一种光伏led照明智能控制家居系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏LED照明智能控制家居系统，包括、中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路、光探测器、开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路。该光接收装置将智能家居控制系统与照明系统融为一体，通过控制LED照明灯的通断来实现对家用电器设备进行实时控制。
【专利说明】
一种光伏LED照明智能控制家居系统
技术领域
[0001]本发明涉及智能家居技术领域，尤其是一种光伏LED照明智能控制家居系统。
【背景技术】
[0002]智能家居是在物联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电以及三表抄送等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
[0003]可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种将可见光通信技术运用到智能家居系统控制中，将智能家居控制系统与照明系统融为一体，通过控制LED照明灯的通断来实现对家用电器设备进行实时控制的LED照明智能控制系统的光接收装置。
[0005]为实现上述发明目的，提出了如下技术方案:
[0006]—种光伏LED照明智能控制家居系统，包括光探测器、开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器、中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路;所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路;所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路;LED灯根据信号指令快速通断，所述光探测器快速响应，对每一次接通都接收并将其转换为电信号，即为高电平，而每次断开即为低电平，然后由后端的开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器处理，输出稳定的方波信号用于控制家用电器。
[0007]所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑模块CLB、输入输出模块1B和内部连线三个部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动1/0，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块;FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了 FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。
[0008]所述光探测器为利用井屏蔽衬底载流子的双光电二极管DPD结构；CMOS工艺中用来实现源漏区的离子注入被用来形成的Dro阴阳极;制作方法为在N井内制作P+叉指排列电极，并利用N+扩散引出井电极，N井周围被P+保护环包围。P+叉指结构排列是为了增加耗尽区宽度且使耗尽区电场更加均匀，以利于更多的光生载流子做快速漂移运动。
[0009]所述光探测器输出电流在1.5μΑ至3.5μΑ之间，而在关闭顶棚光源且窗帘打开的自然光照射下有约0.2μΑ的输出。
[0010]在所述光探测器与放大电路之间加入了一个开关电路。
[0011]所述开关电路包括P沟道增强型MOS管Ml与N沟道增强型MOS管M2组成第一反相器；P沟道增强型MOS管M3与N沟道增强型MOS管Μ4组成第二反相器;N沟道增强型MOS管115与卩沟道增强型MOS管Μ6组成CMOS传输门；&端连接光探测器输出、b端连接后端放大电路输入。
[0012]在可见光接收机中，探测器感应光信号，输出量级的电流脉冲信号。而前置放大器，用于将此电流信号转化为电压信号，并进行放大;所述前置放大器是跨阻放大器，所述跨阻放大器通过跨接在输入端和输出端的反馈电阻构成电压并联负反馈结构。其具有输入电阻小、引入噪声小、波形失真小、带宽较大、动态范围较大和稳定性高等优点且不需要均衡电路。
[0013]所述跨阻放大器由Ml、M2、R1、R2、R3构成了 RGC结构，然后为三级共源放大器级联，最后输出使用了一级共漏级放大器(源跟随器)作为缓冲级;跨阻Rf连接于LINEl与LINE2之间。
