CN108650024B - 厘米级近距离无线光通信对准装置及电磁对准方法 - Google Patents

Abstract

厘米级近距离无线光通信对准装置及电磁对准方法属于无线光通信技术领域。对准装置中的球形转体位于大于二分之一凹球面壳体中，球形转体与凹球面壳体动配合；在球形转体的露出部分沿一个圆周等间距分布若干个彼此平行的长条形永磁棒或者电磁棒及一个常开型磁敏开关，各个长条形永磁棒或者电磁棒的N极、S极交替分布；电磁棒驱动与控制模块分别与长条形电磁棒、电磁棒驱动电源线及常开型磁敏开关连接。由电磁棒驱动与控制模块查询常开型磁敏开关的输出状态，如果两个对准装置已对准，常开型磁敏开关闭合，并发送一个闭合信号，长条形电磁棒断电；如果两个对准装置彼此偏离，所述闭合信号丢失，则恢复向长条形电磁棒供电，如此保持两个对准装置动态对准。

Description

厘米级近距离无线光通信对准装置及电磁对准方法

技术领域

本发明涉及一种厘米级近距离无线光通信对准装置及电磁对准方法，属于无线光通信技术领域。

背景技术

随着以高清视频为代表的大体积数据业务的飞速发展，人们迫切需要一种能在近距离范围内实现大体积数据文件的无线传输技术，以满足移动通信设备之间在小范围内随时随地以无线方式高效率传输大数据的需求。室内无线光通信恰恰能够满足这一需求。

由于无线光通信是点对点动态通信，必然需要通信端彼此能够跟踪和对准。由于千米级远距离无线光通信的通信链路较长，因而对跟踪和对准精度要求非常高，为μrad量级，不过，现有技术已经实现这一精度量级的跟踪和对准。米级甚至厘米级近距离无线光通信对跟踪和对准精度要求很低，为mrad量级。近距离无线光通信通常应用于小型移动通信设备之间的通信，如智能手机、平板电脑之间的数据无线传输，鉴于重量、体积以及能耗等方面的原因，现有远距离无线光通信跟踪对准系统完全不适合于近距离无线光通信。

申请号为201410022795.6的一件中国发明专利申请公开了一项名为“一种基于追踪对准机制的室外无线光移动通信系统”的方案。该方案在接收端设置分光镜，来自发射端LED灯的光束照射在分光镜上，反射光进入摄像头视场，被摄像头接收并成像后送入图像处理模块，由其计算出LED灯的位置，产生相应的控制信号去控制光束偏转模块的偏转角度；透射光照射到所述光束偏转模块中，在所述控制信号的控制下，所述透射光被光束偏转模块中的反射镜面反射到聚光模块，被汇聚到光电接收机的感光面上。该方案能够解决室外米级近距离无线光通信的跟踪和对准问题，但是，就室内小型移动通信设备之间厘米级近距离无线光通信而言，大可不必动用结构如此复杂的方案，从该方案的重量、体积以及能耗方面讲，该方案同样不适合于小型移动通信设备之间在近距离无线光通信过程中的跟踪与对准。

发明内容

为了获得一种在重量、体积以及能耗方面更适合于室内小型移动通信设备之间近距离无线光通信，且结构简单的跟踪和对准方案，我们发明了一种厘米级近距离无线光通信对准装置及电磁对准方法。

本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置其特征在于，球形转体1位于大于二分之一凹球面壳体2中，如图1所示，球形转体1与凹球面壳体2动配合；在球形转体1的露出部分沿一个圆周等间距分布若干个彼此平行的长条形永磁棒3，如图2所示，并且，所述若干个彼此平行的长条形永磁棒3均垂直于过所述圆周的平面，各个长条形永磁棒3的N极、S极交替分布；用来实现厘米级近距离无线光通信的控制处理模块4、集成了准直透镜的半导体激光器5、聚焦透镜6及光电探测器7位于球形转体1中，一端接控制处理模块4的通信信号输出输入柔性传输线8的另一端穿过凹球面壳体2。

所述厘米级近距离无线光通信对准装置其技术效果在于，球形转体1与凹球面壳体2形成一个“球关节”，为实现两个小型移动通信设备的厘米级近距离无线光通信，将本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置的凹球面壳体2做成小型移动通信设备外壳9的一部分，如位于小型移动通信设备一角，如图3所示，所述柔性传输线8与小型移动通信设备的信号端口连接。当两个安装有本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置的小型移动通信设备需要彼此以无线光通信方式近距离传输文件时，只需大致将两个小型移动通信设备各自安装了所述对准装置的一角彼此接近即可，如图4所示，在两组长条形永磁棒3的相互作用下，两个球形转体1做小幅度角运动，瞬间彼此即呈同轴对视状态，此时，一方的半导体激光器5发出的信号光由另一方的聚焦透镜6聚焦到光电探测器7的感光面上，转换为电信号后由控制处理模块4解调，再由柔性传输线8传输给自己一方的小型移动通信设备。即使半导体激光器5与聚焦透镜6不同轴，但由于轴间距很小，且通信距离在厘米量级上，因此，也能实现正常通信。可见，本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置结构小巧，对准动作本身不耗能，能够很简单、快捷地实现室内小型移动通信设备之间近距离无线光通信的对准和小范围跟踪。

