CN112821944A - 一种可见光信号检测装置 - Google Patents

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吴玉磊
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Abstract

本发明公开了一种可见光信号检测装置，所述装置包括：电源模块采用电池和充电孔的双电源供电，光接收器模块用于通过光电二极管进行光信息的采集，通过光敏传感器将光信号转换成电信号，实现对光的检测；信号处理电路模块用于对电信号进行放大，然后传给内部的核心处理器进行数据分析，从而判断信号的调制方式，分析信号是否存在调制信息。本发明对可见光中是否含有可疑信号进行检测、预警、通信信号识别等。

Description

一种可见光信号检测装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种可见光信号检测装置。
背景技术
随着光通信技术的不断发展、越来越多的可见光通信设备被应用于市场。相应的涉密场所的照明安全面临威胁。故需要一款可以对照明设备进行检测的设备。用于发现光源中隐藏的安全隐患。
现有的光检查工具存在单一性的特点，只能检测一种到两种的光调制，例如：OOK(二进制振幅键控)调制，这样会造成检测方式的单调性，不能有效保证信息的安全性。
现有的光检查工具还存在一些测量距离短、受外界干扰大的缺陷，适用的场景较少，无法保证安全性。
发明内容
本发明提供了一种可见光信号检测装置，本发明对可见光中是否含有可疑信号进行检测、预警、通信信号识别等，详见下文描述：
一种可见光信号检测装置，所述装置包括：
电源模块采用电池和充电孔的双电源供电，光接收器模块用于通过光电二极管进行光信息的采集，通过光敏传感器将光信号转换成电信号，实现对光的检测；
信号处理电路模块用于对电信号进行放大，然后传给内部的核心处理器进行数据分析，从而判断信号的调制方式，分析信号是否存在调制信息。
所述装置还包括：按键模块和人机交互模块。
其中，所述光接收器模块采用光电导模式，包括：
反向偏置电压通过电源芯片进行电源转化，电源芯片的第4引脚第5引脚接入+5V电压，第五电容C100正极接到电源芯片的第4引脚，负极接地，第五电容C100用于滤波防止对电源芯片输出产生影响，电源芯片的第5引脚再接入第一电感L4的一端，第一电感L4的另一端接到电源芯片的第1引脚上，第1引脚还接到第二电容C83的一端，第二电容C83的另一端接到第二二极管D5的正极端，第二二极管D5的负极接地，用于防止反向电流倒入，烧毁电源芯片；
第二二极管D5的正极端还接到第二电感L5的一端，用于隔离，防止电源之间产生串扰，第二电感L5的另一端接到第一电阻RJ26，第一电阻RJ26的另一端接到电源芯片的第3引脚上，电源芯片的第3引脚另接到第二电阻RJ27的一端，第二电阻RJ27另一端接地；第二电感L5的输出端接到电解电容C89的负极端，电解电容C89的正极端接地，电解电容C89并联接入第三电容C91、第四电容C92，进行电路的滤波，第四电容C92一端接到第四电阻R97、第三电阻R96的一端，第四电阻R97另一端接到指示灯LED14的负极端，指示灯LED14的正极端接地；
将反向偏置电压引入到第一二极管D4的正极端，第一二极管D4另一端接到放大器的第2引脚上，放大器的第3引脚接地、第4引脚接入-5V电压，第7引脚接入+5V电压，第6引脚为输出引脚，信号输出后接到第一电容C82的一端，第一电容C82起到滤波作用，根据信号频率来调节容值大小，然后将输出信号传送给信号处理电路模块。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、该检测装置支持OOK(二进制振幅键控制调制)、PPM(脉位调制)、PWM(脉宽调制)、OFDM(正交频分复用调制)、ASK(幅移键控调制)、PSK(相移键控调制)、FSK(幅移键控调制)、GMSK(高斯滤波最小频移键控)、QAM(正交振幅调制)等多种常规调制方式检测，提高了对信号调制检测的多样性；
2、该检测装置支持检测光谱波长范围在380nm～1600nm之间，可检测的波长范围较大；可检测频率范围在100Hz～1Ghz之间、探测距离在3～5米的设备；可实时展示目标信号的时域及频谱图像；
