506，若是N，则执行S511；

S511：读取串口；

S512：离开临界区；

S513：判断是否读到一个字节?若是Y，则继续S514；

S514：存入缓冲；

S515：判断缓冲是否满?若是Y，则继续S516，若是N，则执行S506；

S516：发送消息到应用程序窗体；

S517：结束。

本发明结构简单，操作方便，较好的解决了现有的图像通信系统的调制带宽窄，光电转换效率低、响应速度慢、频带窄的问题，提高了信息传送的速率，为可见光通信的发展奠定了一个良好的基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可见光的图像通信系统，其特征在于，该基于可见光的图像通信系统包括： 

PC模块，用于接收和发送电信号，完成图像的发送与显示； 

串口通信模块，与PC模块连接，用于实现PC模块与光发送模块和光接收模块的通信； 

光发送模块，与串口通信模块连接，用于接收串口通信模块的电信号，实现调制后光信号的发送； 

其中信号调制模块，与串口通信模块连接，用于接收串口通信模块的电信号，将电信号调制为满足LED灯线性工作区的电压电流范围，并调制LED灯，完成电光调制； 

其中LED灯驱动模块，与信号调制模块连接，完成LED灯的驱动发光，使LED灯的发光光功率满足传输要求； 

自由空间光通路模块，与LED灯连接并通过透镜，使光束在一定的角度范围内传输，将载有信息的激光信号在自由空间中传送，在接收端先通过透镜聚焦光信号，然后送入光电检测器； 

光接收模块，与空间光通路模块相连接，完成光电信号的转换及解调并送入串口通信模块； 

其中光电转换模块，与自由空间光通路模块连接，用于接收自由空间光通路模块的光信号；通过光电探测器进行光电转换，完成光电流到电压信号的转换及前置放大； 

信号解调模块，与光电转换电路连接，用于对光电转换电路转换后的电信号进行整形和放大，使信号波形和电压满足串口通信要求，经过串口通信模块到达PC模块进行恢复显示。 

2.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，LED灯采用了Cree XLamp Q5单芯片型光源，有效调制带宽可达1.5Mb／s，单只LED 亮度可到200lm，选取250mA-350mA作为工作电流调制区间。 

3.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，光电二极管采用具有0.2A／W响应度、串联电阻与寄生电容小、响应时间适用小于10Mbps通信系统的蓝光增强型PIN硅光电二极管OSD1-5T。 

4.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，信号调制模块电路的设计步骤，进一步包括信号电压调整电路设计，具体连接方法为： 

放大器U3的反相输入端与5K欧滑动电阻RW、电阻R7相连接；同相输入端与电阻R5相连接，电阻R5另一端接GND端；输出端与电阻R7、电阻R8相连接；放大器U4的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接；同相输入端连接电阻R10，电阻R10另一端接GND端；输出端与电阻R9、放大器U1的同相输入端相连接，放大器U3的VCC电源通过电容C3和电容C4连接GND端，VEE电源通过电容C5和电容C6连接GND端；放大器U4的VCC电源通过电容C7和电容C8连接GND端，VEE电源通过电容C9和电容C10连接GND端；VCC电压在5V～8V之间，VEE电压在-5V～8V；电阻R7=R8=R9=R10=499Ω，电阻R5=500Ω；放大器U3和放大器U4为OPA2652。 

5.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，信号调制模块电路的设计步骤，进一步包括光电调制电路的设计，具体连接为： 

放大器U1同相输入端与电阻R2相连接，电阻R2另一端接GND端；放大器U1的反相输入端与电阻R1、电阻R3相连接，电阻R1另一端接GND端；输出端与电容C1相连接；放大器U1的VCC电源通过电容C11和电容C12连接GND端；电阻R1=1KΩ，电阻R2=R3=100Ω；放大器U1为THS3001。 

6.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，LED灯驱动模块电路的具体连接为： 

LED灯与电容C1、电阻R6和电感L2相连接；电容C2一端分别与电感L1、电感L2相连接，另一端与电阻R6的另一端连接GND端；电感L1分别与电阻R4以及放大器U2的ADJ引脚相连接，放大器U2的引脚1接直流电源 端，放大器U2的OUT管脚接电阻R4，放大器U2为LM317，电阻R6为49.9Ω，电阻R4为4.7Ω；电感L1和电感L2为220μH；电容C2为10μF。 

7.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，自由空间光通路模块：在光源前加入透镜，在光电二极管前加入透镜，保证通路光的传输角度和接收范围。 

8.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，光电转换模块的电路，具体的连接为： 

放大器U1的反相输入端与电阻R2和电容C2的并联电路相连接，同时与电容C1、电阻R1的并联电路相连接，输出端与电容C3相连接；电阻R2和电容C2并联电路的另一端连接GND端；电阻R1和电容C1的并联电路另一端与电容C3和放大器的输出端连接，放大器U1的电源VCC通过电容C4和电容C5连接GND端，电源VEE通过电容C6和电容C7与连接GND端；电阻R2为250MΩ，反馈电阻R1为1KΩ，电容C1为2pF，电容C2为35pF；放大器U1为OPA380。 

9.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，信号解调模块的电路，具体的连接为： 

电容C3与电阻R6的串联电路与放大器U2的同相输入端相连接；放大器U2的反相输入端与电阻R8、电阻R9相连接，电阻R9的另一端与放大器U2的输出端相连接，电阻R8的另一端连接GND端；放大器U2输出端经电阻R5与放大器U3的同相输入端相连接，并与电阻R4相连，电阻R4的另一端通过滑动变阻器RW1连接GND端；放大器U3的反相输入端与电阻R7相连，电阻R7的另一端通过滑动变阻器RW2连接GND端；放大器U3的电源VCC通过电容C8、电容C9连接GND端，放大器U2为OPA2652，放大器U3为TLV3501，电阻R6和电阻R8均为499Ω，电阻R9为4.9KΩ，电阻R4、电阻R5和电阻R7均为1KΩ，滑动变阻器RW1和滑动变阻器RW2为5KΩ。 

10.如权利要求1所述的基于可见光的图像通信系统，其特征在于，串口 通信模块的通信流程为： 

步骤一：开始； 

步骤二：初始化变量； 

步骤三：判断m_Comm句柄是否不为空若是Y，则继续步骤四，若N，则转到步骤十七； 

步骤四：清空缓冲区； 

步骤五：预留缓冲空间； 

步骤六：等待驱动程序消息； 

步骤七：判断是否有一个字符到达若是Y，则继续步骤八，若是N，则返回步骤五； 

步骤八：进入临时缓冲区； 

步骤九：清空错误标志； 

步骤十：判断接受字节是否为0?若是Y，则继续步骤六，若是N，则执行步骤十一； 

步骤十一：读取串口； 

步骤十二：离开临界区； 

步骤十三：判断是否读到一个字节若是Y，则继续步骤十四； 

步骤十四：存入缓冲； 

步骤十五：判断缓冲是否满若是Y，则继续步骤十六，若是N，则执行步骤六； 

步骤十六：发送消息到应用程序窗体； 

步骤十七：结束。 

Images