CN111669223A - 一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统 - Google Patents

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吴君鹏
唐少博
李相磊
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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa通信技术和可见光通信技术的数据传输系统，包括LoRa模块和LED可见光发射模块和接收模块，所述LoRa模块通过电信号连接有LED可见光发射模块和接收模块，LED可见光发射模块和接收模块通过可见光连接到智能手机，所述智能手机包括手机摄像头和手机闪光灯。本发明利用LoRa模块实现低功耗广域网的组网，LoRa模块将数据传输给LED发射模块上，利用可见光发射和接收模块实现和智能手机的数据传输。该系统即利用了LoRa的远距离通信的低功耗组网功能，同时借助LED的照明功能，将数据信息利用光载波进行传输，接收端可以借助手机的摄像头用于可见光信息的接收，同时利用手机上的闪光灯实现数据的双向传输。具有一定的应用前景。

Description

一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，具体为一种基于LoRa通信和可见光通信的数据传输系统。
背景技术
目前，物联网应用中所使用的无线通信技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi通信技术、蓝牙短距离通信、Zigbee通信技术等，组成广域网的无线技术主要有3G/4G/5G等移动通信技术。这些无线技术，优缺点非常明显。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）产生之前，似乎远距离通信和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。
LoRa是LPWAN通信技术中的一种，它是一种基于扩频技术的远距离无线数据传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命的数据传输系统，进而扩展无线传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。
LoRa技术由于采用了扩频通信技术，因此可以提供长距离、低功耗和安全的数据传输链路。使用该技术的公共和私有网络可以提供与现有蜂窝网络相比更大范围的覆盖。采用LoRa技术的数据传输单元可以更便捷的接入现有的通信基础架构。
伴随着白光LED的广泛应用，借助可见光信号实现通信成为了一种新型的通信技术而到了广泛地关注，其可以借助LED照明系统和光电接收设备实现数据的传输。但是在实际中，由于受到光波直线传播特性的影响，导致光通信会受到障碍物的遮挡，而对其实际的应用性能的发挥而受到较大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LoRa通信方式和可见光通信的数据传输系统，利用LoRa模块实现低功耗广域网的组网，在网络节点上LoRa模块将数据以电信号形式传输给LED发射模块上，LED可见光发射模块对数据信号进行光学调制并发射给智能手机；同时可见光接收模块上的光电检测装置实现对外部光学信号的接收，接收之后解调出的电信号再利用LoRa模块以无线电信号发射出去。该系统即利用了LoRa的远距离通信的低功耗组网功能，同时借助白光LED的照明功能，将数据信息利用光载波进行传输，接收端可以借助手机的摄像头用于可见光信息的接收，同时利用手机上的闪光灯实现数据的双向传输，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，包括LoRa模块和LED可见光发射模块和接收模块，所述LoRa模块通过电信号连接有LED可见光发射模块和接收模块，LED可见光发射模块和接收模块通过可见光载波连接到智能手机，所述智能手机包括手机摄像头和手机闪光灯。
优选的，所述LoRa模块包括LoRa发射模块和LoRa射频芯片和天线。
优选的，所述LoRa模块的传输距离为2-15km，工作频率：ISM频段包括433、868、915MH。
优选的，所述LED可见光发射模块包括LED调制驱动模块。
优选的，所述LED可见光发射模块和接收模块中：LED可见光发射模块将数据信息利用数字信号处理单元进行编码之后输入到LED的调制驱动电路，利用驱动电路将数据信息通过LED光源发射出去，发射模块包括了信号处理电路、LED驱动电路和LED光源三个部分。可见光接收模块包括光学透镜、光电转换器、信号放大电路、信号解调电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明设计了一种混合LoRa射频无线通信技术和可见光通信通信模块相结合的数据传输系统，主要包括，LoRa发射和接收模块，可见光发射和接收模块。利用LoRa模块实现低功耗广域网的组网，LoRa模块将数据传输给LED发射模块上，利用手机上的摄像头对LED发出的数据信号进行接收。该系统即利用了LoRa的远距离通信的低功耗组网功能，同时借助LED的照明功能，将数据信息利用光载波进行传输，接收端可以借助手机的摄像头用于可见光信息的接收，同时利用手机上的闪光灯实现数据的双向传输。具有一定的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统框图；