[0014]在跨阻放大电路上串上跨阻R与开关电路，其中的开关电路与跨阻放大器前的开关电路一样。而为了满足稳定的电压输出，同时设计有六组不同阻值R与所述开关电路并联，它们分别为1ΚΩ、5ΚΩ、10ΚΩ、20ΚΩ、50ΚΩ、100Κ Ω ;当要选用其中一个跨阻时，将这个电阻开关电路的SEL接电源，其余5组开关电路都接地即可实现。所述六个跨阻能保证跨阻放大器在ΙμΑ至20μΑ的宽输入范围内皆可获得理想的输出。
[0015]所述主放大器由4个基本差分单元直接耦合组成，并在输出至输入端连接有失调补偿回路，以弥补CMOS器件之间和电阻器件之间的不匹配，保证电路的正常工作。
[0016]所述主放大器还包括一差分单元，所述差分单元，为双端输入双端输出。由于集成电路的元器件对称性相对较好，所以双端输出的信号近似于大小相等反向相反的理想差模信号，对下一级放大器的是理想旳输入。但是对于第一级放大器而言，之前跨阻放大器是单端输出，在两极连接时采用了简单的高通滤波电路，一是为了滤除直流分量，二是将跨阻放大器与主放大器独立开来，使一些在跨阻放大器中引入的低频噪声分量不会在主放大器中被放大。而滤波后的交流分量接入差分单元的其中一端输入，另一端提供相同的直流偏置，使两个管子达到对称，并同时开启，因为差动放大器在双端输入的情况下放大器的输出只与两个输入信号的差值成正比，而与输入电压本身大小无关，所以这样就将跨阻放大器的单端输出经一级差分后转为了一组较好的差动信号供后端差分单元继续放大。
[0017]所述光接收装置还包括失调补偿回路，所述失调补偿回路是RC低通滤波负反馈，在输出与输入端接入RC低通滤波负反馈，消除交流信号，同时利用负反馈对输入进行补偿，尽量减小电路对工艺偏差及环境变化的敏感度。
[0018]所述输出端还包括一个反相器，首先信号经主放大器放大后，最终为双端输出，选择其中一端输出连接一耦合电容将直流分量滤出，保留放大后的高频信号，然后将此信号连接一反相器再进行输出。
[0019]—种利用上述光接收装置的LED照明智能家居网络系统，包括一个接入控制器，连接于外部网络；多个白光LED照明光源连接于接入控制器;多个光学探测器，连接于接入控制器;个适配器；以及多个用户设备，连接于多个适配器，并通过所述多个适配器进行数据的发送和接收。所述接入控制器和适配器中均包含有一个光学无线通信协议模块，该光学无线通信协议模块控制数据帧在自白光LED照明光源到适配器的下行链路以及自适配器到光学探测器的上行链路中进行传输。所述接入控制器用于驱动白光LED照明光源和光学探测器，实现电学信号与光学信号相互转换，且所述接入控制器具备与外部网络数据通信接口，执行数据传输控制协议。所述适配器具有发射光源和光学探测器，且能够驱动自身具有的发射光源和光学探测器，具备与不同用户设备交换数据的接口，执行数据传输控制协议。所述适配器具有的发射光源是符合人眼安全标准的IED或激光器。所述适配器具有的发射光源，其发射的光学信号至少覆盖到一个与接入控制器连接的光学探测器。所述适配器具有的光学探测器至少在一个白光LED照明光源光学信号的覆盖范围内。
[0020]在下行链路中，接入控制器通过外部网络接收远端用户的指令，并根据指令产控制信号。控制信号编码后经由USB-RS485转换模块得到RS-485信号，再通过调制电路将信号加载到照明光源上实现可见光广播。在接收解调端，由适配器光电探测器实现光电信号转换，光电信号经过信号的放大、滤波、整形、解调再生还原为信号，该信号可以直接被单片机读取，还原成控制信号，完成对各种电器的控制。而在上行链路中，当设备有数据要发送时，其数据经过连接的适配器处理，按照一定规则，在某一时间通过适配器的光源发射出去。受限于功耗及人眼安全性问题，适配器的光源功率较小、方向性较强。设备的发射不能被设备和感知监听，只能被接入控制器连接的光学探测器接收到。接入控制器捕获到信号后，立即将数据通过其连接的白光照明光源转发，这时设备和收到该转发信号，于是知道上行信道被占用。接入控制器连接的照明光源和光学探测器有较大的覆盖范围，和接入控制器的接收转发机制保证了网内各接入用户设备的信道监听。
[0021]该发明的有益效果:
[0022]在半导体照明智能家居系统中，光接收机是一个不可或缺并会大量使用的模块。
[0023]所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑模块CLB、输入输出模块1B和内部连线三个部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动1/0，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块;FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了 FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程;为更好的实现本发明，能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电
