一种基于车载led和可见光通信的车联网系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光电通信领域，具体涉及一种基于车载LED和可见光通信的车联网系统。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)具有产品寿命长、成本低、亮度高、光电转化效率高、体积小等优点，被誉为第四代绿色环保的照明光源。与传统汽车用卤素大灯和HID氙气大灯相比，车载LED更节能，更环保，更耐用，低压直流电源即可驱动，负载小，干扰弱，对使用环境要求低，适应性更好，被众多汽车生产商采用，并逐渐成为新秀与主力。由于车载LED具有较高的响应灵敏度，可被应用为通信光源。
[0003]可见光通信技术(Visible Light Communicat1n, VLC)是利用发光二极管器件发出肉眼看不到的高速明暗闪烁光信号来调制和传输信息，然后利用光电二极管将接收的光信号转换成电信号，最终将传递的信息正确接收。可见光通信技术作为一种新兴无线光通信技术，集照明与通信为一体，具有无线申请频谱可直接授权使用，无电磁干扰，安全性高，保密性好，数据传输速率高等优点，受到各国的重视，成为研究的一个热点。
[0004]车联网系统，是将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用与整个交通运输管理体系而建立的一种实时的，准确的，高效的交通运输综合管理和控制系统，实现智能交通的管理和信息服务，对智能交通的发展具有重要意义。
[0005]目前车联网系统的研究主要采用射频通信方式，存在如下缺点:首先，利用射频通信技术实现汽车与汽车之间的信息传递，容易对车载电子导航等精密设备产生电磁干扰，从而造成交通意外等情况；其次，长期处在电磁信号覆盖环境中，造成的辐射容易对驾驶员身体产生健康影响；最后，射频通信发出的信息使处在其通信距离范围内的所有汽车都能接收到信息，从而对云计算处理平台处理车辆信息和“过滤清洗”数据带来巨大挑战。
[0006]传统汽车进行信息传递的方法主要有两种，一是汽车车灯的组合使用，如需要左转或超车时打左转向灯向前面汽车发出左转或者超车的信息，需要右转或靠边停车时打右转向灯向前面汽车发出右转或者靠边停车的信息；二是喇叭的使用，如当遇见前有紧急情况时，采用按喇叭提醒前面车辆。此两种方法虽然简单高效，是目前汽车之间进行信息传递的方法，但是，却存在如下缺点:首先，喇叭发出的声音对环境造成噪声污染，往往在市区里或夜晚时往往禁止使用喇叭；其次，驾驶员频繁注意前后左右汽车的车灯容易造成身体疲劳，从而使驾驶员疲劳驾驶，注意力下降；最后，当驾驶员注意力下降时往往没注意到前后车辆发出的声光警告信息，从而造成很多交通意外事故。
[0007]目前对可见光通信技术的研究主要集中在基础理论的研究，包括采用复杂的高阶编制编码技术、均衡技术、分集接收技术等增加系统的数据传输速率和抗干扰能力，对可见光通信的应用研究较少还处于一个不成熟的阶段，主要存在问题有:采用复杂调制解调技术实现的可见光通信系统实现和维护的成本大；受环境噪声干扰严重，传输距离短。【实用新型内容】
[0008]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于车载LED和可见光通信的车联网系统，该系统结构简单，易于安装和维护，节能环保，安全可靠，成本低廉，具有良好的市场前景。
[0009]为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于车载LED和可见光通信的车联网系统，包括可见光发射机、自由空间光通路模块和可见光接收机，
[0010]所述可见光发射机包括发射机MCU主控电路单元、按键电路单元和LED调制驱动电路单元；
[0011]所述自由空间光通路模块包括车载LED和光电探测器；
[0012]所述可见光接收机包括接收机MCU主控电路单元、光电接收放大电路单元和警示单元;
