CN109768830A - 基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，该装置可在接收其他车辆可见光信号的同时利用环境光源和信号光源产生电能实现自主供电，减少车辆自身不必要的能源消耗，包括可见光接收模块和光伏模块两部分，可见光接收模块包括光电二极管阵列，信息处理电路和主控单元，其中，光电二极管阵列用于可见光信息的接收，把原始可见光光信号转化为原始电信号，供信息处理电路进行信号的滤波及调制解调和主控单元的处理；光伏模块包括光伏电池板阵列、能量收集电路和储能元件，光伏电池板阵列用于对环境光源和信号光源实现光‑电转换，通过能量收集电路和储能元件，为可见光接收模块的各个元器件提供工作所需能量。

Description

基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置

技术领域

本发明属于网络通信领域，涉及一种车载可见光通信接收端装置，具体涉及一种基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置。

背景技术

发光二极管LED是一种可以将电能转换成光能的半导体器件。具有产品寿命长、造价低、亮度高、体积小的优点，被称为第四代绿色环保的照明光源。与传统汽车用卤素大灯和氙气大灯相比，使用LED大灯更为节能，更为环保，更为耐用，亮度更高，点亮速度更快。因此受到了越来越多的汽车厂商的青睐，并逐渐成为汽车车灯的必备元素。由于LED灯的超高的响应频率，用作光通信中的光源非常合适。

可见光通信技术是指利用LED器件功耗低、切换快速、易调制的特点，将信号经过LED器件调制，发出人眼无法察觉到的高速调制光载波信号在空气中自由传播，然后利用光电二极管等光电转换器件接收光载波信号，解调并获得信息。

车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车、路、行人以及互联网之间进行无线通信和信息交换的大系统网络，是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能控制的一体化网络。

光伏电池是一种利用光能直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到时即可输出电压，在有回路的情况下可产生电流。在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏。光伏电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

太阳光和其他环境光源蕴含丰富的能量，LED光源除了为司机提供照明、指示和车辆间传递信息外，仍可以被有效利用。汽车利用光能为车辆传感器供能不会污染环境，传统的车辆传感器采用车内蓄电池实现供能的方式，无疑增加了不必要的能源消耗，不符合当今绿色发展的理念。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的问题，而提出的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，包括可见光接收模块和光伏模块，

可见光接收模块包括：

光电二极管阵列，用于将原始可见光光信号转化为原始电信号，并将转换后的原始电信号发送给信息处理电路进行处理；

信息处理电路，用于判断来自于光电二极管阵列原始电信号是否存在通信信息，若有，则对通信信息实现滤波、调制及解调过程，并将解调后的信号发送给主控单元进行处理；

主控单元，用于接收来自信息处理电路的解调信号，以及协调整个系统的工作；

光伏模块包括：

光伏电池板阵列，用于实现特定波长光源的光——电转换过程；

能量收集电路，用于对光伏电池板阵列转化后的电能进行整流、滤波和稳压处理；

储能元件，用于储存从光伏电池板阵列和能量收集电路处理转化的直流能量，并为提供可见光接收模块各子元件提供所需能量。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述光电二极管阵列，采用PCB板和n个光电二极管构成，这些光电二极管安装于PCB板上不同位置，用于感应可见光可见光信号的照射情况，n大于等于4。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述能量收集电路，其与光伏电池板阵列阻抗匹配。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述光伏电池板阵列，采用高光电转换效率的单晶硅光伏电池。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述储能元件，采用微型超级电容，其最大容量能够保证本设备无光情况下一天的正常工作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明由于可见光接收模块连接光伏模块，能够充分利用当前环境条件，收集当前空间中对应光伏模块对应频谱的多种光能量供给可见光接收模块工作，减少了汽车本身的能量供给，与现有技术相比，本发明充分提高了环境能量利用率，减少了不必要的能源消耗，符合当前当今绿色发展的理念。

