CN112398534A - 一种基于可见光led的无线数据收发电路 - Google Patents

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金豫
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Abstract

本发明提出了一种基于可见光LED的无线数据收发电路，包括：发射电路，其包括高速栅极驱动器和高速N型MOS管，用于将高速数据信息转化为快速变化的电流从而使光源发光，光照的亮度也会随数据波形的占空比而改变；接收电路，其包括光电检测器、跨阻放大电路、自动增益控制电路和高速比较器，用于将变化的光照强度转化为变化的电压并再生数据波形。本发明设计了一种结构合理，使用简单，通用性强的可见光LED无线数据收发电路，能够将数据加载在可见光光源上并在接收端恢复出来。

Description

一种基于可见光LED的无线数据收发电路
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于可见光LED的无线数据收发电路。
背景技术
在我们的日常生活中，可见光无处不在，随着第三次能源革命的推进，新能源已经成为现代社会发展与进步过程中不可或缺的一个环节，与此同时，节能减排也越来越受到大家的重视。LED节能灯作为照明的“后起之秀”，在光效、功率和寿命等方面都有很明显的优势，尤其是在这个科技发展突飞猛进的时代，LED照明可以和很多领域结合从而迸发出新的火花。可见光通信就是LED照明与无线数据传输结合的典型应用，目前，市面上还没有一种通用的可见光LED无线数据收发电路来满足10Mbps以下数据率的数据的传输。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计了一种结构合理，使用简单，通用性强的可见光LED无线数据收发电路，能够将数据加载在可见光光源上并在接收端恢复出来。
本发明的主要模块有：一个LED驱动电路及一个LED灯珠，一个可见光频段的光电检测器、一个跨阻放大电路、一个自动增益控制放大电路和一个比较器电路；本发明实现的主要功能有：LED驱动电路采用直接调制的方式将10Mbps以下的数据加在LED发出的光中，根据人眼的滞留特性，只要数据率大于50bps就不会看出灯光的闪烁；光电检测器和电流电压转换电路用于将光强的变化转化为电压的变化；自动增益控制放大电路和比较器电路用于将在一定范围内波动的电压信号放大到相同标准的电平并进行数据的再生。
为实现以上功能，本发明提供了以下的技术方案：
一种可见光LED无线数据收发电路，包括一个发射电路和一个接收电路，发射电路包括一个高速栅极驱动器和一个高速N型MOS管，用于将高速数据信息转化为快速变化的电流从而使光源发光，光照的亮度也会随数据波形的占空比而改变；接收电路包括一个光电检测器、一个跨阻放大电路、一个自动增益控制电路和一个高速比较器，用于将变化的光照强度转化为变化的电压并再生数据波形。
作为本发明的优选实施方式，所述高速栅极驱动器采用UCC27524，高速N型MOS管采用AO3414，灯珠采用CREE XML T6大功率LED，光电检测器采用BPX65可见光波段光电检测器，跨阻放大电路采用FET输入宽带运算放大器AD8065，自动增益控制放大电路由电压控制放大器VCA810、宽带电压反馈型运算放大器OPA690、比较器AD8561、双路运算放大器TL082构成，高速比较电路采用TLV3501。
本发明的目的是这样实现的：在发射端，3.3V TTL电平的数据流加入高速栅极驱动器的输入端，在输出端产生与供电电压4.2V相同的逻辑高电平，此电平用来控制高速N型MOS管的开启和关断，从而使快速变化的电流通过LED，产生快速变化的光强，根据理论计算，此LED的瞬时功率可达到10w，平均功率为瞬时功率×占空比；在接收端，反向偏置电压下的光电检测器在不同程度的光照强度下会产生大小不同的电流，在-3V的反向偏置电压下，光源发出的变化的光照强度会在光电检测器上产生变化的电流，通过跨导放大电路产生20000倍放大的变化的
电压信号，此时的电压信号经过自动增益控制放大电路被放大到预先设置的最大电平，再经过高速比较电路恢复出完整的数据波形。本发明中可以控制的部分有接收端的两个电位器，其中一个用来控制电压信号的最大电平，另一个用来控制比较器的阈值电压，通过调整两个电位器的电压可以控制恢复数据波形的占空比，从而更灵活地进行数据的收发。整个接收电路采用±5V供电。
附图说明
图1为本发明的总体方案示意图；
图2为本发明中的发射电路电路图；
图3为本发明中的接收前端电路图；
图4为自动增益控制放大电路电路图；
图5为高速比较电路电路图；
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明提出了一种基于可见光LED的无线数据收发电路，包括：
发射电路，其包括高速栅极驱动器和高速N型MOS管，用于将高速数据信息转化为快速变化的电流从而使光源发光，光照的亮度也会随数据波形的占空比而改变；
接收电路，其包括光电检测器、跨阻放大电路、自动增益控制电路和高速比较器，用于将变化的光照强度转化为变化的电压并再生数据波形。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述高速栅极驱动器采用UCC27524。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述高速N型MOS管采用AO3414，灯珠采用CREE XML T6大功率LED。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述光电检测器采用BPX65可见光波段光电检测器。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述跨阻放大电路采用FET输入宽带运算放大器AD8065。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述自动增益控制放大电路由电压控制放大器VCA810、宽带电压反馈型运算放大器OPA690、比较器AD8561、双路运算放大器TL082构成。
本发明提出的无线数据收发电路中，所述高速比较电路采用TLV3501。
参阅附图1，本发明主要由发射电路以及接收电路构成。参阅附图2，本发明的通用性在于其可以适用于不同导通电压的LED灯珠，具体电压与电路参数对应如下表。
表1 不同导通电压的LED灯珠对应的发射电路参数配置
LED导通电压/V R1/Ω R2/Ω
1.50 91 22
2.00 91 68
2.50 91 110
3.00 91 160
3.50 91 200
4.00 91 240
4.50 91 300
本发明中的发射电路可以加载任意形式的数据波形，如：PWM、PPM等，发射信息的数据率不仅取决于LED驱动电路，还取决于所用LED灯珠能够工作的最高频率。
参阅附图3、4，本发明的通用性还体现于其对接收信号强度的探测与补偿，电位器R9决定了接收信号能放大到的最大电平，在1m的距离内，发射端光源所搭载的信息均可以在高速比较电路前级被放大到电位器R9所设置的最大电平的程度。
参阅附图5，本发明还可以通过调节Rw1来调节输出矩形波的占空比，为PWM和PPM波形的再生提供了可控的条件。
本发明在实际使用的过程中，可以较为良好的恢复出发射端所发出的数据波形，若与良好的编解码方案配合，可以达到比10Mbps更高的数据率。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (7)

