CN205356348U

CN205356348U - 一种多输入多输出可见光无线通信装置

Info

Publication number: CN205356348U
Application number: CN201620006524.6U
Authority: CN
Inventors: 张亚婷; 尚建荣; 张薇薇; 张琦; 高敏
Original assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2026-01-05

Abstract

本实用新型公开了一种多输入多输出可见光无线通信装置，包括光发射装置和光接收装置，光发射装置包括第一微控制器、第一电源模块、第一时钟模块和第一数据存储器，第一微控制器的输入端接有用于摄像头、光照传感器和温度传感器，第一微控制器的输出端接有多个白光LED发射电路，白光LED发射电路包括LED驱动调节电路和白光LED；光接收装置包括第二微控制器、第二电源模块、第二时钟模块和第二数据存储器，第二微控制器的输入端接有多个白光LED接收电路，白光LED接收电路包括PIN光电二极管、前置放大电路和滤波电路。本实用新型设计电路简单，成本低，设计合理，易控制，增加无线通信的可靠性，实用性强，便于推广使用。

Description

一种多输入多输出可见光无线通信装置

技术领域

本实用新型属于无线光通信技术领域，具体涉及一种多输入多输出可见光无线通信装置。

背景技术

目前，多输入多输出MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技术已经被用于无线光通信领域，提高通信系统的频谱利用率。无线光通信主要使用的是红外光、可见光和紫外光通信，可见光通信是利用白光LED发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息。但是目前的无线光通信系统还存在一些缺点：首先，红外光或紫外光通信不仅需要架设光源和电力供应线路，而且容易受到其他遮挡物的影响，不能实现高速无线数据通信，这样重复投资增加了能源消耗；其次，白光LED在周围很黑暗的环境下，往往不需要作全开驱动白光LED，而目前可见光无线通信装置中则不能控制调节驱动电流从而抑制白光LED的光照强度，进而降低白光LED的耗电量；另外，白光LED在无线数据传输的过程中，周围的温度一旦超过50℃，白光LED的容许顺向电流会大幅度降低，在此情况下如果继续给白光LED施加大电流，就很容易造成白光LED老化，不能有效地利用周围温度调整其基准电压而调节白光LED的驱动电流，以此来减缓白光LED的老化速度；最后,白光LED照射到光电二极管上产生的信号比较微弱，该信号往往叠加有噪声信号，该信号有可能被噪声信号淹没而无法有效地输出。因此，现如今缺少一种结构简单、体积小、成本低、设计合理、易控制的多输入多输出可见光无线通信装置，降低噪声的影响，增加无线通信的可靠性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多输入多输出可见光无线通信装置，该通信装置设计电路简单，成本低，设计合理，易控制，增加无线通信的可靠性，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：包括光发射装置和用于无线接收所述光发射装置光路图像信息传输的光接收装置，所述光发射装置包括第一微控制器和第一电源模块，以及与第一微控制器相接的第一时钟模块和第一数据存储器，所述第一微控制器的输入端接有用于采集图像信息的摄像头、用于检测可见光无线通信装置中光照强度的光照传感器和用于检测可见光无线通信装置中温度的温度传感器，所述第一微控制器的输出端接有多个白光LED发射电路，每个所述白光LED发射电路包括LED驱动调节电路和与所述LED驱动调节电路输出端相接的白光LED，所述LED驱动调节电路的输入端与第一微控制器的输出端相接；所述光接收装置包括第二微控制器和第二电源模块，以及与第二微控制器相接的第二时钟模块和第二数据存储器，所述第二微控制器的输入端接有多个用于无线接收多个白光LED发射电路图像信息传输的白光LED接收电路，所述第二微控制器的输出端接有TFT液晶屏，每个所述白光LED接收电路包括依次相接的PIN光电二极管、前置放大电路和滤波电路，所述PIN光电二极管无线接收所述白光LED传输的信息，所述滤波电路的输出端与第二微控制器的输入端相接。