CN111917470A - 水下可见光通信收发模块 - Google Patents

Abstract

本发明适用于可见光通信技术领域，提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体，所述壳体的至少一端设置有至少一组可见光水下收发模块，所述可见光水下收发模块包括可见光水下接收单元和可见光水下发送单元，所述可见光水下接收单元和可见光水下发送单元的光通路均朝向所述壳体外部且相互独立。本发明实施例通过将接收单元与发送单元相互独立，能够分别处理不同光通路的信号传递，即能够同时发送和接收不同的光信号，同时完成不同数据的信号发送与接收；水下可见光通信收发模块适应性强，可根据不同场景的需求进行布置，既能适应多种水下通信的场景，又能改变可见光通信的光通路角度，还能通过多设备串联的方式扩展通信距离。

Description

水下可见光通信收发模块

技术领域

本发明属于可见光通信领域，具体涉及一种水下可见光通信收发模块。

背景技术

可见光通信是利用LED的高速亮灭响应特性，来实现无线传输的新型信息技术，可见光通信具有高速率性、无电磁辐射、密度高、成本低、频谱丰富和高保密性的技术优势。尤其是在2015年12月，经中国工信部测试认证，中国“可见光通信系统关键技术研究”又获得重大突破，实时通信速率已提高至50Gbps，再次展现了可见光在通信领域的高速率性优势。

由于无线电波无法在水下传播，现有的水下通信更多的还是采用有线传输。而可见光在水下的传播是可行的，因此，可见光通信也能适用于传统无线传输的电磁波信号无法在水下进行传输的情景。受多方面影响，现有的水下可见光传输的有效距离较短，仍难以解决远距离的数据传输，对水体的透光度也有一定要求。因此，现有的水下可见光通信的适应性还不足，亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，使可见光在水下通信的适应性更强，还可根据不同场景的需求进行布置设计。

本发明实施例的第一方面提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体，所述壳体的至少一端设置有至少一组可见光水下收发模块，所述可见光水下收发模块包括可见光水下接收单元和可见光水下发送单元，所述可见光水下接收单元和可见光水下发送单元的光通路均朝向所述壳体外部且相互独立。

接收单元与发送单元相互独立，能够分别处理不同光通路的信号传递，即能够同时发送和接收不同的光信号，同时完成不同数据的信号发送与接收。

当只有一组可见光水下收发模块时，可以在一侧进行可见光的通信，而在其他侧通过有线传输或其他方式进行通信，比较适用于可见光单侧通信的场景，例如测试对比可见光通信与其他通信方式差异的实验场景；

当通信场景需要更长的距离或更复杂的情况时，则可以在多侧布置可见光水下收发模块，各侧的模块可以在壳体内部相互通信，从而使整个水下可见光通信收发模块能够将一侧的可见光信号有效传递到另一侧，可以是直线的相对侧进行传输，也可以是改变光通路角度的传输，例如在壳体上布设两直角侧的可见光水下收发模块，则两模块的光通路呈90°夹角，对应的信号传输通道就能实现可见光的传输角度以90°变化，能够克服光线只能直线传递导致的光通信也只能直线传输的弊端。类似的，壳体不同方向设置可见光水下收发模块也能实现其他角度的可见光通信角度变化。

当多个水下可见光通信收发模块形成通路时，就能达到可见光通信链路的效果，无限扩展通信距离，而单个的水下可见光通信收发模块则实现类似通信中继设备的功能，其应用场景更多元化。

因此，上述方式可以说明，本发明的水下可见光通信收发模块适应性强，可根据不同场景的需求进行布置，既能适应多种水下通信的场景，又能改变可见光通信的光通路角度，还能通过多设备串联的方式扩展通信距离。

在一个实施例中，所述可见光水下接收单元包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统、光电转换机构和接收电路，其中：

