CN215300634U - 光通信驱动装置、led灯和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通信领域，提供了一种光通信驱动装置、LED灯和光通信系统。光通信驱动装置包括按键模块、控制模块、驱动模块、电流监控模块和电源模块，按键模块、驱动模块均与控制模块电性连接，电流监控模块与控制模块和驱动模块均电性连接，驱动模块的输出端电连接LED灯光源，电源模块用于为光通信驱动装置供电，驱动模块用于控制LED灯光源照明和/或发射光信号，本实用新型通过在光通信驱动装置的驱动模块中设置第一旁路电容，第一旁路电容一端与电源正极连接另一端接地，且将第一旁路电容设置为电解电容，即可极大程度的降低甚至消除光通信过程中产生的啸叫噪声。

Description

光通信驱动装置、LED灯和光通信系统

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，更具体而言，涉及一种光通信驱动装置、LED灯和光通信系统。

背景技术

LED灯具有亮度高、寿命长、性能稳定、节省能源等优点，它将成为下一代的照明工具。由于高灵敏度和线性调制特性，因此照明系统具有传输信号的能力。可见光通信(Visible Light Communications，简称VLC)技术作为一种新型的无线光通信技术，具有通信速率高、抗干扰能力强、安全保密性好、无电磁干扰、无需频谱许可证等诸多优点。照明灯无线通信能够在照明的同时实现通信功能，既节能又减少了重复投资，因此，可见光通信系统具有显著的研究意义和较大的发展前景，已被公认为一种新兴的短距离高速无线通信系统。

光学相机通信(Optical Camera Communication，简称OCC)技术作为VLC技术的一个重要分支，通过以人眼识别不了的高频(>200HZ)来控制LED的亮度变换，由此可实现在照明的同时进行光通信。OCC技术为光通信系统发展提供理论基础，光通信系统中的LED灯发射光信号，而日常生活中集成在智能手机、行车记录仪、监控安防等设备上的光学相机作为以上光信号接收装置，实现数据信息快速有效地进行无线传输。

但是，OCC模式下的驱动频率设置为4kHZ-20kHZ，由于OCC工作频率在人耳能够听到的声音频段(200Hz-20kHz)内，因此在OCC通信时,LED驱动装置中的元器件可能会产生啸叫噪声，以上缺陷在同行的产品设计中经常会碰到并且无法解决。

发明内容

本实用新型提供一种光通信驱动装置、LED灯和光通信系统，其中光通信驱动装置中驱动模块的电路设置，能有效降低甚至消除光学通信模式下产生的噪声。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光通信驱动装置，所述光通信驱动装置包括按键模块、控制模块、驱动模块、电流监控模块以及电源模块，所述按键模块、所述驱动模块均与所述控制模块电性连接，所述电流监控模块与所述控制模块和所述驱动模块均电性连接，所述驱动模块的输出端电性连接LED灯光源；

所述按键模块用于选择处于照明模式或光学通信模式；当所述按键模块选择处于照明模式时，所述控制模块用于输出第一驱动信号至所述驱动模块，当所述按键模块选择处于光学通信模式时，所述控制模块用于输出所述第一驱动信号至所述驱动模块以及输出监控信号至所述电流监控模块；所述电流监控模块用于根据所述监控信号对输入至所述驱动模块的电流进行监控以及输出第二驱动信号至所述驱动模块；所述驱动模块用于根据所述第一驱动信号控制所述LED灯照明，和/或所述驱动模块还用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号控制所述LED灯光源发射光信号；所述电源模块用于向所述光通信驱动装置供电；

所述驱动模块包括第一旁路电容，所述第一旁路电容的一端连接所述电源模块且所述第一旁路电容的另一端接地，所述第一旁路电容为电解电容，用于滤除所述驱动模块接入电流中的杂波。

优选的，所述驱动模块还包括三极管以及第一场效应管，所述三极管的基极连接所述控制模块，所述三极管的发射极连接所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极连接所述电流监控模块，所述第一场效应管的漏极连接所述LED灯光源的负极，所述LED灯光源的正极连接所述电源模块。

优选的，所述驱动模块还包括二极管，所述二极管的正极连接所述三极管的发射极，所述二极管的负极连接所述第一场效应管的栅极，所述二极管用于对所述第一场效应管的电信号进行限流和降压，以保护所述第一场效应管。

