CN111082865A - 一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备 - Google Patents

Abstract

一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，包括光学透镜、窄带滤光片、LED灯珠、PD接收器、前置跨阻放大器、主放大器、调制解调处理电路、偏置电路、网络接口模块和适配器；所述光学透镜设置在PD接收器的上部，所述窄带滤光片设置在LED灯珠的上部；所述PD接收器依次通过前置跨阻放大器和主放大器和调制解调处理电路连接，调制解调处理电路依次通过偏置电路和LED灯珠连接，调制解调处理电路还与网络接口模块连接；所述适配器通过供电模块分别与前置跨阻放大器、主放大器、和偏置电路连接。该设备能在不依赖电缆、光缆和无线电波的条件下实现点对点的可靠通信，其适用于可见光通信系统，能有效满足可见光通信系统中的各种应用需求。

Description

一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，具体涉及一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备。

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，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。现有技术中，两个不方便通过网线连接的区域或者WIFI连接带宽低不稳定的区域无法进行有效的通信。同时，现有的通信收发设备，并不能应用于可见光通信技术中，进而不能有效满足可见光通信系统中的各种应用需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，该设备能在不依赖电缆、光缆和无线电波的条件下实现点对点的可靠通信，其适用于可见光通信系统，能有效满足可见光通信系统中的各种应用需求。

本发明提供一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，包括光学透镜、窄带滤光片、LED灯珠、PD接收器、前置跨阻放大器、主放大器、调制解调处理电路、偏置电路、网络接口模块和适配器；

所述光学透镜设置在PD接收器的上部，所述窄带滤光片设置在LED灯珠的上部；所述PD接收器依次通过前置跨阻放大器和主放大器和调制解调处理电路连接，调制解调处理电路通过偏置电路和LED灯珠连接，调制解调处理电路还与网络接口模块连接；所述适配器通过供电模块分别与PD接收器、前置跨阻放大器、主放大器和偏置电路连接。

作为一种优选，还包括锂电池模块；锂电池模块和供电模块连接。

进一步，为了便于实现模块化和集成化装配，还包括外壳体、LED驱动板、可见光信号处理板、透镜支架和反光碗，所述外壳体由外壳上盖和外壳下盖组成；所述LED驱动板和可见光信号处理板依次通过螺柱安装在外壳上盖内部空间的上部和下部；所述外壳下盖扣合连接在外壳上盖的下端，并通过螺丝与外壳上盖固定连接；

所述外壳上盖的上部左右间隔地开设有信号输入口和信号输出口，外壳上盖的侧面开设有电源口和网口；LED驱动板对应信号输入口和信号输出口地开设有通孔A和通孔B；LED驱动板在通孔B下部安装有LED灯板；所述LED灯珠对应通孔B地安装在LED灯板上；

所述透镜支架由均呈筒形的透镜下支架和透镜上支架组成，透镜下支架的下端固定连接在信号输入口的外端，透镜下支架上部的内侧设置有内螺纹，透镜上支架下部的外侧设置有外螺纹，透镜上支架的下部通过螺纹配合安装在透镜下支架上部的内侧；所述光学透镜固定安装在透镜上支架的内部；所述窄带滤光片安装在信号输出口中；

所述反光碗设置在外壳上盖的内部，其大径端与信号输入口下端固定连接，其小径端套设在LED灯珠的外部，并与LED灯板相抵接；

所述PD接收器、前置跨阻放大器、主放大器、偏置电路、调制解调处理电路和网络接口模块均设置在可见光信号处理板上，网络接口模块靠近网口地设置；所述适配器安装在外壳上盖内部，且靠近电源口地设置；所述PD接收器对应通孔A地设置。

进一步，为了方便进行散热，所述外壳上盖和外壳下盖上均设置有散热孔。

本发明使用前沿的可见光通信技术将两个不方便通过网线连接、WIFI连接带宽低不稳定的区域通过可见光进行连接。两个设备通过光传输数据信息，改变了光缆电缆通信的局限性，只要在有光的地方就可以进行通信连接，不受到网线接口点的束缚，为无缆化的通信提供了便利。另外，传统无缆通信使用无线电波进行通信，在室外移动状态设备之间通信容易受到周围环境干扰，造成通信延时，通信质量差。由于光线沿直线以光束的形式传播，以光源点按照一定的半角发射出去，能量较为集中，因而通过可见光通信可以有效避免周围环境干扰、通信延时和通信质量差的问题。本发明使用光束进行点对点式通信，将数据编码到光束，通过光的照射将数据传输到另外一个设备，另外一个设备通过光束将数据信息发送到此设备，完成一次信息交互，由于光束角度可以通过二次光学进行调节，因而能在移动状态下使两个设备处于持续连接状态，能提供在移动状态下不依靠电缆、光缆、无线电波的一种新型通信链路设备。本发明适用于列车车厢之间、车队之间保密通信、PC之间的互连、近距离两地点间数据传输、楼房与楼房之间数据传输等。本发明还适用于医院、洞库、指挥所、核电站等电磁盲区和电磁敏感区，实现在禁用无线电波和不方便扯线缆的环境中高速率通信。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的应用示意图。

