CN207835463U - 一种led可见光通信接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED可见光通信接收装置，属于可见光通信技术领域，包括LED光发射器、光电探测器、主放大电路和单片机，单片机通过高速LED调制驱动电路与LED光发射器电连接，光电探测器接收LED光发射器发射的可见光信号，并与均衡电路电连接，均衡电路与前置放大电路电连接，前置放大电路分别与单片机和主放大电路通信连接，主放大电路与低通滤波电路电连接，单片机与解码电路电连接。本实用新型在接收可见光信号、转换为电信号并解调获得所传输的数据方面具有较好效果，能调节LED光发射器的功率及亮度，将可见光信号转化成电信号，解调电信号，不仅能实现无线通信，而且能实现LED光发射器的功率和亮度调节。

Description

一种LED可见光通信接收装置

技术领域

本实用新型涉及一种通信接收装置，特别是涉及一种LED可见光通信接收装置，属于可见光通信技术领域。

背景技术

近年来可见光无线通信技术逐渐受到学术界和产业界的广泛关注，尤其是随着发光二极管简称为LED之类的发光元件的照明设备的广泛使用，利用半导体LED在实现照明的同时，实现无线通信网络覆盖的可行性研究正在许多相关企业中进行，目前，商品化的大功率LED显示器功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm/W，其发光效率已经超过白炽灯，接近荧光灯，白光LED的光效超过100lm/W并达到200lm/W在不久的将来即可实现，因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，但由于其结构复杂、成本高、实现困难、通信距离短，所以其在接收可见光信号、转换为电信号并解调获得所传输的数据方面并不理想。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是为了提供一种LED可见光通信接收装置，使其在接收可见光信号、转换为电信号并解调获得所传输的数据方面具有较好效果。

本实用新型的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种LED可见光通信接收装置，包括LED光发射器、光电探测器、主放大电路和单片机，所述单片机通过高速LED调制驱动电路与所述LED光发射器电连接，所述高速LED调制驱动电路用于调节所述LED光发射器的功率；所述光电探测器接收所述LED光发射器发射的可见光信号，将可见光信号转换成电信号，并与均衡电路电连接；所述均衡电路与前置放大电路电连接，对电信号进行均衡补偿，所述前置放大电路分别与所述单片机和所述主放大电路通信连接，所述单片机通过所述前置放大电路进行时钟提取；所述主放大电路与低通滤波电路电连接，对均衡补偿后的电信号进行放大处理；所述低通滤波电路用于对放大后的电信号进行滤波处理；所述单片机与解码电路电连接，所述解码电路用于对电信号进行解调。

优选的，所述低通滤波电路与比较电路电连接，所述比较电路通过解码电路与所述单片机电连接，所述比较电路将滤波处理后的电信号与设定的参考电压进行比较判断。

优选的，所述高速LED调制驱动电路为具有GS6200芯片的700mA大功率高速LED调制驱动电路，所述700mA大功率高速LED调制驱动电路的输入电压为：5V-35V，输出电流为：700mA±20mA。

优选的，700mA大功率高速LED调制驱动电路为DC/DC降压电路，由VIN+、VIN-输入DC5-35V电压，LED+接700mA大功率LED正极，LED-接700mA大功率LED负极，PWM波通过EN引脚输入，通过调节占空比控制LED+、LED-两脚的电压，达到调节LED灯亮度的目的。

优选的，所述均衡电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和比较器U5；所述均衡电路的输入端通过并联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U5的反向输入端；所述比较器U5的正向输入端接参考电压VCC；所述比较器U5的输出端接电阻R4。

优选的，所述前置放大电路由包括一个发光二极管、一个跨阻尼放大器、一个差分信号转换器和一个差分放大输出模块，所述发光二极管与所述跨阻尼放大器、所述差分信号转换器和所述差分放大输出模块依次相连，所述差分放大输出模块与主放大电路电连接。

优选的，所述解码电路为基于MCU的解码器，该解码器为硬件解码电路，由硬件解码电路对来自所述比较电路的数字信号解码，最终获得所传输的电信号数据。

优选的，所述低通滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和比较器U1；所述电阻R3的一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R3的另一端接所述比较器U1的输出端；所述电容C1连接于所述比较器U1的输出端和反向输入端之间；所述电容C2的一端接地。

优选的，所述低通滤波电路的输入端通过串联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U1的反向输入端；所述比较器U1的正向输入端接参考电压；所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连。

优选的，所述单片机采用STM8S103单片机，STM8S103单片机工作在2.95V到5.5V电压下，STM8S103单片机内包含复位电路、晶振电路、滤波电容、VCAP电容、下载器接口和PWM接口。

本实用新型的有益技术效果：按照本实用新型的LED可见光通信接收装置，本实用新型提供的LED可见光通信接收装置，其在接收可见光信号、转换为电信号并解调获得所传输的数据方面具有较好效果，通过高速LED调制驱动电路调节LED光发射器的功率及亮度，通过光电探测器将可见光信号转化成电信号，通过均衡电路、前置放大电路、主放大电路、低通滤波电路、比较电路和解码电路解调电信号，不仅能实现无线通信，而且能实现LED光发射器的功率和亮度调节，适应不同的光照环境下的可见光传输通信，采用单片机保证通信质量。