所述接收光学系统用于接收光信号，所述光电转换机构用于将所述光信号转换为电信号，所述接收电路用于将所述电信号以通信数据格式输出；

所述可见光水下发送单元包括沿光电传输方向依次设置的发射电路、发射光源和准直光学系统，其中：

所述发射电路用于获取通信数据，并将所述通信数据解析为电信号，所述发射光源用于将所述电信号转换为光信号，所述准直光学系统用于将所述光信号以准直光线释出。

在一个实施例中，所述可见光水下收发模块还包括数据处理器，所述数据处理器的第一数据输入端连接所述接收电路的输出端，所述数据处理器的第二数据输出端连接所述发射电路的输入端。

在一个实施例中，所述壳体的每个端部均设置有一组所述可见光水下收发模块，二组所述可见光水下收发模块经所述壳体内的传输信道通信。

在一个实施例中，所述壳体由至少二个可分离的子体构装而成，其中，端部的二个所述子体内分别设置有一组所述可见光水下收发模块。

在一个实施例中，相邻二个所述子体的接触面设置有构装部，其中一个所述子体的构装部为公头，另一所述子体的构装部为对应的母头，二者配合完成构装；

所述壳体内的传输信道为无线通信传输信道。

在一个实施例中，所述母头设置有磁吸装置，所述公头固定安装有导磁体。

在一个实施例中，所述壳体内设置有防水仓，所述防水仓包括通信室与供电室，所述通信室内安装所述可见光水下收发模块，所述供电室内安装有电源，所述电源为所述可见光水下收发模块供电；

所述通信室位于所述壳体的端部，且室壁为透光材质。

在一个实施例中，所述通信室内壁设置有云台支承，所述云台支承上固定安装所述可见光水下收发模块；

所述云台支承设置有水平转动机构和竖直转动机构，用于水平转动及竖直转动所述可见光水下收发模块。

在一个实施例中，所述通信室内还安装有图像采集装置，用于采集所述壳体外部图像。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果至少在于：

本发明实施例通过将接收单元与发送单元相互独立，能够分别处理不同光通路的信号传递，即能够同时发送和接收不同的光信号，同时完成不同数据的信号发送与接收；水下可见光通信收发模块适应性强，可根据不同场景的需求进行布置，既能适应多种水下通信的场景，又能改变可见光通信的光通路角度，还能通过多设备串联的方式扩展通信距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图。

图1是本发明实施例一提供的水下可见光通信收发模块的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的水下可见光通信收发模块的后视图；

图3是本发明实施例一提供的水下可见光通信收发模块的剖视图；

图4是本发明实施例二提供的水下可见光通信收发模块的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的水下可见光通信收发模块的剖视图；

图6是本发明实施例三提供的水下可见光通信收发模块的结构示意图；

图7是本发明实施例三提供的水下可见光通信收发模块中构装部的示意图；

图8是本发明实施例三提供的水下可见光通信收发模块的剖视图；

图9是本发明实施例四提供的水下可见光通信收发模块的结构示意图；

图10是本发明实施例四提供的水下可见光通信收发模块中构装部的示意图；

图11是本发明实施例四提供的水下可见光通信收发模块的剖视图；

图12是本发明实施例五提供的水下可见光通信收发模块的结构示意图；

图13是本发明实施例五提供的水下可见光通信收发模块的剖视图；

图14是本发明实施例提供的可见光水下收发模块的通信示意图。

具体实施方式

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例采用了如下结构：

实施例一：

参见图1，本实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体100，壳体100的一端设置有一组可见光水下收发模块200，另一端以线缆300连接远端的通信设备，可见光水下收发模块200与线缆300电连接。

可以从图中看出，本实施例的壳体100头部呈子弹头形状，尾部设置有尾翼101，壳体100的外壁设置有四组联通壳体100尾端的排水通道102，每组排水通道102内均安装有一组水下推进装置103，参见图2。该壳体100的结构有利于水下作业，只需将本实施例的水下可见光通信收发模块放入水中，就能通过行进控制器操作水下推进装置103工作，从而令水下可见光通信收发模块前往任意目的地。

如图3所示，本实施例中，壳体100内设置有防水仓110，防水仓110包括通信室111与供电室112，通信室111位于壳体100的头部，且头部的室壁为透光材质。

通信室111内安装可见光水下收发模块200，供电室112内安装有电源400，该电源400为可见光水下收发模块200和水下推进装置103供电；线缆300在防水仓110内与可见光水下收发模块200电连接。