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述光照传感器包括传感器BH1750FVI。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述温度传感器包括传感器PT100。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述摄像头包括OV7670图像传感器。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述白光LED包括白光二极管LED1；所述LED驱动调节电路包括芯片NJU6050，所述芯片NJU6050的第1引脚分两路，一路与肖特基二极管D1的阳极相接，另一路经电感L1与芯片NJU6050的第5引脚相接；所述肖特基二极管D1的阴极分三路，一路经电容C1接地，另一路与电阻R1的一端相接，第三路与白光二极管LED1的阳极相接；所述芯片NJU6050的第3引脚分两路，一路与电阻R2的一端相接，另一路经电阻R3与第一微控制器相接；所述电阻R2的另一端分三路，一路与白光二极管LED1的阴极相接，另一路与电阻R1的另一端相接，第三路与滑动电阻R21的一个固定端和滑动电阻R21的滑动端的连接端相接；所述滑动电阻R21的另一个固定端接地，所述芯片NJU6050的第4引脚与第一微控制器相接。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述PIN光电二极管包括光电二极管D3，所述光电二极管D3的阴极接地。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述前置放大电路包括芯片OPA322，所述芯片OPA322的第3引脚接地，所述芯片OPA322的第4引脚与光电二极管D3的阳极相接，所述芯片OPA322的第1引脚通过并联的电容C3和电阻R6与芯片OPA322的第4引脚相接且所述芯片OPA322的第1引脚为OUT1信号输出端。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述滤波电路包括型号为OP07的芯片OP1和型号为OP07的芯片OP2，所述芯片OP1的同相输入端分两路，一路经电阻R12接地，另一路经串联的电容C7和电容C6与OUT1信号输出端相接；所述芯片OP1的反相输入端与滑动电阻R23的一个固定端和滑动电阻R23的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R23的另一个固定端接地，所述芯片OP1的输出端分三路，一路经电阻R5与芯片OP1的反相输入端相接，另一路经电阻R13与电容C7和电容C6的连接端相接，第三路经电阻R9与电阻R10的一端和电容C9的一端的连接端相接；所述芯片OP2的同相输入端分两路，一路与电阻R10的一端相接，另一路经电容C8接地；所述芯片OP2的反相输入端与滑动电阻R22的一个固定端和滑动电阻R22的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R22的另一个固定端接地，所述芯片OP2的输出端分三路，一路经电阻R4与芯片OP2的反相输入端相接，另一路与电阻C9的另一端相接，第三路经串联的电阻R7和电容C5与第二微控制器相接。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述第一数据存储器和第二数据存储器均包括芯片AT24C02。