本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置的另一种方案其特征在于，球形转体1位于大于二分之一凹球面壳体2中，如图5所示，球形转体1与凹球面壳体2动配合；在球形转体1的露出部分沿一个圆周等间距分布若干个彼此平行的长条形电磁棒10和一个常开型磁敏开关11，如图5、图6所示，并且，所述若干个彼此平行的长条形电磁棒10均垂直于过所述圆周的平面，相邻的长条形电磁棒10之间磁极方向相反；用来实现厘米级近距离无线光通信的控制处理模块4、集成了准直透镜的半导体激光器5、聚焦透镜6及光电探测器7位于球形转体1中，一端接控制处理模块4的通信信号输出输入柔性传输线8的另一端穿过凹球面壳体2；如图5所示，电磁棒驱动与控制模块集成于控制处理模块4中，所述若干长条形电磁棒10与所述电磁棒驱动与控制模块连接，电磁棒驱动与控制模块还分别与电磁棒驱动电源线及所述常开型磁敏开关11连接，所述电磁棒驱动电源线与所述通信信号输出输入柔性传输线8并行成同一线束。

本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置电磁对准方法其特征在于：

第一步，将两个厘米级近距离无线光通信对准装置与两个小型移动通信设备分别连接，其中，厘米级近距离无线光通信对准装置的通信信号输出输入柔性传输线8、电磁棒驱动电源线分别与小型移动通信设备的信号端口、电源连接；

第二步，两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此接近，通过两个厘米级近距离无线光通信系统提出通信需求，在控制处理模块4接收到通信电信号的同时，电磁棒驱动与控制模块控制向长条形电磁棒10供电；

第三步，由电磁棒驱动与控制模块查询常开型磁敏开关11的输出状态，如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置已对准，常开型磁敏开关11闭合，并发送给电磁棒驱动与控制模块一个闭合信号，电磁棒驱动与控制模块将长条形电磁棒10断电；如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此偏离，所述闭合信号丢失，则电磁棒驱动与控制模块恢复向长条形电磁棒10供电，如此保持两个厘米级近距离无线光通信对准装置动态对准；

第四步，厘米级近距离无线光通信系统查询到通信结束，由电磁棒驱动与控制模块控制将长条形电磁棒10断电。

相比于采用长条形永磁棒3实现厘米级近距离无线光通信系统对准的方案，采用长条形电磁棒10的对准方案可控性更强，工作更可靠。另外，该方案以长条形电磁棒10取代长条形永磁棒3，并未因此而导致对准装置结构的明显变化；尽管增设了所谓电磁棒驱动与控制模块以及常开型磁敏开关11，但是，电磁棒驱动与控制模块完全可以由控制处理模块4中的芯片兼任，而常开型磁敏开关11是一个简单的电子器件，并且，该常开型磁敏开关11占用若干个长条形电磁棒10中的一个的位置即可安装；由电磁棒驱动电源线从参加通信的小型移动通信设备的电源为长条形电磁棒10取电。由于长条形电磁棒10两端磁场最强，侧面磁场最弱，因此，常开型磁敏开关11不受自已一方的长条形电磁棒10的干扰。所有这一切，使得采用长条形电磁棒10的对准方案依然具有结构小巧、能够很简单、快捷地实现室内小型移动通信设备之间近距离无线光通信的对准和小范围跟踪的特点。

附图说明

图1、图2分别是本发明之采用永磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置结构主视剖视示意图、右视示意图。图3是将本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置与小型移动通信设备做成一体后的外观形态立体示意图。图4是安装有本发明之厘米级近距离无线光通信对准装置的两个小型移动通信设备彼此近距离通信时的状态立体示意图。图5、图6分别是本发明之采用电磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置结构主视剖视示意图、右视示意图，图5同时作为摘要附图。图7是本发明之采用永磁棒或者电磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置中的控制处理模块内部结构展开示意图，该图同时表示与实现电磁对准有关的对准装置结构特征。