2、本发明因采用高光电转换效率的单晶硅光伏电池，不仅在白昼环境下可以利用日光和日间行车灯光源进行充分能量供给和充分的设备充电，在夜间环境也能利用路灯等环境光源和行车灯光源进行光伏发电；当光照度不足以支持可见光接收模块的能量供给时，储能元件亦能释放白天储存的能量保证设备的正常工作，此举保证了整个设备的独立性和鲁棒性。

附图说明

图1为本发明中整体结构示意图；

图2为本发明中安装位置结构示意图；

图3为本发明中白昼环境的工作示意图；

图4为本发明中夜间环境的工作示意图。

图例说明：

1、光电二极管阵列；2、信息处理电路；3、主控单元；4、光伏电池板阵列；5、能量收集电路；6、储能元件。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，本发明的结构如下：

可见光接收模块，包括光电二极管阵列1、信息处理电路2和主控单元3。光电二极管阵列1和信息处理电路2单向相连，信息处理电路2和主控单元3单向相连。其中：

光电二极管阵列1，由PCB板和n个光电二极管构成，这些光电二极管安装于PCB板上不同位置，用于感应可见光可见光信号的照射情况，n大于等于4。

光伏模块，包括光伏电池板阵列4，能量收集电路5和储能元件6。光伏电池板阵列4和能量收集电路5单向相连，能量收集电路5和储能元件6单向相连，储能元件6分别和可见光接收模块的子元件光电二极管阵列1、信息处理电路2和主控单元3单向相连。

参考图2，本发明的安装位置，位于车辆尾部上方中心位置。

实施例1：

参照图3，本实施例的车载可见光通信接收端装置所处的当前空间为白昼环境，环境光源包含太阳光源和日间行车灯光源，此时环境光源充足，光伏模块转换能量大于或等于可见光接收模块工作所需能量阈值，此时光伏模块将光能转化的电能除供给可见光接收模块正常工作外，将盈余电量以直流能量的形式储存在储能元件6中。

实施例2：

本实施例与实施例1区别在于：本实施例所处的当前空间为夜间环境，环境光源包含路灯等环境光源和行车灯光源。

参照图4，此时环境光源较白天较弱，光伏模块将环境光源（如路灯）和行车灯光源的光能转化为电能，除供给可见光接收模块外，如果因车辆距离较远导致光照度不足，导致光伏模块转换能量低于可见光接收模块工作所需能量阈值，难以支撑可见光接收模块的正常工作时，本设备可将储能元件白天储存的直流能量反向供给可见光接收模块，保证其正常工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，包括可见光接收模块和光伏模块，其特征在于，可见光接收模块包括：

光电二极管阵列（1），用于将原始可见光光信号转化为原始电信号，并将转换后的原始电信号发送给信息处理电路（2）进行处理；

信息处理电路（2），用于判断来自于光电二极管阵列（1）原始电信号是否存在通信信息，若有，则对通信信息实现滤波、调制及解调过程，并将解调后的信号发送给主控单元（3）进行处理；

主控单元（3），用于接收来自信息处理电路（2）的解调信号，以及协调整个系统的工作；

光伏模块包括：

光伏电池板阵列（4），用于实现各种光源的光—电转换过程；

能量收集电路（5），用于对光伏电池板阵列（4）转化后的电能进行整流、滤波和稳压处理；

储能元件（6），用于储存从光伏电池板阵列（4）和能量收集电路（5）处理转化的直流能量，并为提供可见光接收模块各子成员提供所需能量。

2.根据权利要求1所述的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，其特征在于，所述光电二极管阵列（1），由PCB板和n个光电二极管构成，这些光电二极管安装于PCB板上不同位置，用于感应可见光可见光信号的照射情况，n大于等于4。

3.根据权利要求1所述的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，其特征在于，所述可见光接收模块和光伏模块可同时工作，受可见光接收模块内主控单元（3）统一调度。

4.根据权利要求1所述的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，其特征在于，所述光伏电池板阵列（4），采用单晶硅光伏电池。

5.根据权利要求1所述的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，其特征在于，所述能量收集电路（5），其与光伏电池板阵列（4）阻抗匹配。

6.根据权利要求1所述的基于光伏电池的车载可见光通信接收端装置，其特征在于，采用所述储能元件（6），采用微型超级电容。