用于洞内或地下坑道内LED的可见光通信终端设备的制作方法

用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备
技术领域
1.本实用新型涉及可见光通信领域，尤其涉及一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备。


背景技术：

2.针对坑道(洞内)现有有线通信网络存在着无法适应复杂且移动多变的坑道工作面环境，且无法使用电磁敏感的无线信号等问题，需要构建一种新的通信系统。可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄漏等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。且利用坑道(洞内)照明灯的泛在全覆盖特性，可以全方位的传达信息。基于此设计了一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备。
3.现有的可见光通信终端设备还存在一些测量距离短、受外界干扰大的缺陷，适用的场景较少，不能有效的提供距离保证、与上行通信距离的保证。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备，本实用新型实现了实时通信，通过红外二极管传送信息，详见下文描述：
5.一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备，包括：
6.按键模块将按键控制信息传输给核心处理模块；核心处理模块将显示信息传输给指示灯模块；光接收器模块将采集到的可见光信息传输给信号处理电路模块，经信号处理电路模块后，传输到核心处理模块；
7.信息经核心处理模块处理后，传输给语音控制模块，将信息转化为语音的形式播放；核心处理模块将想要发送的信息通过语音控制模块采集后，传输给红外发送模块。
8.其中，所述光接收器模块与所述红外发送模块的位置之间存在间隔性。
9.进一步地，所述光接收器模块包括：
10.第三二极管d3的输入端加入
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5v电压，第三二极管d3采集到光信号后通过输出引脚接入到第三运算放大器u12的第2引脚，第三运算放大器u12的第7引脚接入+5v电压，第4引脚接入
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5v电压，第一电阻r5两端分别接到第三运算放大器u12的第2、6引脚，形成负反馈放大电路，信号通过第三运算放大器u12的第6引脚输出到第四电容c45，经过第四电容c45滤波后，接入到第四运算放大器u13的第3引脚上，经放大由第四运算放大器u13的第6引脚输出，第十四电阻r52并联第三电容c42之后引入到第四运算放大器u13的第2引脚与第6引脚的放大电路，实现信号的采集处理。
11.其中，所述信号处理电路包括：
12.信号输入端接到第二电阻r11的一端，第二电阻r11的另一端接到第二二极管d2的负极端、第一二极管d1的正极端与第一运算放大器u6的第3引脚，第五电阻r17一端接到第一运算放大器u6的第1输出引脚上，另一端接到第一二极管d1的负极端、第二二极管d2正极端与第六电阻r18的一端；第一运算放大器u6的第1引脚接到第三电阻r13 的一端，第三电
阻r13另一端接到ad采集芯片u7的第23引脚；ad采集芯片u7的第 24引脚接到第四电阻r14的一端，另一端接到ad采集芯片u7的基准引脚上，ad采集芯片u7的基准引脚另接到第二运算放大器u9的第5引脚上，第二运算放大器u9的第6 引脚接到的第7引脚上，组成电压跟随器电路，第二运算放大器u9的第7引脚输出后接到第七电阻r20的一端，另一端接到第二运算放大器u9的第2引脚上，第十电阻r24的两端分别接到第二运算放大器u9的第2、1引脚上，组成负反馈放大电路，第二运算放大器u9的第1引脚输出接到第六电阻r18的另一端，从而实现信号的采集。
13.ad采集芯片u7的第1引脚作为时钟输入引脚，3.3v电源通过第十一电阻r25接到第1引脚上实现电压的匹配；ad采集芯片u7通过引脚2到引脚13并行将信息传输给核心处理模块。
14.进一步地，所述语音控制模块采用语音控制芯片，
15.语音控制芯片u8通过第7、8、9、10、11引脚与核心处理器模块进行信号双工传输，语音控制芯片u8的27、28引脚为数据引脚和时钟引脚，语音控制芯片u8的21、22引脚为语音输入引脚，语音控制芯片u8的21引脚接入第八电阻r21一端，第八电阻r21输出端接第九电阻r23，第九电阻r23接第二电容c15，第二电容c15另一端接地，滤除电流波动，语音控制芯片u8的第22引脚接入第八电阻r21，第八电阻r21输出端接到第一电容c13电容，滤除电路直流分量后，接入到录音装置mic的第1引脚；录音装置mic 一直处于工作状态；