[0024]在使用时，多余的电能将被存储在蓄电池组内，而出现太阳能光照不够或阴雨天气或夜间时，蓄电池组将进行释电，并通过电源控制器的输出电路输送至直流供电电路内，对中央处理器及现场可编程门阵列电路进行供电，达到24小时全天候的使整个系统工作。
[0025]现有的探测器以及放大电路足以构成简单的光接收机并支撑智能家居系统的运行，但由于多个模块组装的体积较大，且稳定性较差，会导致安装时的不便以及信号传输时的高误码率，导致系统的稳定性大大降低。本发明的光接收装置采用了0.1SymCMOS工艺，将光探测器、跨阻放大器、主放大器集成于一片芯片;并且为了适应不同高度的用电器可能接收到的不同强度的光，将跨阻放大器设计为拥有6种不同跨阻的可变增益放大器。针对智能家居系统特殊的要求，电路设计中在整个光接收机的输出端大胆的采用了反相器输出，大大降低了放大电路需要放大的倍数，使电路的复杂程度大大减小。
【附图说明】
[0026]图1是光接收装置结构示意图；
[0027]图2是开关电路结构不意图；
[0028]图3是跨阻放大电路图；
[0029]图4是RGC电路结构图；
[0030]图5是跨阻连接电路图；
[0031 ]图6是主放大器结构示意图；
[0032]图7是差分单元电路图；
[0033]图8是反相器电路图；
[0034]图9是LED照明智能家居网络系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明的一种光伏LED照明智能控制家居系统作进一步详尽描述:
[0036]如图1所示，一种光伏LED照明智能控制家居系统，包括光探测器、开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器、中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路;所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路;所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路;LED灯根据信号指令快速通断，所述光探测器快速响应，对每一次接通都接收并将其转换为电信号，即为高电平，而每次断开即为低电平，然后由后端的开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器处理，输出稳定的方波信号用于控制家用电器。
[0037]所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑模块CLB、输入输出模块1B和内部连线三个部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动1/0，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块;FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了 FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程;为更好的实现本发明，能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电
[0038]在使用时，多余的电能将被存储在蓄电池组内，而出现太阳能光照不够或阴雨天气或夜间时，蓄电池组将进行释电，并通过电源控制器的输出电路输送至直流供电电路内，对中央处理器及现场可编程门阵列电路进行供电，达到24小时全天候的使整个系统工作。
[0039]优选地，所述光探测器为利用井屏蔽衬底载流子的双光电二极管DPD结构;CMOS工艺中用来实现源漏区的离子注入被用来形成的Dro阴阳极;制作方法为在N井内制作P+叉指排列电极，并利用N+扩散引出井电极，N井周围被P+保护环包围。P+叉指结构排列是为了增加耗尽区宽度且使耗尽区电场更加均匀，以利于更多的光生载流子做快速漂移运动。
[0040]所述光探测器至光源距离不同，必然导致输出电流不同。从最低的网络媒体播放器到最高的台式空调顶部，所述光探测器输出电流在1.5μΑ至3.5μΑ之间，而在关闭顶棚光源且窗帘打开的自然光照射下有约0.2μΑ的输出。
[0041]由于光探测器在只要有光的环境下，都会有光生电流输出，本技术方案是采用的单片集成的，若将探测器直接与后端放大电路连接，则将始终有电流输出至后端电路，虽然没有直流电源的连接管不会工作，但长时间且不均匀的小电流难免会对管的参数产生影响，当第一个管参数发生微小变化，经过后端电路放大产生的误差可能是巨大的;所以为了避免这种情况的发生，在所述光探测器与放大电路之间加入了一个开关电路。
[0042]如图2所示，所述开关电路包括P沟道增强型MOS管Ml与N沟道增强型MOS管M2组成第一反相器;P沟道增强型MOS管M3与N沟道增强型MOS管Μ4组成第二反相器;N沟道增强型MOS管Μ5与P沟道增强型MOS管Μ6组成CMOS传输门；a端连接光探测器输出、b端连接后端放大电路输入。