图中：1、透镜支架，2、窄带滤光片，3、反光碗，4、外壳上盖，5、网口，6、电源口，7、LED驱动板，8、LED灯珠，9、调制解调处理电路，10、外壳下盖，11、可见光信号处理板，12、光学透镜，13、透镜上支架，14、透镜下支架，15、信号输入口，16、PD接收器，17、信号输出口，18、通孔A，19、通孔B，20、LED灯板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，包括光学透镜12、窄带滤光片2、LED灯珠8、PD接收器16、前置跨阻放大器、主放大器、调制解调处理电路9、偏置电路、网络接口模块和适配器；

所述光学透镜12设置在PD接收器16的上部，所述窄带滤光片4设置在LED灯珠8的上部，因为近红外灯珠点亮后会出现红爆现象，通过窄带滤光片2的设置可以将可见光波段过滤掉，不会暴露信号发射点；所述PD接收器16依次通过前置跨阻放大器和主放大器和调制解调处理电路9连接，调制解调处理电路9通过偏置电路和LED灯珠8连接，调制解调处理电路9还与网络接口模块连接；所述适配器通过供电模块分别与PD接收器16、前置跨阻放大器、主放大器和偏置电路连接。作为一种优选，为了能提供多种供电方式，适配器采用宽电压AC100V-240V供电，并转换为DC12V输出。同时，还可以采用USB充电接口进行供电，此时，设置与USB充电接口相适配的内置电源管理模块来进行电压的转换；作为一种优选，所述网络接口模块采用RJ45接口。网络接口模块用于通过网络接口连接外部信源，信息在网线信道中通过数字信号传输，网卡发送数据通过Tx+、Tx-，接收信号通过Rx+、Rx-，将信源发送接收的数据Tx、Rx连接到调制解调处理电路9，调制解调处理电路9适用网络协议TCP/IP协议，对物理层传输的数据进行解析，并根据协议将被分解的数据包进行解调和调制。为了能同时满足照明和通信需求，LED灯珠8采用近红外灯珠或者可见光灯珠。作为一种优选，采用360nm-780nm波段可见光。为了更好的应用于在不方便使用可见光的场景中，作为一种优选，LED灯珠8采用波长810nm的红外灯珠，该红外灯珠发热量小，通信带宽高满足通信系统使用的要求。

作为一种优选，还可以设置散热器为灯珠进行散热，

作为一种优选，还包括锂电池模块；锂电池模块和供电模块连接。

为了便于实现模块化和集成化装配，还包括外壳体、LED驱动板7、可见光信号处理板11、透镜支架1和反光碗3，所述外壳体由外壳上盖4和外壳下盖10组成；所述LED驱动板7和可见光信号处理板11依次通过螺柱安装在外壳上盖4内部空间的上部和下部；所述外壳下盖10扣合连接在外壳上盖4的下端，并通过螺丝与外壳上盖4固定连接；

所述外壳上盖4的上部左右间隔地开设有信号输入口15和信号输出口17，外壳上盖4的侧面开设有电源口6和网口5；LED驱动板7对应信号输入口15和信号输出口17地开设有通孔A18和通孔B19；LED驱动板7在通孔B19下部安装有LED灯板20，LED驱动板7可以使用DC3.3V或者DC2.8V驱动LED灯珠8发光，即可以将网络信息通过光束发送到信宿连接设备；所述LED灯珠8对应通孔B19地安装在LED灯板20上；

所述透镜支架1由均呈筒形的透镜下支架14和透镜上支架13组成，透镜下支架14的下端固定连接在信号输入口15的外端，透镜下支架14上部的内侧设置有内螺纹，透镜上支架13下部的外侧设置有外螺纹，透镜上支架13的下部通过螺纹配合安装在透镜下支架14上部的内侧；所述光学透镜12固定安装在透镜上支架13的内部；所述窄带滤光片2安装在信号输出口17中；

所述反光碗3设置在外壳上盖4的内部，其大径端与信号输入口15下端固定连接，其小径端套设在LED灯珠8的外部，并与LED灯板20相抵接；

所述PD接收器16、前置跨阻放大器、主放大器、偏置电路、调制解调处理电路9和网络接口模块均设置在可见光信号处理板11上，网络接口模块靠近网口5地设置；所述适配器安装在外壳上盖内部，且靠近电源口6地设置；所述PD接收器16对应通孔A18地设置。