优选的，所述驱动模块还包括降压控制器以及第二场效应管，所述降压控制器的第一管脚连接所述电源模块，所述降压控制器的第二管脚连接所述控制模块，所述降压控制器的第三管脚连接所述第二场效应管的栅极，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极连接所述LED灯光源的负极，所述LED灯光源的正极连接所述电源模块，所述降压控制器用于对驱动信号进行降压，所述第二场效应管根据驱动信号控制所述LED灯照明和/或发射光通信。

优选的，所述驱动模块还包括第二旁路电容和电感，所述第二旁路电容的两端并联在所述LED灯光源的正负极两端，所述电感一端连接所述第二场效应管的漏极，所述电感的另一端连接所述LED灯光源的负极和所述电感，所述第二旁路电容为电解电容，所述电感为一体成型电感，所述第二旁路电容和所述电感用于滤波并为所述LED灯光源提供稳定的电流。

优选的，所述光通信驱动装置还包括保护电阻，所述保护电阻一端连接所述降压控制器的第三管脚，所述保护电阻的另一端连接所述第二场效应管的栅极，用于对所述第二场效应管的驱动信号限流和降压。

优选的，所述驱动模块还包括限流电阻，所述限流电阻一端连接所述电源模块，另一端连接所述LED灯光源的正极，用于对输入电流进行限流。

优选的，所述降压控制器的芯片型号为MP24894。

本实用新型提供了一种LED灯，所述LED灯包括壳体、设于所述壳体上的驱动控制板和LED灯光源，其特征在于，所述驱动控制板上集成有以上所述的光通信驱动装置，所述LED灯光源与所述光通信驱动装置的输出端电性连接。

本实用新型提供了一种光通信系统，所述光通信系统包括：

发射端，所述发射端包括以上所述的LED灯；所述LED灯的光源用于发射光信号；

接收端，所述接收端包括图像获取模块以及与所述图像获取模块连接的图像处理模块；所述图像获取模块用于拍摄所述光信号，所述图像处理模块用于对拍摄到的光信号进行解析处理。

与现有技术相比，本实用新型的光通信驱动装置中，按键模块用于选择处于照明模式或光学通信模式；控制模块用于根据按键模块的选择模式，输出第一驱动信号和/或监控信号；监控模块用于根据监控信号对输入至驱动模块的电流进行监控以及输出第二驱动信号至驱动模块；驱动模块用于根据第一驱动信号控制LED灯光源照明，并根据第一驱动信号和第二驱动信号控制LED灯光源发射光信号，本实用新型通过在光通信驱动装置的驱动模块中设置第一旁路电容，并将第一旁路电容设置为电解电容，第一旁路电容一端与电源正极连接另一端接地，即可极大程度的降低甚至消除光通信驱动装置在光通信过程中产生的啸叫噪声。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的光通信驱动装置的原理框图；

图2是本实用新型实施例二提供的驱动模块的第一电路原理图；

图3是本实用新型实施例三提供的驱动模块的第二电路原理图；

图4是本实用新型实施例四提供的控制模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例五提供的监控模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例六提供的按键模块的电路原理图；

图7是本实用新型实施例七提供的LED灯光源与接收端交互的示意图；

图8是本实用新型实施例八提供的光通信系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了解决普通消费者不能准确获知LED光源的真正品质问题，本实用新型基于光学相机通信(Optical Camera Communication，简称OCC)技术的发展，提供了一种光通信驱动装置、包含该光通信驱动装置的LED灯以及光通信系统。

请参阅图1所示的本实用新型实施例一提供的光通信驱动装置的原理框图，该光通信驱动装置100包括按键模块10、控制模块11、驱动模块12、电流监控模块13以及电源模块14。其中，按键模块10、驱动模块12和电流监控模块13均与控制模块11电性连接，电流监控模块13还与驱动模块12电性连接，驱动模块12的输出端用于电性连接LED灯光源20，该LED灯光源20可用于照明和发射光信号，电源模块40为整个光通信驱动装置100供电。

具体的，按键模块10可用于选择处于照明模式或者光学通信模式。当按键模块10选择处于照明模式时，控制模块11输出第一驱动信号至驱动模块12，驱动模块12根据该第一驱动信号控制LED灯光源20执行相应的照明模式。当按键模块10选择处于光学通信模式时，控制模块11用于输出第一驱动信号至驱动模块12以及输出监控信号至电流监控模块13；当电流监控模块13接收到监控信号后，即对输入至驱动模块12的电流进行监测并输出第二驱动信号至驱动模块12；第一驱动信号和第二驱动信号经过驱动模块12后，共同作用使得LED灯光源20发射光信号，该光信号中包含有光源信息，如光源的出厂检测结果等。此外，电流监控模块13将监测结果实时发送至控制模块11，控制模块11根据监测结果作出是否对输入至驱动模块12的电流进行调整，以使得LED灯光源20能够稳定发射光信号。