作为优选，本实施例中为便于可见光水下收发模块200的光通路可调节，通信室111内壁设置有云台支承500，云台支承500上固定安装该可见光水下收发模块200；

光通路调节即调节可见光水下收发模块200的朝向角度，具体的调节方式可参见现有摄像头装置的转动原理，转动结构等效设置为：云台支承500设置有水平转动机构和竖直转动机构，分别用于水平转动及竖直转动可见光水下收发模块200。其水平转动及竖直转动的具体设计已有大量公开文献披露，在此不再赘述。

上述可见光水下收发模块200包括可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220，可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220的光通路均朝向壳体100外部且相互独立。

参见图14，可见光水下接收单元210包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统211、光电转换机构212和接收电路213，其中：

接收光学系统211用于接收光信号，主要是使到达接收端的光线经过汇聚，尽可能的打在接收光电二极管(即光电转换机构212)上，这样在相同的水下吸收散射条件下，可以减少光束能量的损失，使有效传输距离更远。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当聚焦的接收结构组成接收光学系统211。

光电转换机构212用于将光信号转换为电信号，常见的光电转换机构212即为光电二极管，可根据需要设置为单一的光电二极管或是光电二极管阵列，以满足通信条件。

接收电路213用于将所述电信号以通信数据格式输出，主要由信号接收放大电路、STM32处理电路和电源电路构成，信号接收放大电路的功能是将较弱的光电信号放大，以便于后续数据处理的有效性，STM32处理电路则接受并处理放大后的数字信号，然后通过线缆300与远端通信设备传输数据，电源电路则与电源400连接，并为信号接收放大电路和STM32处理电路供电。

可见光水下发送单元220包括沿光电传输方向依次设置的发射电路221、发射光源222和准直光学系统223，其中：

发射电路221用于获取通信数据，并将通信数据解析为电信号，主要由LED驱动电路、STM32处理电路和电源电路构成，且STM32处理电路和电源电路可以和上述接收电路213的STM32处理电路和电源电路共用，只需对应提供为LED驱动电路工作的部分即可，LED驱动电路则将数据信号转换为LED光源可处理的形式。

发射光源222用于将所述电信号转换为光信号，通常为发光二极管，同样的，可根据需要设置为单一的发光二极管或是发光二极管阵列，以满足通信条件。

准直光学系统223用于将所述光信号以准直光线释出，目的是减小光束在自由空间传输时的发散角，尽可能的使光束在自由空间中以平行光的形式进行传输。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当焦距的发射结构组成准直光学系统223。

可见光水下收发模块200中包括的数据处理器可用上述STM32处理电路的STM32处理器，也可以另行连接一个处理器。若采用STM32处理器，则只需根据上述发射电路221和接收电路213，对应连接LED驱动电路和信号接收放大电路；若另行连接处理器，则数据处理器的第一数据输入端连接接收电路213的输出端，数据处理器的第二数据输出端连接发射电路221的输入端，第一数据输出端、第二数据输入端则与线缆300连接。

通过上述设计，本实施例可实现由可见光水下接收单元210接收可见光信号，再经线缆300输出到远端的接收功能，也可以实现由线缆300从远端接收到数据后由可见光水下发送单元220发送可见光信号的发送功能。

实施例二：

参见图4，本实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体100，壳体100的两端均设置有一组可见光水下收发模块200，二组可见光水下收发模块200经壳体100内的传输信道通信，该传输信道通信可以是有线传输，也可以是无线传输。从图中可看出，本实施例的二个端部均呈子弹头形状，且端部的室壁为透光材质。

如图5所示，本实施例的内部结构与实施例一相似，壳体100内都设置有防水仓110，区别在于防水仓110包括一个供电室112和两个通信室111，两个通信室111位于壳体100的两端。