[0043]当SEL接一低电平，经反相器I后会变为电源电压VDD并直接连接到M6管的基极，同时该高平再经过反相器2变为低电平接入M5管的基极。只要a端输入在O-VDD间变化，则M5、M6都截止，传输门关闭，即开关电路断开，无电流流入后端放大电路。而当SEL接一高电平，经反相器I后会变为低电平并直接连接到M6管的基极，同时该低电平再经过反相器2变为电源电压VDD接入M5管的基极。此时设a端的输入电压为Vl，M5的开启电压为Vn的开启电压为M6。当0<V1 <VDD-Vn时，将M5导通；而当\Vp\<Vl <VDD时，M6导通。因此，当Vl在0-VDD之间变化时，M5、M6至少有一个是导通的，使a与b之间呈现为低阻态，传输门导通，即开关电路开启O
[0044]所述开关电路目的是防止电流源源不断的冲击后端放大电路，但对于高速通信电路，每一个小模块的加入都必须考虑他对整体电路的影响。由于CMOS的导通电阻本就不大(通常小于1ΚΩ，加之M5、M6的对称结构，会进一步降低传输门的导通电阻，所以传输门对电路的传输特性不会有大的影响，而无论是传输门还是反相器的频域特性较之后端的放大电路都要好的多，所以也不必担心开关电路的加入影响电路的整体速度。
[0045]由于一般居室内不可避免的会有一定自然光的存在，所以在光源发送信号时断开的瞬间也会有微弱的电流输出，所以必须严格控制放大器的放大倍数于合理的范围，既要满足高电平的放大足以驱动外部电路对家用电器的控制，也要避免低电平放大后同样在输出端达到开启电压而使信号错乱。
[0046]在可见光接收机中，探测器感应光信号，输出量级的电流脉冲信号。而前置放大器，用于将此电流信号转化为电压信号，并进行放大;如图3所示，所述前置放大器是跨阻放大器，所述跨阻放大器通过跨接在输入端和输出端的反馈电阻构成电压并联负反馈结构。其具有输入电阻小、引入噪声小、波形失真小、带宽较大、动态范围较大和稳定性高等优点且不需要均衡电路。
[0047]如图4所示，所述跨阻放大器由肌、12、1?1、1?2、1?3构成了1^(:结构，然后为三级共源放大器级联，最后输出使用了一级共漏级放大器(源跟随器)作为缓冲级；跨阻Rf连接于LINEl 与 LINE2 之间。
[0048]因为现在的可见光传输速率还比较低，远不如运用激光的光纤传输等其他光通信的速率，而在单片集成及可变增益，并非高速通道所述跨阻放大器的主要放大单元是最简单最直接的共源级放大器的级联。
[0049]如图5所示，在跨阻放大电路上串上跨阻R与开关电路，其中的开关电路与跨阻放大器前的开关电路一样。而为了满足稳定的电压输出，同时设计有六组不同阻值R与所述开关电路并联，它们分别为IK Ω、5ΚΩ、1K Ω、20ΚΩ、50ΚΩ、100Κ Ω ;当要选用其中一个跨阻时，将这个电阻开关电路的SEL接电源，其余5组开关电路都接地即可实现。所述六个跨阻能保证跨阻放大器在ΙμΑ至20μΑ的宽输入范围内皆可获得理想的输出。
[0050]接收机的前置放大器虽然已经起到了放大电压的作用，但其主要功能是将电流信号转化为电压信号，放大倍数相对还是较小，输出电压还远不能满足驱动终端负载。所以这时就要有专门用于放大的主放大器来进一步对电压进行放大，以达到输出要求。
[0051]如图6所示，所述主放大器由4个基本差分单元直接耦合组成，并在输出至输入端连接有失调补偿回路，以弥补CMOS器件之间和电阻器件之间的不匹配，保证电路的正常工作。
[0052]在这种各级之间直接耦合的放大方式中，各级放大器的状态不是相互独立互不影响的，而是相互牵制的，这不仅使各级的状态难以调整，也存在级间电子配置的问题。但这个问题一般来说还是比较好解决的，而难解决的问题是零点漂移问题。所谓零点漂移，是指在输入端不加信号的时候，由于温度、电源电压等外界因素的影响，使输出电压不为零，而是在零值上下漂移的现象。在零点漂移中，尤以温度引起的漂移现象最为严重，被称为温漂。温漂在这种直接稱合放大器中，前一级产生的漂移会被带入下一级中并被放大，特别是第一级放大器所产生的温漂对电路的影响最大，而且放大器的增益越大的话，影响将会越大。尤其在低电压环境下，信号强度本身就不大，零点漂移的影响就更加明显。所以减小零点漂移是为了保证设计电路输出的正常而必须要考虑的问题。而差动放大器正是解决零点漂移问题最有效的方案。特别是由于集成电路中元器件的匹配性相当好，更适用于这种电路形式。
[0053]如图8所示，所述基本差分单元，为双端输入双端输出。由于集成电路的元器件对称性相对较好，所以双端输出的信号近似于大小相等反向相反的理想差模信号，对下一级放大器的是理想旳输入。但是对于第一级放大器而言，之前跨阻放大器是单端输出，在两极连接时采用了简单的高通滤波电路，一是为了滤除直流分量，二是将跨阻放大器与主放大器独立开来，使一些在跨阻放大器中引入的低频噪声分量不会在主放大器中被放大。而滤波后的交流分量接入差分单元的其中一端输入，另一端提供相同的直流偏置，使两个管子达到对称，并同时开启，因为差动放大器在双端输入的情况下放大器的输出只与两个输入信号的差值成正比，而与输入电压本身大小无关，所以这样就将跨阻放大器的单端输出经一级差分后转为了一组较好的差动信号供后端差分单元继续放大。