16.语音控制芯片u8的13、14引脚分别接到两个电解电容的正极，电容负极接到耳机连接器j3的2、5引脚，耳机连接器j3的4引脚接入功率放大器u10的第7引脚，功率放大器u10的第8引脚与第5引脚分别接入电容然后接地，使功率放大器u10反相输入端输入为0，功率放大器u10的两个输出引脚1、3分别接到第十二电阻r29与第十三电阻r31 上，并接到喇叭两端，第十二电阻r29与第十三电阻r31的另一端接到两个滤波电容上，两个电容另一端接地，实现降噪处理，防止出现低频噪音。
17.本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
18.1、该可见光通信终端设备的通信距离可达10米，通信距离远；设备接收光信号的角度更大，发送距离更大，更广，且对光接收影响较小；
19.2、该产品为一款能实现实时通信、且依据红外二极管传送信息的可见光通信终端设备；
20.3、该产品为一款通信速率：可见光2mbps，红外2mbps；外部接口是micro
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usb、3.5mm 耳机孔的设备；
21.4、该产品为一款具有可见光接收及红外发送互不干扰的终端设备。
附图说明
22.图1为可见光通信终端设备的工作场景示意图，通过该图可简略了解通信方式；
23.图2为终端设备的通信简易示意图；
24.图3为一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备的结构示意图；
25.图4为终端设备的设计简易示意图；
26.图5为终端设备的平面示意图；
27.图6为光接收器模块的原理图；
28.图7为信号处理电路的原理图；
29.图8为语音控制模块的原理图。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
31.参见图1，为了解决坑道(洞内)现有有线通信网络存在着无法适应复杂且移动多变的坑道工作面环境，本实用新型实施例研发了基于led可见光通信终端设备，采取了新型的装置设计，采用接收器与6个红外发光二极管结合，更好的适应坑道环境，配合照明灯的泛在全覆盖特性，可以全方位的传达信息。
32.移动终端包含和固定端对称的器件及操作，和固定终端相比，移动终端没有网络通信端口，多了语音的输入(麦克风)输出(扬声器)。移动端的arm不再进行通信控制而是用于处理实时语音信号。
33.参见图2，后台调度系统组网后基于标准的网络通信协议，将数据发送到灯端。由灯端的核心处理模块控制，核心处理模块包括1片fpga和2片arm；arm负责和后端的调度系统实现通信控制(完成整个mac(以太网通信)协议)arm将解析完的数据传输至fpga，由fpga进行信道编码及调制，将调制好的波形传输至驱动端，配合驱动端实现照明的同时完成数据的发送。
34.在接收端由光电接收装置将光信号转化为电信号，并由驱动端予以放大，经过fpga 解调解码之后，将数据发送给arm，由arm控制语音播放(需由终端应答)至此完成了一次简单下行通信。上行通信原理类似。
35.参见图3，本实用新型实施例设计的一种用于洞内或地下坑道内led的可见光通信终端设备，包括：电源模块1、按键模块2、指示灯模块3、光接收器模块4、信号处理电路模块5、红外发送模块6、核心处理模块7、语音控制模块8。
36.通过电源模块1给装置进行供电，包括核心处理模块等；通过按键模块2将按键控制信息传输给核心处理模块7；核心处理模块7将显示信息传输给指示灯模块3；光接收器模块4将采集到的可见光信息传输给信号处理电路模块5；信号经过信号处理电路模块5 后，传输到核心处理模块7；信息经过核心处理模块7处理后，传输给语音控制模块8，将信息转化为语音的形式播放；核心处理模块7将想要发送的信息通过语音控制模块8采集后，传输给红外发送模块6，之后由红外发送模块6将信息通过红外形式发射出。参见图4，终端设备的设计简易示意图，示意图中简略光电传感器的位置与红外二极管的位置，终端设备需要保证红外二极管传输信号时不对光电传感器产生影响；还需要保证红外二极管发射的功率足够大，保证传输距离，所以采用6个红外二极管，做到保证传输距离的可靠性。通过按键来控制语音的收发，设置在装置的一侧，做到简便性，为了接收信号的考虑，按键位置也相对应做了边缘化处理，usb也做了同样的考虑。
