CN105827313A - 一种可见光通讯系统 - Google Patents

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车翼飞
许洪军
王巍
徐伟
鄢长卿
张晓峰
解朦
孙冠男
王剑
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
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Abstract

本发明公开了一种可见光通讯系统，其包括：嵌入式Linux平台、信号编码模块、跨导放大模块、三态缓冲模块、使能切换模块、信号放大模块、模数转换模块、信号解码模块和LED模块，LED模块包括一LED灯，其中：信号编码模块连接在嵌入式Linux平台与跨导放大模块之间；使能切换模块与三态缓冲模块连接，用于控制三态缓冲模块在发送模式和接收模式之间切换；LED模块与三态缓冲模块连接，LED模块根据接收到的三态缓冲模块发送的数据控制LED灯以设定频率进行闪烁；信号放大模块连接在三态缓冲模块与模数转换模块之间；信号解码模块与模数转换模块及嵌入式Linux平台连接；嵌入式Linux平台包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

Description

一种可见光通讯系统
技术领域
本发明涉及可见光通讯技术领域，具体而言，涉及一种可见光通讯系统。
背景技术
目前，无线电信号传输设备存在效率不高、辐射较大等问题，例如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5％。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内，LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。可见光通信具备频谱不需申请、可利用照明光源产生信号、无电磁辐射、保密性好的特点，主要可以应用在WiFi热点覆盖、室内定位导航、智能交通、保密通信、深空通信等方面。
虽然可见光通讯是当下的一个研究热点，但是，目前仍未有一个基于嵌入式Linux平台的可见光通讯系统，因此，这一技术是当前市场的一个空白。
发明内容
本发明提供一种可见光通讯系统，将LED灯接入该可见光通讯系统即可使终端设备高速上网。
为达到上述目的，本发明提供了一种可见光通讯系统，其包括：嵌入式Linux平台、信号编码模块、跨导放大模块、三态缓冲模块、使能切换模块、信号放大模块、模数转换模块、信号解码模块和LED模块，所述LED模块包括一LED灯，其中：
所述信号编码模块连接在所述嵌入式Linux平台与所述跨导放大模块之间，用于接收所述嵌入式Linux平台发送的信号并对其进行编码；
所述跨导放大模块用于接收所述信号编码模块编码后的信号并对其进行放大；
所述使能切换模块与所述三态缓冲模块连接，用于控制所述三态缓冲模块在发送模式和接收模式之间切换，当所述三态缓冲模块为发送模式时，信号仅能由所述三态缓冲模块发送至所述LED模块，当所述三态缓冲模块为接收模式时，信号仅能由所述LED模块发送至所述三态缓冲模块；
所述LED模块与所述三态缓冲模块连接，所述LED模块根据接收到的所述三态缓冲模块发送的数据控制所述LED灯以设定频率进行闪烁，所述LED灯亮和灭分别代表数字1和0，所述LED模块两端的电压信号进一步发送至所述三态缓冲模块；
所述信号放大模块连接在所述三态缓冲模块与所述模数转换模块之间，所述三态缓冲模块将所述LED模块两端的电压信号发送至所述信号放大模块，所述信号放大模块对所述LED模块两端的电压信号进行放大，所述模数转换模块将放大后的所述LED模块两端的电压信号转换为数字信号；
所述信号解码模块与所述模数转换模块及嵌入式Linux平台连接；
所述嵌入式Linux平台包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，其中，所述数据链路层的帧结构如下：3字节同步码、1字节引导码、1字节数据长度、2字节目的地址、2字节源地址、2字节传输协议、256字节负载数据和2字节校验位。
在本发明的一实施例中，所述信号编码模块通过GPIO引脚与所述跨导放大模块连接。
在本发明的一实施例中，所述信号解码模块通过SPI接口与所述模数转换模块连接。
在本发明的一实施例中，所述跨导放大模块为2N3904。
