CN208768069U - 一种基于光纤导光的物联网系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光纤导光的物联网系统，属于照明技术领域。系统包括光电箱、传输光纤、照明模块、光伏面板、用户终端、云端；光电箱包括光源耦合模块和信息收发模块；光电箱连接传输光纤；光源耦合模块通过传输光纤将部分光能量接入照明模块；光源耦合模块通过传输光纤将部分光能量照射在光伏面板，光伏面板将光能转化为电能以供用户终端工作；用户终端用于获取当前终端的检测信息或与其他终端通信，并将获取信息返回给信息收发模块；信息收发模块将用户终端返回的数据传送给云端，信息收发模块从云端获取反馈信息传递给用户终端。本实用新型充分利用光作为照明媒体和信息载体的双重性质和光纤传输的优势，实现了照明和通讯的相结合。

Description

一种基于光纤导光的物联网系统

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种基于光纤导光的物联网系统。

背景技术

现有检测系统是基于终端的传感器将检测到的信号通过电信号的方式，由电线或电缆将检测数据传回控制端，或者利用终端的通信设备将检测数据传回控制端。但对于终端的应用环境不同，上述检测系统在应用时有很多困难和要求。如，高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题，为此，对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器，另外还需要隔热、水冷或气冷等装置。又如，粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。又如，电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力在（如高压电站环境下）。另外，易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性。

光纤供能能够解决上述问题。所谓光纤供能就是利用激光器，通过光纤传输，经过接收端的光电转换实现供能。由于光纤的使用，基于这种技术的系统具备电磁干扰免疫，耐腐蚀以及高频信号和闪电影响不敏感等性质。此外，光纤的体积远小于铜电缆，因此光纤供能技术适宜长距离传输及作用。

发明专利申请CN105227130A公开了一种基于塑料光纤通讯的智能光伏发电系统，并具体公开了系统包括光伏组件、智能接线盒、汇流箱、逆变器，每个光伏组件均连接有一个智能接线盒；智能接线盒的电路构成包括有电源电路、旁路电路、电压采样电路、电流采样电路、电能参数处理电路、DC/DC变换电路、微处理电路、光通讯接口电路、故障指示电路；光通讯接口电路的一个信号传输端与微处理电路连接，另一个信号传输端通过光纤与本智能接线盒之外的其他智能接线盒或集中器或汇流箱中的光通讯接口电路信号传输端相连接。光通讯接口电路由光收发器和塑料光纤构成。光收发器将电信号转变为光信号，经塑料光纤传输到另一个处，被光收发器再还原成电信号，或经塑料光纤传输来的光信号转变为电信号。该发明利用光纤供能方式结合光伏组件进行发电应用，并未用于终端检测系统。且该发明采用的是塑料光纤，不适用于远距离传输，传输损耗大。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提出了一种适用多种环境且受环境约束小、功能丰富、安全、准确的基于光纤导光的物联网系统。

本实用新型是通过以下技术方案得以实现的：

本实用新型一种基于光纤信息传输的检测系统，包括光电箱、传输光纤、照明模块、光伏面板、用户终端、云端；所述光电箱包括光源耦合模块和信息收发模块；所述光电箱连接所述传输光纤；所述光源耦合模块通过所述传输光纤将部分光能量接入所述照明模块作照明使用；所述光源耦合模块通过所述传输光纤将部分光能量照射在所述光伏面板，所述光伏面板将光能转化为电能以供所述用户终端工作；所述用户终端用于获取当前终端的检测信息或与其他终端通信，并将获取信息返回给所述光电箱的信息收发模块；所述信息收发模块将用户终端返回的信息传送给云端，所述信息收发模块从云端获取反馈信息传递给所述用户终端。

作为优选，所述光源耦合模块包括光源、耦合器件；所述光源发出的光线经所述耦合器件耦合进入传输光纤。

作为优选，所述信息收发模块包括信息接收器和信息发送器；所述信息接收器用于接收所述用户终端发出的信息和所述云端反馈的信息；所述信息发送器用于向所述用户终端和云端发送信息；所述信息接收器和所述信息发送器之间实现信息共通和信息传输形式转换。

作为优选，所述信息收发模块和所述用户终端之间的双向信息交互形式为通过传输光线以光信息的形式或通过无线传输的形式；所述信息收发模块和所述云端之间的双向信息交互形式为通过传输光纤以光信息的形式，通过电缆以电信息的形式，通过无线传输的形式中的一种。

作为优选，所述传输光纤为塑料光纤、玻璃光纤、多模光纤、光缆中的一种。

作为优选，所述传输光纤的传输模式为照明信息信道复用传输模式和照明信息信道分离传输模式中的一种。

作为优选，所述用户终端包括检测终端和/或通讯终端；所述检测终端用于获取当前终端检测信息，发送检测信息和接收反馈信息；所述通讯终端用于与其他终端通信。

作为优选，系统还包括储能装置，所述储能装置与光伏面板连接，用于存储光伏面板转化的多余电能，使得所述用户终端在光源不工作时仍可使用。

作为优选，所述照明模块为光纤灯，所述传输光纤尾端为光纤灯提供光源，以提供照明。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型一种基于光纤导光的物联系统，充分利用光作为照明媒体和信息载体的双重性质和光纤传输的优势，实现了照明和通讯的相结合，作为一种导光物联网形式，该系统结构简单，功能多样化，用户实现能量传输、信息的单工和双工传输，同时实现了电和热的隔离，提高了系统的安全性。