3、该检测装置对检测的环境要求不苛刻，受外界的外来信号干扰较小，能有效滤除外界杂波，保证检测信号的真实性；
4、该检测装置可用于检测可见光及近红外波段的光信号，对检测到的信号进行实时显示及频谱分析；通过结合时域、频域信号特征分析，进行可疑信号检测判定，并对定位到的可疑信号源进行预警。
附图说明
图1为可见光信号检测装置的结构示意图；
图2为可见光信号检测装置的工作示意图；
即通过光检测器将信号接收，处理后显示在屏幕上。
图3为OFDM信号的处理流程图；
图4为光接收器模块的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了实现对照明设备进行检测，排除光源中隐藏的安全隐患，本发明实施例设计了一种可见光信号检测装置，利用该检测装置可以对光源进行排查，检测是否有可疑信号，保证安全性。
参见图1，该可见光信号检测装置主要包括：电源模块1、按键模块2、指示灯模块3、光接收器模块4、信号处理电路模块5、及人机交互模块6。
其中，电源模块1采用电池和充电孔的双电源供电，在充电器拔掉后，仍能继续保持工作，方便携带，便于适应检测环境。
按键模块2包括如下按键：
1)电源键：支持开关机；
2)Y轴灵敏度调节键：V/div，用于展示合适的波形高度；
3)X轴扫描速度调节键：t/div，用于显示合适周期的波形；
4)频谱按键：点击之后展示待测信号的频域信息。
光接收器模块4用于通过光电二极管进行光信息的采集，并将光信号转换成电信号，实现对光的检测。
信号处理电路模块5用于对电信号进行放大等二次处理，然后传给内部的核心处理器进行数据分析，从而判断信号的调制方式，分析信号是否存在调制信息。
其中，上述具体判断的步骤为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不作赘述。
人机交互模块6用于对信号的波形进行显示，更能直观的显示出信号的信息性。
下面结合图2对上述的可见光信号检测装置的工作流程进行介绍，详见下文描述：
参见图2，为了实现对照明设备进行检测，排除光源中隐藏的调制信息，当检测装置位于一个LED灯下，检测距离可在3-5米的检测范围，当检测装置接收到灯光，会通过光接收器模块4进行光信号的收集，通过光敏传感器的工作原理，将光信号转换成微弱的电信号，通过信号处理电路模块5放大，将信息传递给内部的MCU，通过处理将灯光信息进行解析。
参见图3，显示装置检测灯光中包含OFDM调制信号的判定方式，首先外界灯光中电路需要进行对信号的编码处理，再将并行数据转化为串行数据，加上保护间隔(又称“循环前缀”)，形成OFDM码元。在组帧时，须加入同步序列和信道估计序列，以便接收端进行突发检测、同步和信道估计，最后输出正交的基带信号。
当检测到LED灯光中存在调制信息时，检测装置进行信号接收，根据检测出的信号先去除CP(循环前缀)，通过串并转换后，进行FFT(快速傅里叶变化)，经过FFT后，可以得出其信号频域的值，通过频谱的位置形状等特征判断信号的调制方式，假设信号根据特征判断出是OFDM调制信号，那么其频谱显示会显示出多路子载波的频谱信息，那么此时就将可以将信号的时域波形显示在人机交互界面上，屏幕显示预警信息，并将判断结果显示在人机交互模块6上。
参见图4，光接收器模块4中的光电二极管有两种工作方式：光电压模式、光电导模式；其中，光电压模式不用引入输入偏置，并且无暗电流，低噪音，比较适合精密应用；光电导模式需要反向偏置，有暗电流，噪声较大，但是适合高速应用，本装置需要采集高速频率信号，所以采用光电导模式。反向偏置电压V_Bias采用电源芯片U30(型号为LT1617)进行电源转化，电源芯片U30的第4引脚第5引脚接入+5V电压，电容C100正极接到电源芯片U30的第4引脚，负极接地，电容C100用于滤波防止对电源芯片U30输出产生影响，电源芯片U30的第5引脚再接入电感L4的一端，电感L4的另一端接到电源芯片U30的第1引脚上，第1引脚还接到电容C83的一端，电容C83的另一端接到二极管D5的正极端，二极管D5的负极接地，用于防止反向电流倒入，烧毁电源芯片U30；二极管D5的正极端还接到电感L5的一端，用于隔离，防止电源之间产生串扰，电感L5的另一端接到电阻RJ26，RJ26的另一端接到电源芯片U30的基准引脚第3引脚上，电源芯片U30的第3引脚另接到电阻RJ27的一端，电阻RJ27的另一端接地；电感L5的输出端接到电解电容C89的负极端，电解电容C89的正极端接地，电解电容C89并联接入两个阻值分别为100nF和10Nf的电容C91、C92，进行电路的滤波，电容C92一端接到电阻R97、电阻R96的一端，电阻R97另一端接到LED14的负极端，LED14的正极端接地，LED14作为显示电路是否正常工作的指示灯；通过更改电阻RJ26、电阻RJ27、RJ97的电阻值改变经过电阻R96后电压V_Bias的输出值。