每个通信室111内均安装有一组可见光水下收发模块200，供电室112内安装有电源400，该电源400为可见光水下收发模块200供电。

作为优选，本实施例中同样与实施例一中类似，通信室111内壁设置有云台支承500，云台支承500上固定安装该可见光水下收发模块200；

云台支承500设置有水平转动机构510和竖直转动机构520，分别用于水平转动及竖直转动可见光水下收发模块200。

本实施例中的两组可见光水下收发模块200设计相同，均包括可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220，可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220的光通路均朝向壳体100外部且相互独立。

可见光水下接收单元210包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统211、光电转换机构212和接收电路213，其中：

接收光学系统211用于接收光信号，主要是使到达接收端的光线经过汇聚，尽可能的打在接收光电二极管(即光电转换机构212)上，这样在相同的水下吸收散射条件下，可以减少光束能量的损失，使有效传输距离更远。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当聚焦的接收结构组成接收光学系统211。

光电转换机构212用于将光信号转换为电信号，常见的光电转换机构212即为光电二极管，可根据需要设置为单一的光电二极管或是光电二极管阵列，以满足通信条件。

接收电路213用于将所述电信号以通信数据格式输出，主要由信号接收放大电路、STM32处理电路和电源电路构成，信号接收放大电路的功能是将较弱的光电信号放大，以便于后续数据处理的有效性，STM32处理电路则接受并处理放大后的数字信号，然后通过线缆300与远端通信设备传输数据，电源电路则与电源400连接，并为信号接收放大电路和STM32处理电路供电。

可见光水下发送单元220包括沿光电传输方向依次设置的发射电路221、发射光源222和准直光学系统223，其中：

发射电路221用于获取通信数据，并将通信数据解析为电信号，主要由LED驱动电路、STM32处理电路和电源电路构成，且STM32处理电路和电源电路可以和上述接收电路213的STM32处理电路和电源电路共用，只需对应提供为LED驱动电路工作的部分即可，LED驱动电路则将数据信号转换为LED光源可处理的形式。

发射光源222用于将所述电信号转换为光信号，通常为发光二极管，同样的，可根据需要设置为单一的发光二极管或是发光二极管阵列，以满足通信条件。

准直光学系统223用于将所述光信号以准直光线释出，目的是减小光束在自由空间传输时的发散角，尽可能的使光束在自由空间中以平行光的形式进行传输。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当焦距的发射结构组成准直光学系统223。

其中一组可见光水下收发模块200还包括数据处理器，该数据处理器的第一数据输入端连接第一可见光水下收发模块的接收电路213的输出端，数据处理器的第一数据输出端连接第二可见光水下收发模块的发射电路221的输入端，数据处理器的第二数据输出端连接第一可见光水下收发模块的发射电路221的输入端，数据处理器的第二数据输入端连接第二可见光水下收发模块的接收电路213的输出端。

通过上述设计，本实施例可实现由一侧的第一可见光水下收发模块，其可见光水下接收单元210接收可见光信号，内部通信输出到另一侧的第二可见光水下收发模块，再由该模块的可见光水下发送单元220发送可见光信号，形成可见光通信的传递功能，则当多个可见光水下收发模块形成通路后，则能极大的扩展通信距离。

实施例三：

参见图6，本实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体100，壳体100由二个可分离的子体120构装而成，二个子体120的端部分别设置有一组可见光水下收发模块200。从图6中可看出，本实施例的二个子体120端部均呈子弹头形状，且端部的室壁为透光材质。

如图6、7所示，二个子体120的接触面设置有构装部，其中一个子体120的构装部为公头121，另一子体120的构装部为对应的母头122，二者配合完成构装；

由于壳体100为可拆分二个子体120的结构，子体间的通信方式不便于有线传输，因此，壳体100内的传输信道为无线通信传输信道，二个子体120的接触面设置有通信孔123，当二者构装完成后可进行数据通信。

作为优选，本实施例中的构装方式为磁吸组装，母头122设置有磁吸装置124，公头121固定安装有导磁体125，当磁吸装置124通电工作时，母头122产生磁吸力，吸引公头121内的导磁体125，最终令公头121与母头122配合完成构装。