图2为本发明一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统的智能手机模块图；
图3为本发明一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统的LORA模块图；
图4为本发明一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统的LED可见光发射模块框图；
图5为本发明一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统的LED可见光接收模块框图。
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做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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，包括LoRa模块和LED可见光发射模块和接收模块，所述LoRa模块通过电信号连接有LED可见光发射模块和接收模块，LED可见光发射模块和接收模块通过可见光连接到智能手机，所述智能手机包括手机摄像头和手机闪光灯。
手机摄像头主要包括内置和外置这两种，内置摄像头是指手机内部安装的摄像头，使用更为便利；外置摄像头是指通过数据线或者其他方式将手机与数码相机进行连接，以此实现拍摄，这种拍摄方式的操作更为便捷。
手机闪光灯是一个发光二极管（即LED）发光。
具体的，所述LoRa模块包括LoRa发射模块和LoRa射频芯片和天线。
具体的，所述LoRa模块的传输距离为2-15km，工作频率：ISM频段包括433、868、915MHz。
具体的，所述LED可见光发射模块包括LED调制驱动模块。
具体的，所述LED可见光发射模块和接收模块中：LED可见光发射模块将数据信息利用数字信号处理单元进行编码之后输入到LED的调制驱动电路，利用驱动电路将数据信息通过LED光源发射出去，发射模块包括了信号处理电路、LED驱动电路和LED光源三个部分。可见光接收模块包括光学透镜、光电转换器、信号放大电路、信号解调电路。
请参阅图4-5，该LED可见光发射模块和接收模块中，LED驱动电路对提升可见光通信系统的调制频率至关重要，根据白光LED的电学特性可知，白光可以直接进行调制，但针对数字调制和模拟调制两个不同的方向，驱动电路的设计思路也有着很大的不同，白光LED类似于普通二极管，只是导通电压不同，采用不同工艺的LED其正向导通电压大都在1.5-3.0V之间。
光电探测器是实现光电信号转换的核心，因此光敏元件的性能能够直接影响后续电路以及系统整体性能，面对种类繁多的感光元件，必须选择最适合可见光通信系统的，才能满足可见光通信系统对更加出色性能的要求，具有频带宽、响应度高、响应速度快的特点的光电探测器有PIN光电二极管和APD光电二极管。
综上所述：本发明设计了一种混合LoRa射频无线通信技术和可见光通信通信模块相结合的数据传输系统，主要包括，LoRa发射和接收模块，可见光发射和接收模块。可见光模块是包括发射电路和接收电路。LoRa模块通过电信号和可见光模块连接，将电信号转换为光信号后，利用手机的摄像头接收。反过来，手机的LED闪光灯发射信号，LED可见光接收模块接收到光信号后，将其转换为电信号在通过LoRa模块发射出去。实现LoRa模块和可见光模块相结合的数据传输系统，利用LoRa模块实现低功耗广域网的组网，LoRa模块将数据传输给LED发射模块，同时利用可见光接收模块对可见光信号进行接收。该系统即利用了LoRa的远距离通信的低功耗组网功能，同时借助LED的照明功能，将数据信息利用光载波进行传输，接收端可以借助手机的摄像头用于可见光信息的接收，同时利用手机上的闪光灯实现数据的双向传输。具有一定的应用前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于LoRa无线通信技术和可见光通信的数据传输系统，包括LoRa模块和LED可见光发射模块和接收模块，其特征在于：所述LoRa模块通过电信号连接有LED可见光发射模块和接收模块，LED可见光发射模块和接收模块通过可见光连接到智能手机，所述智能手机包括手机摄像头和手机闪光灯。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，其特征在于：所述LoRa模块包括LoRa发射模块和LoRa射频芯片和天线。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，其特征在于：所述LoRa模块的传输距离为2-15km，工作频率：ISM频段包括433、868、915MHz。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，其特征在于：所述LED可见光发射模块包括LED调制驱动模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa和可见光通信的数据传输系统，其特征在于：所述LED可见光发射模块和接收模块中：LED可见光发射模块将数据信息利用数字信号处理单元进行编码之后输入到LED的调制驱动电路，利用驱动电路将数据信息通过LED光源发射出去，发射模块包括了信号处理电路、LED驱动电路和LED光源三个部分；可见光接收模块包括光学透镜、光电转换器、信号放大电路、信号解调电路。
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