附图说明

图1为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的整体结构示意图；

图2为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的单片机电路图；

图3为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的高速LED调制驱动电路电路图；

图4为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的光电探测器电路图；

图5为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的光电探测器光谱响应度图；

图6为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的低通滤波电路电路图；

图7为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的均衡电路电路图；

图8为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的前置放大电路与主放大电路连接的电路图；

图9为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的前置放大电路电路图；

图10为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的主放大电路电路图；

图11为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的比较电路电路图；

图12为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的LED光发射器电路图；

图13为按照本实用新型的LED可见光通信接收装置的一优选实施例的解码电路电路图。

图中：1-高速LED调制驱动电路，2-LED光发射器，3-光电探测器，4-均衡电路，5-前置放大电路，6-主放大电路，7-低通滤波电路，8-比较电路，9-解码电路，10-单片机。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的一种LED可见光通信接收装置，包括LED光发射器2、光电探测器3、主放大电路6和单片机10，其特征在于：所述单片机10通过高速LED调制驱动电路1与所述LED光发射器2电连接，所述高速LED调制驱动电路1用于调节所述LED光发射器2的功率；所述光电探测器3接收所述LED光发射器2发射的可见光信号，将可见光信号转换成电信号，并与均衡电路4电连接；所述均衡电路4与前置放大电路5电连接，对电信号进行均衡补偿，所述前置放大电路5分别与所述单片机10和所述主放大电路6通信连接，所述单片机10通过所述前置放大电路5进行时钟提取；所述主放大电路6与低通滤波电路7电连接，对均衡补偿后的电信号进行放大处理；所述低通滤波电路7用于对放大后的电信号进行滤波处理；所述单片机10与解码电路9电连接，所述解码电路9用于对电信号进行解调，所述低通滤波电路7与比较电路8电连接，所述比较电路8通过解码电路9与所述单片机10电连接，所述比较电路8将滤波处理后的电信号与设定的参考电压进行比较判断。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，图2为单片机电路图，所述单片机10采用STM8S103单片机，STM8S103单片机工作在2.95V到5.5V电压下，STM8S103单片机内包含复位电路、晶振电路、滤波电容、VCAP电容、下载器接口和PWM接口。

进一步的，在本实施例中，如图3所示，图3为高速LED调制驱动电路电路图，所述高速LED调制驱动电路1为具有GS6200芯片的700mA大功率高速LED调制驱动电路，所述700mA大功率高速LED调制驱动电路的输入电压为：5V-35V，输出电流为：700mA±20mA，700mA大功率高速LED调制驱动电路为DC/DC降压电路，由VIN+、VIN-输入DC5-35V电压，LED+接700mA大功率LED正极，LED-接700mA大功率LED负极，PWM波通过EN引脚输入，通过调节占空比控制LED+、LED-两脚的电压，达到调节LED灯亮度的目的。

进一步的，在本实施例中，如图4和图5所示，图4为光电探测器电路图，图5为光电探测器光谱响应度图，所述光电探测器3的接入最高电压为12V。

进一步的，在本实施例中，如图6所示，图6为低通滤波电路电路图，所述低通滤波电路7包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和比较器U1；所述电阻R3的一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R3的另一端接所述比较器U1的输出端；所述电容C1连接于所述比较器U1的输出端和反向输入端之间；所述电容C2的一端接地，所述低通滤波电路7的输入端通过串联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U1的反向输入端；所述比较器U1的正向输入端接参考电压；所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连。

进一步的，在本实施例中，如图7所示，图7为均衡电路电路图，所述均衡电路4包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和比较器U5；所述均衡电路4的输入端通过并联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U5的反向输入端；所述比较器U5的正向输入端接参考电压VCC；所述比较器U5的输出端接电阻R4。

进一步的，在本实施例中，如图8和图9所示，图8为前置放大电路与主放大电路连接的电路图，图9为前置放大电路电路图，所述前置放大电路5由包括一个发光二极管、一个跨阻尼放大器、一个差分信号转换器和一个差分放大输出模块，所述发光二极管与所述跨阻尼放大器、所述差分信号转换器和所述差分放大输出模块依次相连，所述差分放大输出模块与主放大电路6电连接。

进一步的，在本实施例中，如图10所示，图10为主放大电路电路图，所述主放大电路6为跨阻抗放大电路；所述主放大电路6将所述均衡电路4输出的电信号转化为具有一定幅值的电压脉冲信号，所述主放大电路6为跨阻抗前置放大电路，较佳地，所述主放大电路6采用电压负反馈的方式，将经过均衡电路后的微弱电(流)信号转化为具有一定幅值的电压脉冲信号，这里相当于一个全通滤波器，以牺牲电路的带宽来换取电路增益的提高，但有效的提高了电路的灵敏度，如：其中，Af为负反馈增益，A为开环增益，F为反馈深度，S为灵敏度，Rf为反馈电阻，Ri为第一放大电路的输入电阻，因此，反馈电阻越大，反馈深度越深，电路的反馈增益越大，代价是电路的灵敏度下降。从而，提高反馈增益的同时，必须兼顾电路的灵敏度，第一放大电路的反馈电阻不能太大。