磁吸装置124可以选用电机连接旋转磁铁的组合，当电机得电工作时，旋转磁铁随着旋转得到磁力，从而吸引铁芯等导磁体。

如图8所示，本实施例中单个子体120的内部结构与实施例一中壳体100相似，每个子体120内都设置有防水仓110，防水仓110包括通信室111与供电室112，通信室111位于子体120的端部。

每个通信室111内均安装有一组可见光水下收发模块200，供电室112内安装有电源400，该电源400为可见光水下收发模块200和磁吸装置124供电。

作为优选，本实施例中同样与实施例一中类似，通信室111内壁设置有云台支承500，云台支承500上固定安装该可见光水下收发模块200；

云台支承500设置有水平转动机构510和竖直转动机构520，分别用于水平转动及竖直转动可见光水下收发模块200。

本实施例中的两组可见光水下收发模块200设计相同，均包括可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220，可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220的光通路均朝向壳体100外部且相互独立。

可见光水下接收单元210包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统211、光电转换机构212和接收电路213，其中：

接收光学系统211用于接收光信号，主要是使到达接收端的光线经过汇聚，尽可能的打在接收光电二极管(即光电转换机构212)上，这样在相同的水下吸收散射条件下，可以减少光束能量的损失，使有效传输距离更远。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当聚焦的接收结构组成接收光学系统211。

光电转换机构212用于将光信号转换为电信号，常见的光电转换机构212即为光电二极管，可根据需要设置为单一的光电二极管或是光电二极管阵列，以满足通信条件。

接收电路213用于将所述电信号以通信数据格式输出，主要由信号接收放大电路、STM32处理电路和电源电路构成，信号接收放大电路的功能是将较弱的光电信号放大，以便于后续数据处理的有效性，STM32处理电路则接受并处理放大后的数字信号，然后通过线缆300与远端通信设备传输数据，电源电路则与电源400连接，并为信号接收放大电路和STM32处理电路供电。

可见光水下发送单元220包括沿光电传输方向依次设置的发射电路221、发射光源222和准直光学系统223，其中：

发射电路221用于获取通信数据，并将通信数据解析为电信号，主要由LED驱动电路、STM32处理电路和电源电路构成，且STM32处理电路和电源电路可以和上述接收电路213的STM32处理电路和电源电路共用，只需对应提供为LED驱动电路工作的部分即可，LED驱动电路则将数据信号转换为LED光源可处理的形式。

发射光源222用于将所述电信号转换为光信号，通常为发光二极管，同样的，可根据需要设置为单一的发光二极管或是发光二极管阵列，以满足通信条件。

准直光学系统223用于将所述光信号以准直光线释出，目的是减小光束在自由空间传输时的发散角，尽可能的使光束在自由空间中以平行光的形式进行传输。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当焦距的发射结构组成准直光学系统223。

每组可见光水下收发模块200还设置有无线通信单元，用于二者无线通信。

通过上述设计，本实施例可在水下离体与组合，离体时各个子体120都能单独实现如实施例一的可见光通信功能，组合时又能实现如实施例二的功能，由一侧的可见光水下接收单元210接收可见光信号，内部通信输出到另一侧的可见光水下收发模块，再由该模块的可见光水下发送单元220发送可见光信号，形成可见光通信的传递功能，多个可见光水下收发模块形成通路时，极大的扩展通信距离，也能够应对更多的场景需求。

可预见的是，本实施例的二个子体120之间也可再接入多个不包含可见光水下收发模块的圆柱形子体，用以扩展壳体100的长度。

实施例四：

参见图9，可以看出的是，本实施例集合了实施例一中对壳体100在水下运动的结构，以及实施例三中子体120构装的结构，具体如下：

本实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体100，壳体100由二个可分离的子体120构装而成，二个子体120的端部分别设置有一组可见光水下收发模块200。本实施例的二个子体120端部均呈子弹头形状，且端部的室壁为透光材质。

每个子体120的尾部设置有尾翼101，同时，每个子体120的外壁设置有四组联通壳体100尾端的排水通道102，不同于实施例一中，每组排水通道102内均安装有一组水下推进装置103的设计，本实施例由于采用子体可构装的方式工作，因此选择相对侧的两组排水通道102为一个组合，如上下侧的为一个组合，左右侧为另一组合，则每个子体120具有二个排水通道102组合，两个子体120分别选用一个组合，例如第一子体选用上下组合的排水通道102，第二子体选用左右组合的排水通道102，用以安装水下推进装置103。