在本发明的一实施例中，所述三态缓冲模块为74HCT244N。
在本发明的一实施例中，所述信号放大模块为LM358N。
在本发明的一实施例中，所述模数转换模块为MCP3008。
本发明提供的可见光通讯系统无需WiFi信号，点亮一盏LED灯即可高速上网，且具有网速快、成本低、光路径短、网络信号稳定、容易配置及扩展等优点，与射频通信相比，本发明不会对人体造成任何辐射危害，且不存在射频通信中的频谱紧缩问题，具有很大的应用及开发前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的可见光通讯系统的结构示意图；
图2为嵌入式Linux平台的五层结构示意图；
图3为数据链路层的帧结构示意图；
图4为嵌入式Linux平台中的网卡驱动代码。
附图标记说明：1-嵌入式Linux平台；2-信号编码模块；3-跨导放大模块；4-三态缓冲模块；5-使能切换模块；6-信号放大模块；7-模数转换模块；8-信号解码模块；9-LED模块；91-LED灯。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的可见光通讯系统的结构示意图，图1中的实线表示信号发送方向，虚线表示信号接收方向，如图所示，本发明提供的可见光通讯系统包括：嵌入式Linux平台1、信号编码模块2、跨导放大模块3、三态缓冲模块4、使能切换模块5、信号放大模块6、模数转换模块7、信号解码模块8和LED模块9，LED模块包括一LED灯91，其中：
嵌入式Linux平台1提供了一个基本的物理层以及数据链路层程序，并且可用标准的网络诊断工具进行调试等操作，可以很容易地扩展和配置。
信号编码模块2连接在嵌入式Linux平台1与跨导放大模块3之间，用于接收嵌入式Linux平台1发送的信号并对其进行编码；信号编码模块2可通过GPIO引脚与跨导放大模块3连接。
跨导放大模块3用于接收信号编码模块2编码后的信号并对其进行放大；跨导放大模块3可以采用2N3904实现。
使能切换模块5与三态缓冲模块4连接，用于控制三态缓冲模块4在发送模式和接收模式之间切换，三态缓冲模块4可以采用74HCT244N实现。当三态缓冲模块4为发送模式时，信号仅能由三态缓冲模块4发送至LED模块9，当三态缓冲模块4为接收模式时，信号仅能由LED模块9发送至三态缓冲模块4；
LED模块9与三态缓冲模块4连接，LED模块9根据接收到的三态缓冲模块4发送的数据控制LED灯91以设定频率进行闪烁，LED灯91亮和灭分别代表数字1和0，LED模块9两端的电压信号进一步发送至三态缓冲模块4；
信号放大模块6连接在三态缓冲模块4与模数转换模块7之间，信号放大模块6可以采用LM358N实现，模数转换模块7可以采用MCP3008实现。三态缓冲模块4将LED模块9两端的电压信号发送至信号放大模块6，信号放大模块6对LED模块9两端的电压信号进行放大，模数转换模块7将放大后的LED模块9两端的电压信号转换为数字信号；
信号解码模块8与模数转换模块7及嵌入式Linux平台1连接；信号解码模块8可以通过SPI接口与模数转换模块7连接。
图2为嵌入式Linux平台的五层结构示意图，图3为数据链路层的帧结构示意图，如图所示，嵌入式Linux平台包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，其中，应用层属于Linux系统的用户空间，传输层、网络层、数据链路层和物理层属于Linux系统的内核空间，数据链路层的帧结构如下：3字节同步码、1字节引导码、1字节数据长度、2字节目的地址、2字节源地址、2字节传输协议、256字节负载数据和2字节校验位。
图4为嵌入式Linux平台中的网卡驱动代码，这个驱动就是包括MAC层在内的代码，这个网卡的IP是可以指定的，通过“ifconfigvlc019.168.0.2”即可设置，这也证明了VLC真正作为网卡存在的。
在linux系统中，输入命令ifconfig,得到如下的信息
eth0Linkencap:以太网硬件地址90:59:AF:57:69:4D
UPBROADCASTRUNNINGMULTICASTMTU:1500跃点数:1
接收数据包:0错误:0丢弃:0过载:0帧数:0
发送数据包:0错误:0丢弃:0过载:0载波:0
碰撞:0发送队列长度:1000
接收字节:0(0.0B)发送字节:0(0.0B)
中断:56
loLinkencap:本地环回