1.一种基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，包括：
发射电路，其包括高速栅极驱动器和高速N型MOS管，用于将高速数据信息转化为快速变化的电流从而使光源发光，光照的亮度也会随数据波形的占空比而改变；
接收电路，其包括光电检测器、跨阻放大电路、自动增益控制电路和高速比较器，用于将变化的光照强度转化为变化的电压并再生数据波形。
2.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述高速栅极驱动器采用UCC27524。
3.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述高速N型MOS管采用AO3414，灯珠采用CREE XML T6大功率LED。
4.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述光电检测器采用BPX65可见光波段光电检测器。
5.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述跨阻放大电路采用FET输入宽带运算放大器AD8065。
6.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述自动增益控制放大电路由电压控制放大器VCA810、宽带电压反馈型运算放大器OPA690、比较器AD8561、双路运算放大器TL082构成。
7.如权利要求1所述的基于可见光LED的无线数据收发电路，其特征在于，所述高速比较电路采用TLV3501。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009070878A (ja) * 2007-09-11 2009-04-02 Seiko Npc Corp Ｌｅｄ駆動回路
CN201523469U (zh) * 2009-11-07 2010-07-07 桂林电子科技大学 一种智能化led脉冲驱动电路
CN103841732A (zh) * 2014-03-21 2014-06-04 北京理工大学 同时实现亮度控制和数据传输的室内可见光通信方法
CN207835463U (zh) * 2018-01-26 2018-09-07 衢州学院 一种led可见光通信接收装置

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