上述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述第一微控制器包括DSP微控制器和FPGA微控制器的一种或两种；所述第二微控制器包括DSP微控制器或FPGA微控制器的一种或两种。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置白光LED，既能到达照明的亮度，又能作为信号光源用以无线数据传输，不用再进行重复投资，节约能源。

2、本实用新型通过设置光照传感器和温度传感器，实时检测可见光无线通信装置中的光照强度和温度，提高白光LED的工作性能。

3、本实用新型通过设置LED驱动调节电路，使白光LED的驱动电流可以调节，调节驱动电流从而控制LED的亮度，一方面节约能源，另一方面减缓LED的老化速度。

4、本实用新型通过设置PIN光电二极管、前置放大电路和滤波电路，将光发射装置中发送的光信号还原成原始信息，响应速度较快，有效地减少了信息传输中噪声的影响。

综上所述，本实用新型设计电路简单，成本低，设计合理，易控制，增加无线通信的可靠性，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型LED驱动调节电路与白光LED的电路连接关系示意图。

图3为本实用新型PIN光电二极管与前置放大电路的电路连接关系示意图。

图4为本实用新型滤波电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—光发射装置；2—光接收装置；1-1—第一微控制器；

1-2—摄像头；1-3—第一时钟模块；1-4—白光LED发射电路；

1-4-1—LED驱动调节电路；1-4-2—白光LED；

1-5—光照传感器；1-6—温度传感器；

1-7—第一数据存储器；1-8—第一电源模块；

2-1—第二微控制器；2-2—第二电源模块；

2-3—第二时钟模块；2-4—白光LED接收电路；

2-4-1—PIN光电二极管；2-4-2—前置放大电路；

2-4-3—滤波电路；2-5—第二数据存储器；

2-6—TFT液晶屏。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括光发射装置1和用于无线接收所述光发射装置1光路图像信息传输的光接收装置2，所述光发射装置1包括第一微控制器1-1和第一电源模块1-8，以及与第一微控制器1-1相接的第一时钟模块1-3和第一数据存储器1-7，所述第一微控制器1-1的输入端接有用于采集图像信息的摄像头1-2、用于检测可见光无线通信装置中光照强度的光照传感器1-5和用于检测可见光无线通信装置中温度的温度传感器1-6，所述第一微控制器1-1的输出端接有多个白光LED发射电路1-4，每个所述白光LED发射电路1-4包括LED驱动调节电路1-4-1和与所述LED驱动调节电路1-4-1输出端相接的白光LED1-4-2，所述LED驱动调节电路1-4-1的输入端与第一微控制器1-1的输出端相接；所述光接收装置2包括第二微控制器2-1和第二电源模块2-2，以及与第二微控制器2-1相接的第二时钟模块2-3和第二数据存储器2-5，所述第二微控制器2-1的输入端接有多个用于无线接收多个白光LED发射电路1-4图像信息传输的白光LED接收电路2-4，所述第二微控制器2-1的输出端接有TFT液晶屏2-6，每个所述白光LED接收电路2-4包括依次相接的PIN光电二极管2-4-1、前置放大电路2-4-2和滤波电路2-4-3，所述PIN光电二极管2-4-1无线接收所述白光LED1-4-2传输的信息，所述滤波电路2-4-3的输出端与第二微控制器2-1的输入端相接。

本实施例中，所述光照传感器1-5包括传感器BH1750FVI。

本实施例中，所述温度传感器1-6包括传感器PT100。

本实施例中，所述摄像头1-2包括OV7670图像传感器。

如图2所示，本实施例中，所述白光LED1-4-2包括白光二极管LED1；所述LED驱动调节电路1-4-1包括芯片NJU6050，所述芯片NJU6050的第1引脚分两路，一路与肖特基二极管D1的阳极相接，另一路经电感L1与芯片NJU6050的第5引脚相接；所述肖特基二极管D1的阴极分三路，一路经电容C1接地，另一路与电阻R1的一端相接，第三路与白光二极管LED1的阳极相接；所述芯片NJU6050的第3引脚分两路，一路与电阻R2的一端相接，另一路经电阻R3与第一微控制器1-1相接；所述电阻R2的另一端分三路，一路与白光二极管LED1的阴极相接，另一路与电阻R1的另一端相接，第三路与滑动电阻R21的一个固定端和滑动电阻R21的滑动端的连接端相接；所述滑动电阻R21的另一个固定端接地，所述芯片NJU6050的第4引脚与第一微控制器1-1相接。

如图3所示，本实施例中，所述PIN光电二极管2-4-1包括光电二极管D3，所述光电二极管D3的阴极接地。

如图3所示，本实施例中，所述前置放大电路2-4-2包括芯片OPA322，所述芯片OPA322的第3引脚接地，所述芯片OPA322的第4引脚与光电二极管D3的阳极相接，所述芯片OPA322的第1引脚通过并联的电容C3和电阻R6与芯片OPA322的第4引脚相接且所述芯片OPA322的第1引脚为OUT1信号输出端。

实际使用时，所述芯片OPA322的第1引脚还经并联的电容C8和电容C4接地，所述芯片OPA322的第5引脚分两路，一路与5V电源输出端相接，另一路经并联的电容C22和电容C21接地。

如图4所示，本实施例中，所述滤波电路2-4-3包括型号为OP07的芯片OP1和型号为OP07的芯片OP2，所述芯片OP1的同相输入端分两路，一路经电阻R12接地，另一路经串联的电容C7和电容C6与OUT1信号输出端相接；所述芯片OP1的反相输入端与滑动电阻R23的一个固定端和滑动电阻R23的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R23的另一个固定端接地，所述芯片OP1的输出端分三路，一路经电阻R5与芯片OP1的反相输入端相接，另一路经电阻R13与电容C7和电容C6的连接端相接，第三路经电阻R9与电阻R10的一端和电容C9的一端的连接端相接；所述芯片OP2的同相输入端分两路，一路与电阻R10的一端相接，另一路经电容C8接地；所述芯片OP2的反相输入端与滑动电阻R22的一个固定端和滑动电阻R22的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R22的另一个固定端接地，所述芯片OP2的输出端分三路，一路经电阻R4与芯片OP2的反相输入端相接，另一路与电阻C9的另一端相接，第三路经串联的电阻R7和电容C5与第二微控制器2-1相接。