进一步的，在本实施例中，如图11所示，图11为比较电路电路图，所述比较电路8由两个电阻R1、电阻R2、电阻R3和一比较器组成。

进一步的，在本实施例中，如图12所示，图12为LED光发射器电路图，所述LED光发射器2由调制电流发生器、差分驱动器和LED灯组成。

进一步的，在本实施例中，如图13所示，所述解码电路9为基于MCU的解码器，该解码器为硬件解码电路，由硬件解码电路对来自所述比较电路8的数字信号解码，最终获得所传输的电信号数据。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的LED可见光通信接收装置，本实施例提供的LED可见光通信接收装置，其在接收可见光信号、转换为电信号并解调获得所传输的数据方面具有较好效果，通过高速LED调制驱动电路1调节LED光发射器2的功率及亮度，通过光电探测器3将可见光信号转化成电信号，通过均衡电路4、前置放大电路5、主放大电路6、低通滤波电路7、比较电路8和解码电路9解调电信号，不仅能实现无线通信，而且能实现LED光发射器2的功率和亮度调节，适应不同的光照环境下的可见光传输通信，采用单片机保证通信质量。

以上所述，仅为本实用新型进一步的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED可见光通信接收装置，包括LED光发射器(2)、光电探测器(3)、主放大电路(6)和单片机(10)，其特征在于：所述单片机(10)通过高速LED调制驱动电路(1)与所述LED光发射器(2)电连接，所述高速LED调制驱动电路(1)用于调节所述LED光发射器(2)的功率；所述光电探测器(3)接收所述LED光发射器(2)发射的可见光信号，将可见光信号转换成电信号，并与均衡电路(4)电连接；所述均衡电路(4)与前置放大电路(5)电连接，对电信号进行均衡补偿，所述前置放大电路(5)分别与所述单片机(10)和所述主放大电路(6)通信连接，所述单片机(10)通过所述前置放大电路(5)进行时钟提取；所述主放大电路(6)与低通滤波电路(7)电连接，对均衡补偿后的电信号进行放大处理；所述低通滤波电路(7)用于对放大后的电信号进行滤波处理；所述单片机(10)与解码电路(9)电连接，所述解码电路(9)用于对电信号进行解调。

2.根据权利要求1所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述低通滤波电路(7)与比较电路(8)电连接，所述比较电路(8)通过解码电路(9)与所述单片机(10)电连接，所述比较电路(8)将滤波处理后的电信号与设定的参考电压进行比较判断。

3.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述高速LED调制驱动电路(1)为具有GS6200芯片的700mA大功率高速LED调制驱动电路，所述700mA大功率高速LED调制驱动电路的输入电压为：5V-35V，输出电流为：700mA±20mA。

4.根据权利要求3所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：700mA大功率高速LED调制驱动电路为DC/DC降压电路，由VIN+、VIN-输入DC5-35V电压，LED+接700mA大功率LED正极，LED-接700mA大功率LED负极，PWM波通过EN引脚输入，通过调节占空比控制LED+、LED-两脚的电压，达到调节LED灯亮度的目的。

5.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述均衡电路(4)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和比较器U5；所述均衡电路(4)的输入端通过并联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U5的反向输入端；所述比较器U5的正向输入端接参考电压VCC；所述比较器U5的输出端接电阻R4。

6.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述前置放大电路(5)由包括一个发光二极管、一个跨阻尼放大器、一个差分信号转换器和一个差分放大输出模块，所述发光二极管与所述跨阻尼放大器、所述差分信号转换器和所述差分放大输出模块依次相连，所述差分放大输出模块与主放大电路(6)电连接。

7.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述解码电路(9)为基于MCU的解码器，该解码器为硬件解码电路，由硬件解码电路对来自所述比较电路(8)的数字信号解码，最终获得所传输的电信号数据。

8.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述低通滤波电路(7)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和比较器U1；所述电阻R3的一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R3的另一端接所述比较器U1的输出端；所述电容C1连接于所述比较器U1的输出端和反向输入端之间；所述电容C2的一端接地。

9.根据权利要求8所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述低通滤波电路(7)的输入端通过串联的电阻R1和电阻R2接入所述比较器U1的反向输入端；所述比较器U1的正向输入端接参考电压；所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连。

10.根据权利要求2所述的一种LED可见光通信接收装置，其特征在于：所述单片机(10)采用STM8S103单片机，STM8S103单片机工作在2.95V到5.5V电压下，STM8S103单片机内包含复位电路、晶振电路、滤波电容、VCAP电容、下载器接口和PWM接口。