本实施例通过在光通信驱动装置100的驱动模块12中设置了第一旁路电容，第一旁路电容一端连接电源模块的输入端，另一端接地，将该第一旁路电容设置为电解电容，替代常用的陶瓷电容，能够大大降低甚至消除光通信驱动装置100在进行光通信模式下所产生的啸叫噪声。

需要说明的是，本实用新型提供的光通信驱动装置100通过两种灯珠可执行三种照明模式，各照明模式对应一种第一驱动信号。具体的，照明模式可以为3000K色温模式、4500K色温模式和5000K色温模式，相应的，第一驱动信号分别为第一驱动信号P_3000K、第二驱动信号P_4500K、第三电信号P_5000K。在其他实施例中，本实用新型的光通信驱动装置100还适用于设置单种灯珠的单一照明模式或多种灯珠结合的多种照明模式与光通信模式的结合设备。

另外，执行光学通信模式时，LED灯能够保持执行正常的照明功能，且正在照明的灯珠按照4～20KHz的闪烁频率以及0.05～0.25ms的闪烁时间点亮，由于闪烁频率比较快，光源发射光信号过程不会被人眼察觉。

在一个可选的实施方式中，请参阅图2所示，为本实用新型实施例二提供的驱动模块12A的第一种电路原理图，图2的该驱动模块12A是双色灯珠共阴极或者共阳极下的电路设计，左图和右图各代表一种灯珠的驱动电路，可以实现上述的三种照明模式和光学通信模式。驱动模块12A的LED1端与控制模块11的16引脚相接，W-LED1端与3000K色温灯珠电性连接，驱动模块12A的LEDVss端与电流监控模块13的LEDVss端相接；驱动模块12A的LED2端与控制模块11的17引脚相接，驱动模块12A的Y-LED1端与5000K色温灯珠电性连接，驱动模块12A的LEDVss端与电流监控模块13的LEDVss端相接；驱动模块12A的VIN端与电源模块14连接。对驱动模块12A内部电路解释以左图为例，右图内部电路解释参考左图，下面不再赘述。

具体的，驱动模块12A包括第一旁路电容C20、三极管Q1、二极管Z1以及第一场效应管Q3，三极管Q1的基极通过LED1端与控制模块11的16引脚相接，三极管Q1的发射极通过保护元件二极管Z1连接第一场效应管Q3的栅极，第一场效应管Q3的源极通过LEDVss端与电流监控模块13的LEDVss端相接，第一场效应管Q3的漏极连接3000K色温灯珠的负极，3000K色温灯珠的正极通过VIN端连接电源模块14，其中二极管Z1的正极连接三极管Q1的发射极，二极管Z1的负极连接第一场效应管Q3的栅极，二极管Z1用于对第一场效应管Q3的电信号进行限流和降压，以保护第一场效应管Q3。通过将第一旁路电容C20设为电解电容，替换现有技术中常用的陶瓷电容，使得具有驱动模块12A的光通信装置100并未产生啸叫噪声。

在一个可选的实施方式中，请参阅图3所示，为本实用新型实施例三提供的驱动模块12B的第二种电路原理图，图3的该驱动模块12B是双色灯珠四点焊接下的电路设计，左图和右图各代表一种灯珠的驱动电路，可以实现上述的三种照明模式和光学通信模式。驱动模块12B的LED1端与控制模块11的16引脚相接，驱动模块12B的W-LED1端与3000K色温灯珠电性连接；驱动模块12B的LED2端与控制模块11的17引脚相接，驱动模块12B的Y-LED1端与5000K色温灯珠电性连接；驱动模块12B的VIN端与电源模块14连接。对驱动模块12B内部电路解释以左图为例，右图内部电路解释参考左图，下面不再赘述。