将V_Bias引入到二极管D4的正极端，二极管D4另一端接到放大器U29的第2引脚上，放大器U29的第3引脚接地，放大器U29的第4引脚接入-5V电压，放大器U29的第7引脚接入+5V电压，通过放大器U29的信号值，通过放大幅值可在+5V与-5V之间，放大器U29的第6引脚为输出引脚，信号输出后接到电容C82的一端，电容C82起到滤波作用，根据信号频率来调节容值大小，频率不匹配会造成信号失真，通过电容C82进行频率的匹配，然后将信号PAMP_OUT输出传送给下级信号处理电路模块5；实际设计中还可以增加些滤波电容等作为电源对地的滤波，防止出现纹波对电路造成影响。其中，U30电源芯片型号：LT1617ES5；L4、L5型号：PSLF0745T；二极管D5型号：ER2B；光电二极管D4型号：BPW34、SFH213，根据频率匹配光电二极管；放大器U29：OPA657U。
功能按键部分：电源键：支持开关机；Y轴灵敏度调节键：V/div，用于展示合适的波形高度；X轴扫描速度调节键：t/div，用于显示合适周期的波形；频谱按键：点击之后展示待测信号的频域信息；指示灯部分：开机之后点亮，用于展示设备的工作状态。
人机交互界面：将采集到的信号波形显示在屏幕上，通过按键控制改变显示波形；将判断的信号调制方式显示在屏幕上，更能直观的判断光信号的安全性，判断是否存在调制信息。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可见光信号检测装置，其特征在于，所述装置包括：
电源模块采用电池和充电孔的双电源供电，光接收器模块用于通过光电二极管进行光信息的采集，通过光敏传感器将光信号转换成电信号，实现对光的检测；
信号处理电路模块用于对电信号进行放大，然后传给内部的核心处理器进行数据分析，从而判断信号的调制方式，分析信号是否存在调制信息。
2.根据权利要求1所述的一种可见光信号检测装置，其特征在于，所述装置还包括：按键模块和人机交互模块。
3.根据权利要求1所述的一种可见光信号检测装置，其特征在于，所述光接收器模块采用光电导模式，包括：
反向偏置电压通过电源芯片进行电源转化，电源芯片的第4引脚第5引脚接入+5V电压，第五电容(C100)正极接到电源芯片的第4引脚，负极接地，第五电容(C100)用于滤波防止对电源芯片输出产生影响，电源芯片的第5引脚再接入第一电感(L4)的一端，第一电感(L4)的另一端接到电源芯片的第1引脚上，第1引脚还接到第二电容(C83)的一端，第二电容(C83)的另一端接到第二二极管(D5)的正极端，第二二极管(D5)的负极接地，用于防止反向电流倒入，烧毁电源芯片；
第二二极管(D5)的正极端还接到第二电感(L5)的一端，用于隔离，防止电源之间产生串扰，第二电感(L5)的另一端接到第一电阻(RJ26)，第一电阻(RJ26)的另一端接到电源芯片的第3引脚上，电源芯片的第3引脚另接到第二电阻(RJ27)的一端，第二电阻(RJ27)另一端接地；第二电感(L5)的输出端接到电解电容(C89)的负极端，电解电容(C89)的正极端接地，电解电容(C89)并联接入第三电容(C91)、第四电容(C92)，进行电路的滤波，第四电容(C92)一端接到第四电阻(R97)、第三电阻(R96)的一端，第四电阻(R97)另一端接到指示灯(LED14)的负极端，指示灯(LED14)的正极端接地；
将反向偏置电压引入到第一二极管(D4)的正极端，第一二极管(D4)另一端接到放大器的第2引脚上，放大器的第3引脚接地、第4引脚接入-5V电压，第7引脚接入+5V电压，第6引脚为输出引脚，信号输出后接到第一电容(C82)的一端，第一电容(C82)起到滤波作用，根据信号频率来调节容值大小，然后将输出信号传送给信号处理电路模块。
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