为了方便进行散热，所述外壳上盖4和外壳下盖10上均设置有散热孔。

该设备在工作时，成对使用，如图3所示，一个设备连接信源，一个设备连接住宿，并使用TCP/IP通信协议，信源可以是PC、以太网、工业路由器或者其它网络信息发布设备；信宿通过两个设备之间的信道进行信息的获取及信息交互；信道为可见光光束，或者近红外光束。信源和信宿连接好后，打开设备，两设备对照后即可进行连接，不受到网线的限制，只要在直线可见的距离内就可以进行信息的交互。调制解调处理电路9和信源或信宿之间通过网络接口模块进行数据交互通信。窄带滤光片2的设置可以将可见光波段过滤掉，然后由PD接收器16接收，PD接收器16将接收的光信号转化为微弱的电流信号，该电流信号经前置跨阻放大器进行第一次放大，前置跨阻放大器的主要作用为将微弱的电流信号转化为电压信号，并将信号进行一定强度低噪声放大，然后再经主放大器进行第二次放大，主放大器将毫伏级别的电压信号放大为伏特级别，以满足光信号传输的需求电平。调制解调处理电路9用于对接收到的电信号进行调制和解调处理，进而可以将接收到的源于PD接收器16所发出的电信号通过网络接口模块发送给信源或信宿，将源于信源或住宿所发出的电信号通过偏置电路的偏置后驱动LED灯珠8发光，以将电信号转化为光信号，并发送到另一设备中。本设备是全双工通信设备，信源到信宿、信宿到信源可同时进行数据传输。

本发明能将网络模拟信号接入到设备，通过对网络信号调制解调后转换为LED灯珠驱动信号，进而将驱动信号加载到可见光通信设备的发射端，通过LED灯珠将网络信号以光束的形态照射到另一个设备的接收端，另一个设备接收到光信号进行调制解调，编码为网络信号通过网络接口模块发出，完成一次信息传输，该点对点可见光通信收发设备是全双工的通信设备，进行网络交互。

Claims (4)

1.一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，其特征在于，包括光学透镜(12)、窄带滤光片(2)、LED灯珠(8)、PD接收器(16)、前置跨阻放大器、主放大器、调制解调处理电路(9)、偏置电路、网络接口模块和适配器；

所述光学透镜(12)设置在PD接收器(16)的上部，所述窄带滤光片(4)设置在LED灯珠(8)的上部；所述PD接收器(16)依次通过前置跨阻放大器和主放大器和调制解调处理电路(9)连接，调制解调处理电路(9)通过偏置电路和LED灯珠(8)连接，调制解调处理电路(9)还与网络接口模块连接；所述适配器通过供电模块分别与PD接收器(16)、前置跨阻放大器、主放大器和偏置电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，其特征在于，还包括锂电池模块；锂电池模块和供电模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，其特征在于，还包括外壳体、LED驱动板(7)、可见光信号处理板(11)、透镜支架(1)和反光碗(3)，所述外壳体由外壳上盖(4)和外壳下盖(10)组成；所述LED驱动板(7)和可见光信号处理板(11)依次通过螺柱安装在外壳上盖(4)内部空间的上部和下部；所述外壳下盖(10)扣合连接在外壳上盖(4)的下端，并通过螺丝与外壳上盖(4)固定连接；

所述外壳上盖(4)的上部左右间隔地开设有信号输入口(15)和信号输出口(17)，外壳上盖(4)的侧面开设有电源口(6)和网口(5)；LED驱动板(7)对应信号输入口(15)和信号输出口(17)地开设有通孔A(18)和通孔B(19)；LED驱动板(7)在通孔B(19)下部安装有LED灯板(20)；所述LED灯珠(8)对应通孔B(19)地安装在LED灯板(20)上；

所述透镜支架(1)由均呈筒形的透镜下支架(14)和透镜上支架(13)组成，透镜下支架(14)的下端固定连接在信号输入口(15)的外端，透镜下支架(14)上部的内侧设置有内螺纹，透镜上支架(13)下部的外侧设置有外螺纹，透镜上支架(13)的下部通过螺纹配合安装在透镜下支架(14)上部的内侧；所述光学透镜(12)固定安装在透镜上支架(13)的内部；所述窄带滤光片(2)安装在信号输出口(17)中；

所述反光碗(3)设置在外壳上盖(4)的内部，其大径端与信号输入口(15)下端固定连接，其小径端套设在LED灯珠(8)的外部，并与LED灯板(20)相抵接；

所述PD接收器(16)、前置跨阻放大器、主放大器、偏置电路、调制解调处理电路(9)和网络接口模块均设置在可见光信号处理板(11)上，网络接口模块靠近网口(5)地设置；所述适配器安装在外壳上盖(4)内部，且靠近电源口(6)地设置；所述PD接收器(16)对应通孔A(18)地设置。

4.根据权利要求3所述的一种新型的无线网络桥接器点对点可见光通信收发设备，其特征在于，所述外壳上盖(4)和外壳下盖(10)上均设置有散热孔。

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