具体的，驱动模块12B包括第一旁路电容C21、降压控制器U6、第二场效应管Q5、第二旁路电容C22、电感L3、保护电阻R29以及限流电阻R27和R28，降压控制器U6的第一管脚通过限流电阻R27和R28通过VIN端连至电源模块14，降压控制器U6的第二管脚(EN/DIM)通过LED1端与控制模块11的16引脚相接，降压控制器U6的第三管脚(DR)通过保护电阻R29的降压限流后连接第二场效应管Q5的栅极，第二场效应管Q5的漏极通过电感L3的输出端连接3000K色温灯珠的负极，3000K色温灯珠的正极连接电源模块，第二场效应管Q5的源极接地，另外电感L3的输出端还与第二旁路电容C22连接，第二旁路电容C22的两端与3000K色温灯珠的正负极并联。其中，所述限流电阻R27和R28一端通过VIN端连接所述电源模块，另一端还连接3000K色温灯珠的正极，用于对输入电流进行限流；降压控制器U6用于对接入的驱动信号进行降压；保护电阻连接于降压控制器U6和第二场效应管Q5之间，用于对所述第二场效应管Q5的驱动信号进一步限流和降压，用以防止第二场效应管Q5损坏；第二场效应管Q5根据驱动信号控制开启或关闭进而实现LED灯照明和/或发射光通信。电感L3和第二旁路电容C22用于滤波并为所述LED灯光源提供稳定的电流。通过将第一旁路电容C21和第二旁路电容C22设为电解电容，替换现有技术中常用的陶瓷电容，并将电感L3设置为一体成型电感，使得具有驱动模块12B的光通信装置100并未产生啸叫噪声。

需要说明的是，图3实施例中降压控制器在的编号为U6和U7，型号为MP24894。MP24894是一种高效的降压控制器。它的设计工作在连续电流模式，电源输入电压范围为6V至60V的情况。MP24894采用了一种滞环控制结构，通过外部高侧电流传感器的反馈，精确地调节LED电流。本实用新型实施例提供的上述装置，通过降压控制器对驱动信号降压，精确地调节LED电流。

在一个可选的实施方式中，请参阅图4所示的实施例四提供的控制模块11的电路设计图，控制模块11为MCU控制芯片，其各个引脚与对应的电路模块进行连接从而实现控制模块11与其他电路模块之间的信息交互，以完成相应的控制功能。

在一个可选的实施方式中，请参阅图5所示的实施例五提供的电流监控模块13的电路设计图，电流监控模块13的Uio端与控制模块11的20引脚相接，电流监控模块12的LEDVss端与驱动模块12的LEDVss端相接。

在一个可选的实施方式中，请参阅图6所示的实施例六提供的按键模块10的电路设计图，在该实施例中，按键模块10的按键端包括模式选择端(TP1/TEMP)、第一调节端(TP2/LED+)、第二调节端(TP3/LED-)和开关端(TP3/ON,OFF)。其中，开关端(TP3/ON,OFF)用于控制是否导通电路；模式选择端(TP1/TEMP)用于选择处于照明模式或者光学通信模式，模式选择端(TP1/TEMP)选择处于照明模式时又可以细分为3000K色温模式、4500K色温模式和5000K色温模式；第一调节端(TP2/LED+)用于控制LED灯亮度增大；第二调节端(TP3/LED-)用于控制LED灯亮度减小。按键模块10中的1引脚、2引脚、3引脚、4引脚分别与模式选择端(TP1/TEMP)、第一调节端(TP2/LED+)、第二调节端(TP3/LED-)和开关端(TP3/ON,OFF)相接，按键模块10中的16引脚、15引脚、14引脚和13引脚分别与MCU控制芯片中的14引脚、13引脚、12引脚和11引脚相接。

本实用新型还提供了一种LED灯200，请参阅图7所示的本实用新型实施例七提供的LED灯200，该LED灯200包括壳体21、设于壳体21上的驱动控制板(图未示)和LED灯光源(图未示)，其中，驱动控制板上集成有前述任一实施例所述的光通信驱动装置100，LED灯光源与该光通信驱动装置100的输出端电性连接。该实施例提供的LED灯200因其驱动控制板上集成有上述的光通信驱动装置100，因此能够实现光源发射光信号功能。在该实施例中，接收端300可以对桌面400或者墙面发射产生的光信号进行接收、读取和识别，从而获取到完整的光源信息。

可选的，壳体21包括具有收容空间的基座211、设于基座211上的支撑柱212以及设于支撑柱212的远离基座211端的灯板213。驱动控制板设于基座211内，触摸按键214设于基座211的外表面。LED灯光源直接设于灯板213的靠近基座211侧，或者内置于灯板213内且灯板213的靠近基座侧设有透明或半透明灯罩以使光线能够射出。

在一优选实施方式中，LED灯光源由至少一个全光谱LED灯珠组成。通过采用全光谱LED灯珠，低蓝光危害，可以极大的保护用户的视力。可选的，该LED灯200还包括电源适配器，以为LED灯提供稳定的直流电源。