附图说明

图1为本实用新型一种基于光纤导光的物联网系统的结构框图；

图2为本实用新型一种基于光纤导光的物联网系统使用示例图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

本实用新型一种基于光纤导光的物联网系统包括光电箱1、传输光纤2、照明模块3，光伏面板4、用户终端5、云端6。所述光电箱1包括光源耦合模块和信息收发模块。所述光电箱1连接所述传输光纤2。所述光源耦合模块通过所述传输光纤2将部分光能量接入所述照明模块3作照明使用，所述光源耦合模块通过所述传输光纤2将部分光能量照射在所述光伏面板4，所述光伏面板4将光能转化为电能以供所述用户终端5工作。所述用户终端5用于获取当前终端的检测信息或与其他终端通信以进行信息交流，并将获取信息返回给所述光电箱1的信息收发模块。所述信息收发模块将用户终端5返回的信息传送给云端6，所述信息收发模块从云端6获取反馈信息传递给所述用户终端5。当反馈信息包括获取终端检测信息指令，则用户终端根据该指令执行获取、检测等工作；当反馈信息包括与其他终端信息交流，则当前接收反馈信息的终端根据该指令与其他终端通信。

所述光源耦合模块包括光源、耦合器件。所述光源发出的光线经所述耦合器件耦合进入传输光纤。所述光源可以是LED、LD或者光纤激光器。光源的发散角越小，光线通过耦合透镜耦合入光纤的光耦合效率越高。所述耦合器件选用光学玻璃材料。优选地，所述耦合器件可以是具有至少一个自由曲面的透镜，使得不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入传输光纤并在纤芯中心轴处汇聚成一条焦线。

所述信息收发模块包括信息接收器和信息发送器。所述信息接收器用于接收所述用户终端发出的信息和所述云端反馈的信息。所述信息发送器用于向所述用户终端和云端发送信息。所述信息接收器和所述信息发送器之间实现信息共通和信息传输形式转换。具体地，所述信息收发模块和所述用户终端之间的双向信息交互形式为通过传输光线以光信息的形式或通过无线传输的形式。所述信息收发模块和所述云端之间的双向信息交互形式为通过传输光纤以光信息的形式，通过电缆以电信息的形式，通过无线传输的形式中的一种。其中，能量传输一般采用450nm短波长，而光信息传输一般采用可见光长波段甚至红外波段，两者在光纤中传输时互不干扰。

所述光电箱1是光交互核心装置，能接收、发送信息。将用户终端5采集的工作数据通过红外或异色光或无线的方式反向传递给光电箱，实现了信息的单工传输。如使用异色光进行信息传输，可在光电箱1接收端加滤光片进行信息提取。同时也可实现双工的信息传递，将从云端接收信息传递给用户终端5。

所述传输光纤2可根据场合对于各类用户终端采集数据的工作频率来衡量所需要的光纤距离而选用的定距光纤。所述传输光纤可以为塑料光纤、玻璃光纤、多模光纤、光缆中的一种。所述传输光纤的传输模式为照明信息信道复用传输模式和照明信息信道分离传输模式中的一种。信道复用一般指光能量和光信号在同一根光纤中传输，在采用单芯的多模、玻璃光纤，多芯的光缆时均可使用；信道分离指光能量和光信号在不同的光纤中传输，在采用多芯的光缆时可能会使用，同时也指用不同的形式传输。

所述光伏面板4的表面用于接收传输光纤尾端发射的光线，光纤照射强度、光纤照射面积越大，光能转化效率越高。

所述用户终端包括检测终端和/或通讯终端。所述检测终端用于获取当前终端检测信息，发送检测信息和接收反馈信息。所述检测终端用的检测器，可选用多种类型，以适用不同检测环境。根据检测对象，用户终端所采用的用户器可以是不同的。如需要采集温度、湿度数据时，则采用温度、湿度用户器。所述检测终端还包括通信装置或安装于检测器内的通信芯片，将检测器检测到的数据信息发送给其他用户终端或信息收发模块，或者接受来自信息收发模块或其他用户终端信息。所述通讯终端用于与其他终端通信以与其他终端进行信息交流，如LiFi，室内定位技术。

所述云端包括云端收发模块、云端存储模块和人机交互控制模块。所述云端收发模块用于与光电箱的信息收发模块进行信息交互，所述云端收发模块一方面接收由光电箱的信息收发模块发送的信息，另一方面发送反馈信息给光电箱的信息收发模块。所述云端存储模块用于存储用户终端上传的信息，包含多个用户终端的信息。所述人机交互控制模块，如人机交互界面，通过该界面可控制物联网系统的整体运行和功能实现。