37.参见图5，终端设备的平面示意图，示意图中可以较为直观的展示出光电传感器(即光接收模块)的位置与红外二极管的间隔性，将光电传感器用铜箔与红外二极管隔离，在光电传感器上另外添加红外滤光片，进一步的隔绝红外信号对光电传感器造成的影响，较为彻底的解决了实时通信时造成的信号干扰问题。
38.参见图6，光接收器模块4的原理图，原理图中可以直观的展示，二极管d3的输入端加入
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5v电压，二极管d3采集到光信号后，光会产生一个线性的微弱电流，通过二极管 d3的输出引脚接入到运算放大器u12的第2引脚，运算放大器u12的第7引脚接入+5v 电压，第4引脚接入
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5v电压，电阻r5两端分别接到运算放大器u12的第2、6引脚，形成负反馈放大电路，信号通过运算放大器u12的第6引脚输出到电容c45，经过电容c45 滤波后，接入到运算放大器u13的第3引脚(正向输入引脚)上，经过放大由运算放大器 u13的第6引脚输出，电阻r52并联电容c42之后引入到运算放大器u13的第2引脚与第6引脚的放大电路，从而实现信号的采集处理。
39.其中，优选地运算放大器u12、u13型号为opa657u。
40.参见图7，信号处理电路原理图，根据原理图可以看出，信号输入端接到电阻r11的一端，电阻r11的另一端接到二极管d2的负极端、二极管d1的正极端与放大器u6的第 3引脚，电阻r17一端接到u6的第1输出引脚上，另一端接到二极管d1的负极端、d2 正极端与电阻r18的一端；u6的第1引脚接到电阻r13的一端，电阻r13另一端接到ad 采集芯片u7的第23引脚；ad采集芯片u7的第24引脚接到电阻r14的一端，另一端接到ad采集芯片u7的基准引脚18上，ad采集芯片u7的基准引脚接电容c11一端，电容c11另一端接地，ad采集芯片u7的基准引脚18另接到运算放大器u9的第5引脚上 (正向输入端)，运算放大器u9的第6引脚接到u9的第7引脚上，组成电压跟随器电路，运算放大器u9的第7引脚输出后接到电阻r20的一端，另一端接到运算放大器u9的第2 引脚上，电阻r24的两端分别接到运算放大器u9的第2、1引脚上，组成负反馈放大电路，运算放大器u9的第1引脚输出接到电阻r18的另一端，从而实现信号的采集。
41.ad采集芯片u7的第1引脚作为时钟输入引脚，3.3v电源通过电阻r25接到第1引脚上实现电压的匹配；ad采集芯片u7通过引脚2到引脚13并行将信息传输给核心处理器。
42.其中，核心处理器型号：xc7z010
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1clg400；ad采集芯片u7型号为：ad9226arsz；运算放大器u9型号为tl072；放大器u6型号为ad8065；二极管d1、d2型号为 mmsd4148。
43.参见图8，语音控制模块8采用wm8371芯片，wm8371芯片可以实现语音收发。语音控制芯片u8通过第7、8、9、10、11引脚与核心处理器模块进行信号双工传输，语音控制芯片u8的27、28引脚为数据引脚和时钟引脚，语音控制芯片u8的21、22引脚为语音输入引脚，语音控制芯片u8的21引脚接入电阻r21一端，电r21输出端接电阻r23，r23接地电容c15，电容c15另一端接地，滤除电流波动，语音控制芯片u8的第22引脚接入电阻r21，电阻r21输出端接到电容c13，滤除电路直流分量后，接入到录音装置 mic的第1引脚；录音装置mic一直处于工作状态。
44.语音控制芯片u8的13、14引脚分别接到两个电解电容的正极，电容负极接到耳机连接器j3的2、5引脚，当耳机没插入时，耳机孔j3的4引脚一直与5引脚连通，耳机连接器j3的4引脚接入功率放大器u10的第7引脚，u10的第8引脚与第5引脚分别接入电容然后接地，使功率放大器u10反相输入端输入为0，信号经过功率放大器u10放大后通过1脚输出，c28与c30电容将输入电压进行滤波，功率放大器u10的两个输出引脚1、 3分别接到电阻r29与电阻r31上，并接到喇叭两端。两个分压电阻的另一端接到两个滤波电容c24、c27上，两个电容另一端接地，实现降噪处理，防止出现低频噪音。
45.本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限
制，只要能完成上述功能的器件均可。
46.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
47.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。