本实用新型还提供了一种光通信系统500，请参阅图8所示的本实用新型提供的光通信系统500，该系统500包括发射端51、接收端52和服务器53。其中，发射端51至少包括前述任一项实施例所述的LED灯200，以用于发射光信号，该光信号中携带有LED灯的光源的ID信息。接收端52包括图像获取模块、以及与图像获取模块连接的图像处理模块。其中，图像获取模块用于拍摄光信号以得到图像信息，如CMOS图像传感器；图像处理模块用于对该图像信息进行解析处理。服务器53与接收端52通信连接，用于存储光源负载信息形成的数据库。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光通信驱动装置，所述光通信驱动装置包括按键模块、控制模块、驱动模块、电流监控模块以及电源模块，所述按键模块、所述驱动模块均与所述控制模块电性连接，所述电流监控模块与所述控制模块和所述驱动模块均电性连接，所述驱动模块的输出端电性连接LED灯光源；其特征在于，

所述按键模块用于选择处于照明模式或光学通信模式；当所述按键模块选择处于照明模式时，所述控制模块用于输出第一驱动信号至所述驱动模块，当所述按键模块选择处于光学通信模式时，所述控制模块用于输出所述第一驱动信号至所述驱动模块以及输出监控信号至所述电流监控模块；所述电流监控模块用于根据所述监控信号对输入至所述驱动模块的电流进行监控以及输出第二驱动信号至所述驱动模块；所述驱动模块用于根据所述第一驱动信号控制所述LED灯照明，和/或所述驱动模块还用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号控制所述LED灯光源发射光信号；所述电源模块用于向所述光通信驱动装置供电；

所述驱动模块包括第一旁路电容，所述第一旁路电容的一端连接所述电源模块且所述第一旁路电容的另一端接地，所述第一旁路电容为电解电容，用于滤除所述驱动模块接入电流中的杂波。

2.根据权利要求1所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括三极管以及第一场效应管，所述三极管的基极连接所述控制模块，所述三极管的发射极连接所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极连接所述电流监控模块，所述第一场效应管的漏极连接所述LED灯光源的负极，所述LED灯光源的正极连接所述电源模块。

3.根据权利要求2所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括二极管，所述二极管的正极连接所述三极管的发射极，所述二极管的负极连接所述第一场效应管的栅极，所述二极管用于对所述第一场效应管的电信号进行限流和降压，以保护所述第一场效应管。

4.根据权利要求1所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括降压控制器以及第二场效应管，所述降压控制器的第一管脚连接所述电源模块，所述降压控制器的第二管脚连接所述控制模块，所述降压控制器的第三管脚连接所述第二场效应管的栅极，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极连接所述LED灯光源的负极，所述LED灯光源的正极连接所述电源模块，所述降压控制器用于对驱动信号进行降压，所述第二场效应管根据驱动信号控制所述LED灯照明和/或发射光通信。

5.根据权利要求4所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括第二旁路电容和电感，所述第二旁路电容的两端并联在所述LED灯光源的正负极两端，所述电感一端连接所述第二场效应管的漏极，所述电感的另一端连接所述LED灯光源的负极和所述电感，所述第二旁路电容为电解电容，所述电感为一体成型电感，所述第二旁路电容和所述电感用于滤波并为所述LED灯光源提供稳定的电流。

6.根据权利要求4所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述光通信驱动装置还包括保护电阻，所述保护电阻一端连接所述降压控制器的第三管脚，所述保护电阻的另一端连接所述第二场效应管的栅极，用于对所述第二场效应管的驱动信号限流和降压。

7.根据权利要求4所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括限流电阻，所述限流电阻一端连接所述电源模块，另一端连接所述LED灯光源的正极，用于对输入电流进行限流。

8.根据权利要求4所述的光通信驱动装置，其特征在于，所述降压控制器的芯片型号为MP24894。

9.一种LED灯，所述LED灯包括壳体、设于所述壳体上的驱动控制板和LED灯光源，其特征在于，所述驱动控制板上集成有权利要求1-8中任一项所述的光通信驱动装置，所述LED灯光源与所述光通信驱动装置的输出端电性连接。

10.一种光通信系统，其特征在于，所述光通信系统包括：

发射端，所述发射端包括权利要求9所述的LED灯；所述LED灯的光源用于发射光信号；

接收端，所述接收端包括图像获取模块以及与所述图像获取模块连接的图像处理模块；所述图像获取模块用于拍摄所述光信号，所述图像处理模块用于对拍摄到的光信号进行解析处理。

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