本实施例中，所述第一数据存储器1-7和第二数据存储器2-5均包括芯片AT24C02。

本实施例中，所述第一微控制器1-1包括DSP微控制器和FPGA微控制器的一种或两种；所述第二微控制器2-1包括DSP微控制器或FPGA微控制器的一种或两种。

本实用新型使用时，第一电源模块1-8为第一微控制器1-1供电，第一微控制器1-1进入工作状态，第二电源模块2-2为第二微控制器2-1供电，第二微控制器2-1进入工作状态，首先，摄像头1-2将采集到的图像信息送入第一微控制器1-1，第一微控制器1-1将光发射装置1中需要传输的图像信息通过空时编码转换成二进制码，第一微控制器1-1将编码后的二进制码数据调制到LED驱动调节电路1-4-1的驱动电流上，LED驱动调节电路1-4-1控制白光LED1-4-2按照一定的频率有规律的发射明暗不同的可见光，实现了电信号到光信号的转换，从而将需要传输的图像信息发射出去。光照传感器1-5实时检测可见光无线通信装置中的光照强度并将采集到的光照强度发送至第一微控制器1-1，温度传感器1-8实时检测可见光无线通信装置中白光LED1-4-2所处的温度并将采集到的温度值发送至第一微控制器1-1，第一微控制器1-1将接收到的光照强度与设定的光照强度阈值进行比较，当光照传感器1-5采集的光照强度小于光照强度阈值时，微控制器1-1通过LED驱动调节电路1-4-1减少白光LED1-4-2的驱动电流，降低白光LED1-4-1的光照强度；第一微控制器1-1将温度值与设定的温度阈值进行比较，当温度传感器1-8采集的温度值大于温度阈值时，微控制器1-1通过LED驱动调节电路1-4-1减少白光LED1-4-2的驱动电流，减缓白光LED的老化速度。另外，第一数据存储器1-7用来存储摄像头1-2采集到的图像信息，摄像头1-3采集图像数据的同时，第一时钟电路1-3记录图像数据采集的时间，精准可靠，方便查询；接着，PIN光电二极管2-4-1接收白光LED1-4-2传输的二进制码，PIN光电二极管2-4-1将光信号转化为电流信号后送入前置放大电路2-4-2，前置放大电路2-4-2将接收到的电流信号转换为电压信号后送入滤波电路2-4-3，经过滤波电路2-4-3中的高通滤波和低通滤波处理后送入第二微控制器2-1，第二微控制器2-1使用与第一微控制器1-1相同的编码规则将接收到的二进制码进行译码，还原成摄像头1-2采集到的图像信息，从而实现了可见光无线通信，另外，第二微控制器2-1控制TFT液晶屏2-6对接收到的摄像头1-2采集的图像进行显示，方便查看，同时，第二数据存储器2-5可用来存储光接收装置2中接收到的图像信息，第二时钟电路2-3记录接收图像信息的时间，方便查询。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：包括光发射装置(1)和用于无线接收所述光发射装置(1)光路图像信息传输的光接收装置(2)，所述光发射装置(1)包括第一微控制器(1-1)和第一电源模块(1-8)，以及与第一微控制器(1-1)相接的第一时钟模块(1-3)和第一数据存储器(1-7)，所述第一微控制器(1-1)的输入端接有用于采集图像信息的摄像头(1-2)、用于检测可见光无线通信装置中光照强度的光照传感器(1-5)和用于检测可见光无线通信装置中温度的温度传感器(1-6)，所述第一微控制器(1-1)的输出端接有多个白光LED发射电路(1-4)，每个所述白光LED发射电路(1-4)包括LED驱动调节电路(1-4-1)和与所述LED驱动调节电路(1-4-1)输出端相接的白光LED(1-4-2)，所述LED驱动调节电路(1-4-1)的输入端与第一微控制器(1-1)的输出端相接；所述光接收装置(2)包括第二微控制器(2-1)和第二电源模块(2-2)，以及与第二微控制器(2-1)相接的第二时钟模块(2-3)和第二数据存储器(2-5)，所述第二微控制器(2-1)的输入端接有多个用于无线接收多个白光LED发射电路(1-4)图像信息传输的白光LED接收电路(2-4)，所述第二微控制器(2-1)的输出端接有TFT液晶屏(2-6)，每个所述白光LED接收电路(2-4)包括依次相接的PIN光电二极管(2-4-1)、前置放大电路(2-4-2)和滤波电路(2-4-3)，所述PIN光电二极管(2-4-1)无线接收所述白光LED(1-4-2)传输的信息，所述滤波电路(2-4-3)的输出端与第二微控制器(2-1)的输入端相接。