[0054]而M3管的存在是作为固定偏压的电流源，为差动放大器提供比较恒定的电流，因为CMOS作为电流源稳定性很好，能使差动放大器有更高的共模抑制比，更好的抑制共模信号。
[0055]由于温漂，以及工艺产生的误差、环境等诸多因素的存在，会使电路的直流电压产生偏移，经过逐级放大之后，很可能使后端差动放大电路的管子进入截止区或者饱和区，使整个主放大器乃至整个光接收机无法正常工作。所以对失调电压的补偿十分的重要。失调补偿回路是利用简单RC低通滤波负反馈。其原理是在输出与输入端接入RC低通滤波负反馈，消除交流信号，同时利用负反馈对输入进行补偿，尽量减小电路对工艺偏差及环境变化的敏感度。
[0056]所述输出端还包括一个反相器，首先信号经主放大器放大后，最终为双端输出，选择其中一端输出连接一耦合电容将直流分量滤出，保留放大后的高频信号，然后将此信号连接一反相器再进行输出。
[0057]在双端输出中选择正确的一端，不是任意一端都可以，因为两个输出信号是大小相等方向相反的信号，也就是相位差为180°，后端反相器会额外提供180°的相位差，所以这里选择的输出端口应与最开始光探测器感应的信号相位相一致，否则反相信号输出到终端电器，可能会完成不同的指令或者根本毫无反应。
[0058]其中Ml为P沟道增强型MOS管，M2为N沟道增强型MOS管。当输入为高电平时，Ml截止，M2导通，输出近似为O;当输入为低电平时，M2截止，Ml导通，输出近似为VDD，但是当输入电平为VDD\2上下一定范围时，可能会导致两管都开启，输出电压为介于O与VDD之间的一个值，这是不利的，所以在前端的电路的设计上必须保证合理的放大倍数，既不能让自然光等因素在传输数据时产生的电流经放大后达到M2的开启电压，也不能让传输数据O时的信号经放大后达不到一定值使得I开启。因此，最后设置了一反相器。
[0059]当接入反相器后，可以对前端电路放大倍数的要求大大降低，只要高电平放大到约1.3V以上，即可以保证反相器工作在理想状态，可以输出理想的低电平。而放大倍数的降低也使低电平经放大后会比较小，不会使管M2开启，经反相器后输出较为理想的接近电源电压的高电平。反相器的接入使得电路不需要很大的放大倍数，就能输出比较平滑的接近于0V、1.8V的方波，使电路的设计复杂程度大大降低。
[0060]如图9所示，一种利用上述光接收装置的LED照明智能家居网络系统，包括一个接入控制器I，连接于外部网络6;多个白光LED照明光源2连接于接入控制器I;多个光学探测器3，连接于接入控制器I;以及多个用户设备5，连接于多个适配器4，并通过所述多个适配器进行数据的发送和接收。所述接入控制器和适配器中均包含有一个光学无线通信协议模块，该光学无线通信协议模块控制数据帧在自白光LED照明光源到适配器的下行链路以及自适配器到光学探测器的上行链路中进行传输。所述接入控制器用于驱动白光LED照明光源和光学探测器，实现电学信号与光学信号相互转换，且所述接入控制器具备与外部网络数据通信接口，执行数据传输控制协议。所述适配器具有发射光源和光学探测器，且能够驱动自身具有的发射光源和光学探测器，具备与不同用户设备交换数据的接口，执行数据传输控制协议。所述适配器具有的发射光源是符合人眼安全标准的IED或激光器。所述适配器具有的发射光源，其发射的光学信号至少覆盖到一个与接入控制器连接的光学探测器。所述适配器具有的光学探测器至少在一个白光LED照明光源光学信号的覆盖范围内。
[0061]在下行链路中，接入控制器通过外部网络接收远端用户的指令，并根据指令产控制信号。控制信号编码后经由USB-RS485转换模块得到RS-485信号，再通过调制电路将信号加载到照明光源上实现可见光广播。在接收解调端，由适配器光电探测器实现光电信号转换，光电信号经过信号的放大、滤波、整形、解调再生还原为信号，该信号可以直接被单片机读取，还原成控制信号，完成对各种电器的控制。而在上行链路中，当设备有数据要发送时，其数据经过连接的适配器处理，按照一定规则，在某一时间通过适配器的光源发射出去。受限于功耗及人眼安全性问题，适配器的光源功率较小、方向性较强。设备的发射不能被设备和感知监听，只能被接入控制器连接的光学探测器接收到。接入控制器捕获到信号后，立即将数据通过其连接的白光照明光源转发，这时设备和收到该转发信号，于是知道上行信道被占用。接入控制器连接的照明光源和光学探测器有较大的覆盖范围，和接入控制器的接收转发机制保证了网内各接入用户设备的信道监听。