系统还包括储能装置7，如充电电池。当光伏面板4光电转化后的电能较多，用户终端够用外，剩余电能将通过储能装置7进行存储。存储的电能一方面可供设备供电，也可在用户终端能量不够，且光伏面板4未能及时将光能转化为电能供电使用时，为用户终端提供持续作业可用电能。

如图2，若10为粮仓，用户终端设于粮仓谷物内，用于检测谷物的温度、湿度等，也可以在用户终端加入视频用户，来检测谷物是否生虫。图中可见，传输光纤2部分与光伏面板4、用户终端5、储能装置7置于粮仓内，便于检测，并避免环境干扰。

对于光伏面板尺寸计算如下：

若温度用户器采集数据频率为1次/10s。一天工作24h，则采集次数M = 24*60*6 =8640次。

温度用户器的电参数为1uA，5V；则温度用户器一天工作消耗W = 5*1*24 =120uwh。

当采用市面最好的光伏面板，单晶硅光伏电池时，4v/160mA。单晶硅光伏电池尺寸为70*70mm。

转换效率根据转换效率 = 功率/面积进行计算，其中瓦数换算面积：4*160*10^-3/1000=0.000640；面积：70*70=0.00049平方米；则转换效率=瓦数/面积=0.000640/0.00049=0.1306 = 13.06%。

当电池充电效率为70%，则光伏尺寸为：s = 70*70*5*10^-6/(4*160*10^-3*0.1306) ≈ 0.3平方毫米。光伏尺寸选用0.5*0.5平方毫米。

假设光纤一天工作时间为1h，则所需电池电量：W1 = 120uwh/70%/13.06% =1312.6uwh;所需光纤光功率为：P = 1312.6/1 = 1.32mw。

本实用新型系统可运用于不允许电介入的场合，如核电站等特种需求场景。以高压开关柜为例，本系统如图2，若10为高压柜。将光纤尾端、光伏面板4、用户终端5集成在一个封闭的盒子内避免电磁干扰。高压开关柜是不允许带电物质进入，此技术实现了电的隔离。同时也可以对高压开关柜内进行检测，也可以对SO2等化学物质进行检测。判断其中是否起火等。

在高压开关柜中要实时的传输内部的情况。就需要采用高功耗的图像用户器，市面上典型的电流值为140mA。电压为6V左右。一天工作24小时。图像用户器一天工作消耗功率：W1 = 140*6*24 = 20160mwh。假设光纤工作10h。则所需光功率P为：P = 20160/70%/13.06%/10 = 22052.0674mw ≈ 22W。 则所需光伏板尺寸为S ≈ 81*81平方毫米。

所述照明模块为光纤灯，所述传输光纤尾端为光纤灯提供光源，以提供照明。同时该物联网系统中的用户终端设于光纤灯的灯具内，用于检测灯具工作数据。利用该系统一方面能通过传输光纤为光纤灯具供能发光，一方面还可利用光纤供能使的用户终端检测灯具信号。现有景观照明，需要调控灯具发光强度、发光形状、色温等，该系统还可基于DMX系统实现景观照明的调控。另外还可结合用户终端的通讯终端实现LED传输信号与定位。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (9)

1.一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，包括光电箱、传输光纤、照明模块、光伏面板、用户终端、云端；所述光电箱包括光源耦合模块和信息收发模块；所述光电箱连接所述传输光纤；所述光源耦合模块通过所述传输光纤将部分光能量接入所述照明模块作照明使用；所述光源耦合模块通过所述传输光纤将部分光能量照射在所述光伏面板，所述光伏面板将光能转化为电能以供所述用户终端工作；所述用户终端用于获取当前终端的检测信息或与其他终端通信，并将获取信息返回给所述光电箱的信息收发模块；所述信息收发模块将用户终端返回的信息传送给云端，所述信息收发模块从云端获取反馈信息传递给所述用户终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述光源耦合模块包括光源、耦合器件；所述光源发出的光线经所述耦合器件耦合进入传输光纤。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于， 所述信息收发模块包括信息接收器和信息发送器；所述信息接收器用于接收所述用户终端发出的信息和所述云端反馈的信息；所述信息发送器用于向所述用户终端和云端发送信息；所述信息接收器和所述信息发送器之间实现信息共通和信息传输形式转换。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述信息收发模块和所述用户终端之间的双向信息交互形式为通过传输光线以光信息的形式或通过无线传输的形式；所述信息收发模块和所述云端之间的双向信息交互形式为通过传输光纤以光信息的形式、通过电缆以电信息的形式、通过无线传输的形式中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述传输光纤为塑料光纤、玻璃光纤、多模光纤、光缆中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述传输光纤的传输模式为照明信息信道复用传输模式和照明信息信道分离传输模式中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述用户终端包括检测终端和/或通讯终端；所述检测终端用于获取当前终端检测信息，发送检测信息和接收反馈信息；所述通讯终端用于与其他终端通信。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，还包括储能装置，所述储能装置与光伏面板连接，用于存储光伏面板转化的多余电能，使得所述用户终端在光源不工作时仍可使用。

9.根据权利要求1所述的一种基于光纤导光的物联网系统，其特征在于，所述照明模块为光纤灯，所述传输光纤尾端为光纤灯提供光源，以提供照明。