inet地址:127.0.0.1掩码:255.0.0.0
inet6地址:::1/128Scope:Host
UPLOOPBACKRUNNINGMTU:65536跃点数:1
接收数据包:12错误:0丢弃:0过载:0帧数:0
发送数据包:12错误:0丢弃:0过载:0载波:0
碰撞:0发送队列长度:0
接收字节:840(840.0B)发送字节:840(840.0B)
VLC0Linkencap:没有指定网卡的类型硬件地址00-01
inet地址:192.168.0.1掩码:255.255.255.0
UPLOOPBACKRUNNINGMTU:255跃点数:1
接收数据包:8错误:0丢弃:0过载:0帧数:0
发送数据包:8错误:0丢弃:0过载:0载波:0
碰撞:0发送队列长度:100
接收字节:352(352.0B)发送字节:352(352.0B)
例如IP是192.168.0.1掩码是255.255.255.0，这个IP可以配置的。
本发明实现了将网络信号接入一盏LED灯，灯光下的多台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M。
本发明提供的可见光通讯系统无需WiFi信号，点亮一盏LED灯即可高速上网，且具有网速快、成本低、光路径短、网络信号稳定、容易配置及扩展等优点，与射频通信相比，本发明不会对人体造成任何辐射危害，且不存在射频通信中的频谱紧缩问题，具有很大的应用及开发前景。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种可见光通讯系统，其特征在于，包括：嵌入式Linux平台、信号编码模块、跨导放大模块、三态缓冲模块、使能切换模块、信号放大模块、模数转换模块、信号解码模块和LED模块，所述LED模块包括一LED灯，其中：
所述信号编码模块连接在所述嵌入式Linux平台与所述跨导放大模块之间，用于接收所述嵌入式Linux平台发送的信号并对其进行编码；
所述跨导放大模块用于接收所述信号编码模块编码后的信号并对其进行放大；
所述使能切换模块与所述三态缓冲模块连接，用于控制所述三态缓冲模块在发送模式和接收模式之间切换，当所述三态缓冲模块为发送模式时，信号仅能由所述三态缓冲模块发送至所述LED模块，当所述三态缓冲模块为接收模式时，信号仅能由所述LED模块发送至所述三态缓冲模块；
所述LED模块与所述三态缓冲模块连接，所述LED模块根据接收到的所述三态缓冲模块发送的数据控制所述LED灯以设定频率进行闪烁，所述LED灯亮和灭分别代表数字1和0，所述LED模块两端的电压信号进一步发送至所述三态缓冲模块；
所述信号放大模块连接在所述三态缓冲模块与所述模数转换模块之间，所述三态缓冲模块将所述LED模块两端的电压信号发送至所述信号放大模块，所述信号放大模块对所述LED模块两端的电压信号进行放大，所述模数转换模块将放大后的所述LED模块两端的电压信号转换为数字信号；
所述信号解码模块与所述模数转换模块及嵌入式Linux平台连接；
所述嵌入式Linux平台包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，其中，所述数据链路层的帧结构如下：3字节同步码、1字节引导码、1字节数据长度、2字节目的地址、2字节源地址、2字节传输协议、256字节负载数据和2字节校验位。
2.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述信号编码模块通过GPIO引脚与所述跨导放大模块连接。
3.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述信号解码模块通过SPI接口与所述模数转换模块连接。
4.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述跨导放大模块为2N3904。
5.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述三态缓冲模块为74HCT244N。
6.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述信号放大模块为LM358N。
7.根据权利要求1所述的可见光通讯系统，其特征在于，所述模数转换模块为MCP3008。
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