当子体120独立作业时，可以通过一个组合的二个水下推进装置103实现水下运动，二个子体120构装成完整的壳体100后，又能将子体120上相对的每组排水通道102联通，形成四个水下推进装置103分别位于一组联通的排水通道102中进行工作。

如图10所示，二个子体120的接触面设置有构装部，其中一个子体120的构装部为公头121，另一子体120的构装部为对应的母头122，二者配合完成构装。水下推进装置103和尾翼101的设置，可以为构装部的定位提供更好的条件，便于调节公头121和母头122的配合角度。

本实施例中，壳体100内的传输信道同样为无线通信传输信道，二个子体120的接触面设置有通信孔123，当二者构装完成后可进行数据通信。

作为优选，本实施例中的构装方式为磁吸组装，母头122设置有磁吸装置124，公头121固定安装有导磁体125，当磁吸装置124通电工作时，母头122产生磁吸力，吸引公头121内的导磁体125，最终令公头121与母头122配合完成构装。

磁吸装置124可以选用电机连接旋转磁铁的组合，当电机得电工作时，旋转磁铁随着旋转得到磁力，从而吸引铁芯等导磁体。

如图11所示，本实施例中单个子体120的内部结构与实施例一中壳体100相似，每个子体120内都设置有防水仓110，防水仓110包括通信室111与供电室112，通信室111位于子体120的端部。

每个通信室111内均安装有一组可见光水下收发模块200，供电室112内安装有电源400，该电源400为可见光水下收发模块200和磁吸装置124供电。

作为优选，本实施例中同样与实施例一中类似，通信室111内壁设置有云台支承500，云台支承500上固定安装该可见光水下收发模块200；

云台支承500设置有水平转动机构510和竖直转动机构520，分别用于水平转动及竖直转动可见光水下收发模块200。

作为优选，本实施例中每个通信室111内还安装有图像采集装置600，用于采集壳体100外部图像。采集到的水下图像数据可以通过可见光通信传输至上位机，以实现本实施例水下采集数据的功能。

本实施例中的两组可见光水下收发模块200设计相同，均包括可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220，可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220的光通路均朝向壳体100外部且相互独立。

可见光水下接收单元210包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统211、光电转换机构212和接收电路213，其中：

接收光学系统211用于接收光信号，主要是使到达接收端的光线经过汇聚，尽可能的打在接收光电二极管(即光电转换机构212)上，这样在相同的水下吸收散射条件下，可以减少光束能量的损失，使有效传输距离更远。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当聚焦的接收结构组成接收光学系统211。

光电转换机构212用于将光信号转换为电信号，常见的光电转换机构212即为光电二极管，可根据需要设置为单一的光电二极管或是光电二极管阵列，以满足通信条件。

接收电路213用于将所述电信号以通信数据格式输出，主要由信号接收放大电路、STM32处理电路和电源电路构成，信号接收放大电路的功能是将较弱的光电信号放大，以便于后续数据处理的有效性，STM32处理电路则接受并处理放大后的数字信号，然后通过线缆300与远端通信设备传输数据，电源电路则与电源400连接，并为信号接收放大电路和STM32处理电路供电。

可见光水下发送单元220包括沿光电传输方向依次设置的发射电路221、发射光源222和准直光学系统223，其中：

发射电路221用于获取通信数据，并将通信数据解析为电信号，主要由LED驱动电路、STM32处理电路和电源电路构成，且STM32处理电路和电源电路可以和上述接收电路213的STM32处理电路和电源电路共用，只需对应提供为LED驱动电路工作的部分即可，LED驱动电路则将数据信号转换为LED光源可处理的形式。

发射光源222用于将所述电信号转换为光信号，通常为发光二极管，同样的，可根据需要设置为单一的发光二极管或是发光二极管阵列，以满足通信条件。

准直光学系统223用于将所述光信号以准直光线释出，目的是减小光束在自由空间传输时的发散角，尽可能的使光束在自由空间中以平行光的形式进行传输。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当焦距的发射结构组成准直光学系统223。