2.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述光照传感器(1-5)包括传感器BH1750FVI。

3.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述温度传感器(1-6)包括传感器PT100。

4.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述摄像头(1-2)包括OV7670图像传感器。

5.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述白光LED(1-4-2)包括白光二极管LED1；所述LED驱动调节电路(1-4-1)包括芯片NJU6050，所述芯片NJU6050的第1引脚分两路，一路与肖特基二极管D1的阳极相接，另一路经电感L1与芯片NJU6050的第5引脚相接；所述肖特基二极管D1的阴极分三路，一路经电容C1接地，另一路与电阻R1的一端相接，第三路与白光二极管LED1的阳极相接；所述芯片NJU6050的第3引脚分两路，一路与电阻R2的一端相接，另一路经电阻R3与第一微控制器(1-1)相接；所述电阻R2的另一端分三路，一路与白光二极管LED1的阴极相接，另一路与电阻R1的另一端相接，第三路与滑动电阻R21的一个固定端和滑动电阻R21的滑动端的连接端相接；所述滑动电阻R21的另一个固定端接地，所述芯片NJU6050的第4引脚与第一微控制器(1-1)相接。

6.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述PIN光电二极管(2-4-1)包括光电二极管D3，所述光电二极管D3的阴极接地。

7.按照权利要求6所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述前置放大电路(2-4-2)包括芯片OPA322，所述芯片OPA322的第3引脚接地，所述芯片OPA322的第4引脚与光电二极管D3的阳极相接，所述芯片OPA322的第1引脚通过并联的电容C3和电阻R6与芯片OPA322的第4引脚相接且所述芯片OPA322的第1引脚为OUT1信号输出端。

8.按照权利要求7所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述滤波电路(2-4-3)包括型号为OP07的芯片OP1和型号为OP07的芯片OP2，所述芯片OP1的同相输入端分两路，一路经电阻R12接地，另一路经串联的电容C7和电容C6与OUT1信号输出端相接；所述芯片OP1的反相输入端与滑动电阻R23的一个固定端和滑动电阻R23的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R23的另一个固定端接地，所述芯片OP1的输出端分三路，一路经电阻R5与芯片OP1的反相输入端相接，另一路经电阻R13与电容C7和电容C6的连接端相接，第三路经电阻R9与电阻R10的一端和电容C9的一端的连接端相接；所述芯片OP2的同相输入端分两路，一路与电阻R10的一端相接，另一路经电容C8接地；所述芯片OP2的反相输入端与滑动电阻R22的一个固定端和滑动电阻R22的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻R22的另一个固定端接地，所述芯片OP2的输出端分三路，一路经电阻R4与芯片OP2的反相输入端相接，另一路与电阻C9的另一端相接，第三路经串联的电阻R7和电容C5与第二微控制器(2-1)相接。

9.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述第一数据存储器(1-7)和第二数据存储器(2-5)均包括芯片AT24C02。

10.按照权利要求1所述的一种多输入多输出可见光无线通信装置，其特征在于：所述第一微控制器(1-1)包括DSP微控制器和FPGA微控制器的一种或两种；所述第二微控制器(2-1)包括DSP微控制器或FPGA微控制器的一种或两种。