具体实施方式

本发明之采用永磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置其具体方案如下所述。球形转体1位于大于二分之一凹球面壳体2中，如图1所示，球形转体1与凹球面壳体2动配合。在球形转体1的露出部分沿一个圆周等间距分布若干个，如八个彼此平行的长条形永磁棒3，如图2所示，并且，所述若干个彼此平行的长条形永磁棒3均垂直于过所述圆周的平面，各个长条形永磁棒3的N极、S极交替分布；所述长条形永磁棒3材质为钕铁硼磁性材料，直径2mm，长度10mm；所述圆周直径为15mm。用来实现厘米级近距离无线光通信的控制处理模块4、集成了准直透镜的半导体激光器5、聚焦透镜6及光电探测器7位于球形转体1中；所述聚焦透镜6直径10mm，焦距7mm；光电探测器7采用PIN光电二极管，材料为InGaAs，能够探测800～1700nm波长的光信号。一端接控制处理模块4的通信信号输出输入柔性传输线8的另一端穿过凹球面壳体2。在所述控制处理模块4中，如图7所示，数字电信号输入接口、激光器驱动电路、可调电阻依次电连接；跨阻放大器、限幅放大器、数字电信号输出接口依次电连接。所述控制处理模块4与外部的连接关系包括：可调电阻连接到半导体激光器5；光电探测器7连接到跨阻放大器；通信信号输出输入柔性传输线8分别连接到数字电信号输入接口、数字电信号输出接口。小型移动通信设备输出的电信号由通信信号输出输入柔性传输线8经由数字电信号输入接口输入到激光器驱动电路进行整形、预处理、调制，由激光器驱动电路输出调制电流，该调制电流由可调电阻调整后驱动半导体激光器5，由半导体激光器5发射光信号。所述半导体激光器5采用DFB型半导体激光器，所述调制电流的调整范围为5～60mA，以适应通信距离的变化。所述跨阻放大器、限幅放大器对来自光电探测器7的电信号进行处理，以提高信噪比，之后经由数字电信号输出接口及通信信号输出输入柔性传输线8传输给小型移动通信设备。

本发明之采用电磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置的具体方案如下所述。球形转体1位于大于二分之一凹球面壳体2中，如图5所示，球形转体1与凹球面壳体2动配合。在球形转体1的露出部分沿一个圆周等间距分布若干个，如七个彼此平行的长条形电磁棒10和一个常开型磁敏开关11，如图5、图6所示，并且，所述若干个彼此平行的长条形电磁棒10均垂直于过所述圆周的平面，相邻的长条形电磁棒10之间磁极方向相反；所述长条形电磁棒10直径3mm，长度10mm；所述圆周直径为15mm；所述常开型磁敏开关11采用常开型干簧管。用来实现厘米级近距离无线光通信的控制处理模块4、集成了准直透镜的半导体激光器5、聚焦透镜6及光电探测器7位于球形转体1中；所述聚焦透镜6直径10mm，焦距7mm；光电探测器7采用PIN光电二极管，材料为InGaAs，能够探测800～1700nm波长的光信号。一端接控制处理模块4的通信信号输出输入柔性传输线8的另一端穿过凹球面壳体2。如图5、图7所示，电磁棒驱动与控制模块集成于控制处理模块4中，电磁棒驱动与控制模块由DSP、FPGA或者ASIC担当，能够逻辑编程和运算处理。所述若干长条形电磁棒10与所述电磁棒驱动与控制模块连接，电磁棒驱动与控制模块还分别与电磁棒驱动电源线及所述常开型磁敏开关11连接，所述电磁棒驱动电源线与所述通信信号输出输入柔性传输线8并行成同一线束。

本发明之采用电磁棒的厘米级近距离无线光通信对准装置电磁对准方法其具体方案如下所述：

第一步，将两个厘米级近距离无线光通信对准装置与两个小型移动通信设备分别连接，其中，厘米级近距离无线光通信对准装置的通信信号输出输入柔性传输线8、电磁棒驱动电源线分别与小型移动通信设备的信号端口、电源连接；

第二步，两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此接近，通过两个厘米级近距离无线光通信系统提出通信需求，在控制处理模块4接收到通信电信号的同时，电磁棒驱动与控制模块控制向长条形电磁棒10供电，如图7所示；

第三步，由电磁棒驱动与控制模块查询常开型磁敏开关11的输出状态，如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置已对准，常开型磁敏开关11闭合，并发送给电磁棒驱动与控制模块一个闭合信号，电磁棒驱动与控制模块将长条形电磁棒10断电；如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此偏离，所述闭合信号丢失，则电磁棒驱动与控制模块恢复向长条形电磁棒10供电，如此保持两个厘米级近距离无线光通信对准装置动态对准；

第四步，厘米级近距离无线光通信系统查询到通信结束，由电磁棒驱动与控制模块控制将长条形电磁棒10断电。

Claims (1)

1.一种厘米级近距离无线光通信对准装置电磁对准方法，其特征在于：

第一步，将两个厘米级近距离无线光通信对准装置与两个小型移动通信设备分别连接，其中，厘米级近距离无线光通信对准装置的通信信号输出输入柔性传输线(8)、电磁棒驱动电源线分别与小型移动通信设备的信号端口、电源连接；

第二步，两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此接近，通过两个厘米级近距离无线光通信系统提出通信需求，在控制处理模块(4)接收到通信电信号的同时，电磁棒驱动与控制模块控制向长条形电磁棒(10)供电；

第三步，由电磁棒驱动与控制模块查询常开型磁敏开关(11)的输出状态，如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置已对准，常开型磁敏开关(11)闭合，并发送给电磁棒驱动与控制模块一个闭合信号，电磁棒驱动与控制模块将长条形电磁棒(10)断电；如果两个厘米级近距离无线光通信对准装置彼此偏离，所述闭合信号丢失，则电磁棒驱动与控制模块恢复向长条形电磁棒(10)供电，如此保持两个厘米级近距离无线光通信对准装置动态对准；

第四步，厘米级近距离无线光通信系统查询到通信结束，由电磁棒驱动与控制模块控制将长条形电磁棒(10)断电。