每组可见光水下收发模块200还设置有无线通信单元，用于二者无线通信。

可见光水下收发模块200还包括数据处理器，数据处理器的第一数据输入端连接接收电路213的输出端，数据处理器的第二数据输出端连接发射电路221的输入端，数据处理器的数据采集端连接图像采集装置600的输出端，数据处理器的第一数据输出端、第二数据输入端分别连接无线通信单元的数据输入端、数据输出端。

通过上述设计，本实施例可在水下离体与组合，离体时各个子体120都能单独实现如实施例一的水下运动功能和可见光通信功能，组合时又能实现如实施例二的传输中继功能，由一侧的可见光水下接收单元210接收可见光信号，内部通信输出到另一侧的可见光水下收发模块，再由该模块的可见光水下发送单元220发送可见光信号，形成可见光通信的传递功能，多个可见光水下收发模块形成通路时，极大的扩展通信距离，也能够应对更多的场景需求。

实施例五：

参见图12，本实施例提供了一种水下可见光通信收发模块，包括：壳体100，壳体100呈90°弯折，其弯折的两个端部均设置有一组可见光水下收发模块200，二组可见光水下收发模块200经壳体100内的传输信道通信，该传输信道通信可以是有线传输，也可以是无线传输。本实施例的二个端部均呈子弹头形状，且端部的室壁为透光材质。

如图13所示，本实施例的内部结构与实施例二相似，壳体100内都设置有防水仓110，防水仓110包括一个供电室112和两个通信室111，两个通信室111位于壳体100的两端，区别在于供电室112呈90°弯折。

每个通信室111内均安装有一组可见光水下收发模块200，供电室112内安装有二个电源400，该电源400为可见光水下收发模块200供电。

作为优选，本实施例中通信室111内壁设置有云台支承500，云台支承500上固定安装该可见光水下收发模块200；

云台支承500设置有水平转动机构510和竖直转动机构520，分别用于水平转动及竖直转动可见光水下收发模块200。

本实施例中的两组可见光水下收发模块200设计相同，均包括可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220，可见光水下接收单元210和可见光水下发送单元220的光通路均朝向壳体100外部且相互独立。

可见光水下接收单元210包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统211、光电转换机构212和接收电路213，其中：

接收光学系统211用于接收光信号，主要是使到达接收端的光线经过汇聚，尽可能的打在接收光电二极管(即光电转换机构212)上，这样在相同的水下吸收散射条件下，可以减少光束能量的损失，使有效传输距离更远。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当聚焦的接收结构组成接收光学系统211。

光电转换机构212用于将光信号转换为电信号，常见的光电转换机构212即为光电二极管，可根据需要设置为单一的光电二极管或是光电二极管阵列，以满足通信条件。

接收电路213用于将所述电信号以通信数据格式输出，主要由信号接收放大电路、STM32处理电路和电源电路构成，信号接收放大电路的功能是将较弱的光电信号放大，以便于后续数据处理的有效性，STM32处理电路则接受并处理放大后的数字信号，然后通过线缆300与远端通信设备传输数据，电源电路则与电源400连接，并为信号接收放大电路和STM32处理电路供电。

可见光水下发送单元220包括沿光电传输方向依次设置的发射电路221、发射光源222和准直光学系统223，其中：

发射电路221用于获取通信数据，并将通信数据解析为电信号，主要由LED驱动电路、STM32处理电路和电源电路构成，且STM32处理电路和电源电路可以和上述接收电路213的STM32处理电路和电源电路共用，只需对应提供为LED驱动电路工作的部分即可，LED驱动电路则将数据信号转换为LED光源可处理的形式。

发射光源222用于将所述电信号转换为光信号，通常为发光二极管，同样的，可根据需要设置为单一的发光二极管或是发光二极管阵列，以满足通信条件。

准直光学系统223用于将所述光信号以准直光线释出，目的是减小光束在自由空间传输时的发散角，尽可能的使光束在自由空间中以平行光的形式进行传输。通常选取圆形光学玻璃凸透镜以及适当焦距的发射结构组成准直光学系统223。