[0062]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，包括中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路、光探测器、开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器、；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路;所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路;LED灯根据信号指令快速通断，所述光探测器快速响应，对每一次接通都接收并将其转换为电信号，即为高电平，而每次断开即为低电平，然后由后端的开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器处理，输出稳定的方波信号用于控制家用电器。2.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑模块CLB、输入输出模块1B和内部连线三个部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块;FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了 FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。3.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述光探测器输出电流在1.5μΑ至3.5μΑ之间，而在关闭顶棚光源且窗帘打开的自然光照射下有约0.2μΑ的输出。4.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述开关电路包括P沟道增强型MOS管Ml与N沟道增强型MOS管M2组成第一反相器;P沟道增强型MOS管M3与N沟道增强型MOS管Μ4组成第二反相器;N沟道增强型MOS管Μ5与P沟道增强型MOS管Μ6组成CMOS传输门;&端连接光探测器输出、b端连接后端放大电路输入。5.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述前置放大器是跨阻放大器，所述跨阻放大器通过跨接在输入端和输出端的反馈电阻构成电压并联负反馈结构。6.根据权利要求5所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，在跨阻放大电路上设置有六组不同阻值R与所述开关电路并联，分别为1ΚΩ、5ΚΩ、10ΚΩ、20ΚΩ、50ΚΩ、100ΚΩ ;当要选用其中一个跨阻时，将这个电阻开关电路的SEL接电源，其余5组开关电路都接地即可实现;所述六个跨阻能保证跨阻放大器在ΙμΑ至20μΑ的宽输入范围内皆可获得理想的输出。7.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述主放大器由四个基本差分单元直接耦合组成，并在输出至输入端连接有失调补偿回路。8.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述主放大器还包括一差分单元，所述差分单元，为双端输入双端输出。9.根据权利要求1所述的一种光伏LED照明智能控制家居系统，其特征在于，所述失调补偿回路是RC低通滤波负反馈，在输出与输入端接入RC低通滤波负反馈，消除交流信号;所述输出端还包括一个反相。10.—种利用上述1-9任一项所述的LED照明智能控制系统的光接收装置的LED照明智能家居网络系统，其特征在于，包括一个接入控制器，连接于外部网络;多个白光LED照明光源连接于接入控制器;多个光学探测器，连接于接入控制器;个适配器；以及多个用户设备，连接于多个适配器，并通过所述多个适配器进行数据的发送和接收;所述接入控制器和适配器中均包含有一个光学无线通信协议模块，该光学无线通信协议模块控制数据帧在自白光LED照明光源到适配器的下行链路以及自适配器到光学探测器的上行链路中进行传输；所述接入控制器用于驱动白光LED照明光源和光学探测器，实现电学信号与光学信号相互转换，且所述接入控制器具备与外部网络数据通信接口，执行数据传输控制协议;所述适配器具有发射光源和光学探测器，且能够驱动自身具有的发射光源和光学探测器，具备与不同用户设备交换数据的接口，执行数据传输控制协议;所述适配器具有的发射光源是符合人眼安全标准的LED或激光器;所述适配器具有的发射光源，其发射的光学信号至少覆盖到一个与接入控制器连接的光学探测器;所述适配器具有的光学探测器至少在一个白光LED照明光源光学信号的覆盖范围内。
【文档编号】G05B19/418GK105843049SQ201610161711
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】李群星, 周午贤, 万潇熠
【申请人】文成县刀锋科技有限公司