其中一组可见光水下收发模块200还包括数据处理器，该数据处理器的第一数据输入端连接第一可见光水下收发模块的接收电路213的输出端，数据处理器的第一数据输出端连接第二可见光水下收发模块的发射电路221的输入端，数据处理器的第二数据输出端连接第一可见光水下收发模块的发射电路221的输入端，数据处理器的第二数据输入端连接第二可见光水下收发模块的接收电路213的输出端。

通过上述设计，本实施例可实现由一侧的第一可见光水下收发模块，其可见光水下接收单元210接收可见光信号，内部通信输出到呈90°偏转的另一侧的第二可见光水下收发模块，再由该模块的可见光水下发送单元220发送可见光信号，形成可见光通信的转弯和传递功能，可以预见的是，本实施例中的90°仅为优选，可根据实际需求设计偏转角度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。且上述实施例可以任意结合或组合。

本领域普通技术人员可以意识到，以上所述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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下可见光通信收发模块，其特征在于，包括：壳体(100)，所述壳体(100)的至少一端设置有至少一组可见光水下收发模块(200)，所述可见光水下收发模块(200)包括可见光水下接收单元(210)和可见光水下发送单元(220)，所述可见光水下接收单元(210)和可见光水下发送单元(220)的光通路均朝向所述壳体(100)外部且相互独立。

2.根据权利要求1所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述可见光水下接收单元(210)包括沿光电传输方向依次设置的接收光学系统(211)、光电转换机构(212)和接收电路(213)，其中：

所述接收光学系统(211)用于接收光信号，所述光电转换机构(212)用于将所述光信号转换为电信号，所述接收电路(213)用于将所述电信号以通信数据格式输出；

所述可见光水下发送单元(220)包括沿光电传输方向依次设置的发射电路(221)、发射光源(222)和准直光学系统(223)，其中：

所述发射电路(221)用于获取通信数据，并将所述通信数据解析为电信号，所述发射光源(222)用于将所述电信号转换为光信号，所述准直光学系统(223)用于将所述光信号以准直光线释出。

3.根据权利要求2所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述可见光水下收发模块(200)还包括数据处理器，所述数据处理器的第一数据输入端连接所述接收电路(213)的输出端，所述数据处理器的第二数据输出端连接所述发射电路(221)的输入端。

4.根据权利要求1所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述壳体(100)的每个端部均设置有一组所述可见光水下收发模块(200)，二组所述可见光水下收发模块(200)经所述壳体(100)内的传输信道通信。

5.根据权利要求4所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述壳体(100)由至少二个可分离的子体(120)构装而成，其中，端部的二个所述子体(120)内分别设置有一组所述可见光水下收发模块(200)。

6.根据权利要求5所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，相邻二个所述子体(120)的接触面设置有构装部，其中一个所述子体(120)的构装部为公头(121)，另一所述子体(120)的构装部为对应的母头(122)，二者配合完成构装；

所述壳体(100)内的传输信道为无线通信传输信道。

7.根据权利要求6所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述母头(122)设置有磁吸装置(124)，所述公头(121)固定安装有导磁体(125)。

8.根据权利要求1所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述壳体(100)内设置有防水仓(110)，所述防水仓(110)包括通信室(111)与供电室(112)，所述通信室(111)内安装所述可见光水下收发模块(200)，所述供电室(112)内安装有电源(400)，所述电源(400)为所述可见光水下收发模块(200)供电；

所述通信室(111)位于所述壳体(100)的端部，且室壁为透光材质。

9.根据权利要求8所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述通信室(111)内壁设置有云台支承(500)，所述云台支承(500)上固定安装所述可见光水下收发模块(200)；

所述云台支承(500)设置有水平转动机构和竖直转动机构，用于水平转动及竖直转动所述可见光水下收发模块(200)。

10.根据权利要求8所述的水下可见光通信收发模块，其特征在于，所述通信室(111)内还安装有图像采集装置(600)，用于采集所述壳体(100)外部图像。

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