[0013]所述按键电路单元输出端连接所述发射机MCU主控电路单元输入端，所述发射机MCU主控电路单元输出端连接所述LED调制驱动电路单元输入端，所述LED调制驱动电路单元输出端连接所述车载LED灯；所述光电探测器输出端连接所述光电接收放大电路单元输入端，所述光电接收放大电路单元输出端连接所述接收机MCU主控电路单元输入端，所述接收机MCU主控电路单元输出端连接所述警示单元输入端；
[0014]所述按键电路单元将待传信号编辑成数字电信号发送给所述发射机MCU主控电路单元，所述发射机MCU主控电路单元将待传信号进行调制编码后发送给所述LED调制驱动电路单元，所述LED调制驱动电路单元将接收到的待传信号调制为可见光信号并由车载LED发出；所述光电探测器检测所述车载LED发出的可见光信号，并发送给所述光电接收放大电路单元，所述光电接收放大电路单元将接收的可见光信号进行解调解码、放大处理，然后发送给所述接收机MCU主控电路单元，所述接收机MCU主控电路单元将接收到的信号通过警示单元告知驾驶员。
[0015]该车联网系统解决了车辆之间的信号传送，且结构简单，易于安装和维护，而且节能环保，安全可靠，成本低廉，具有良好的市场前景。
[0016]进一步的，所述可见光发射机还包括发射机复位电路单元和发射机时钟电路单元，所述发射机复位电路单元和发射机时钟电路单元的输出端均连接至发射机MCU主控电路单元的相应输入端；
[0017]所述可见光接收机还包括接收机复位电路单元和接收机时钟电路单元，所述接收机复位电路单元和接收机时钟电路单元的输出端连接所述接收机MCU主控电路单元的相应输入端。
[0018]发射机复位电路单元，用于给可见光发射机复位；发射机时钟电路单元，用于为可见光发射机提供时钟信号。接收机复位电路单元用于可见光接收机的复位，接收机时钟电路单元用于为可见光接收机提供时钟信号。
[0019]进一步的，所述警示单元包括指示灯电路单元，蜂鸣器电路单元和IXD显示电路单元，所述接收机MCU主控电路单元的控制输出端分别连接所述指示灯电路单元，蜂鸣器电路单元和IXD显示电路单元的输入端。
[0020]指示灯电路单元用于发出报警光信号，蜂鸣器电路单元用于发出报警声音信号，IXD显示电路单元用于显示报警文字信息。
[0021]进一步的，所述LED调制驱动电路单元包括第一电阻和三极管，所述第一电阻一端连接所述发射机MCU主控电路单元信号输出端，另一端连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极接地，其发射极连接所述车载LED的负极，所述车载LED正极与电源连接。该LED调制驱动电路单元结构简单，易于安装及维护，且占用空间小，减小了该联网系统的体积。
[0022]进一步的，所述自由空间光通路模块还包括光学组件，所述光学组件使可见光信号在设定的角度范围内传输，将载有信息的可见光信号在自由空间内传送给所述光电探测器，光学组件有利于可见光信号在空间的完整的传送与接收。
[0023]进一步的，所述光学组件包括聚光杯和透镜，所述车载LED位于所述聚光杯焦点处，所述透镜设置于所述光电探测器前端，所述光电探测器位于所述透镜的光聚焦点处，所述车载LED发出的可见光信号在所述聚光杯中反射后发送到自由空间中，经透镜汇聚并由所述光电探测器接收。
[0024]从聚光杯焦点处射出的光线经反射后准直射出，提高了光照度，减少了衰减，未经反射的可见光以一定反射角射出，保证了照明光的辐射角度，满足了通信和照明的双重功能，而且可以有效地抑制车体反射的背景光的干扰。透镜对可见光信号进行汇聚，增加了光电探测器探测到的光照度，保证了信号的传输距离，便于光电探测器对可见光信号的接收。
[0025]进一步的，所述透镜与光电探测器之间还设置有蓝光滤波玻璃。由于光电探测器对蓝光信号的响应较快而对黄光等信号的响应较慢。为了使通信用的峰值位于456nm附近，蓝光波段信号不被巨大的环境噪声所淹没而失效，因此设置了蓝光滤光玻璃。蓝光滤波玻璃的设置使得除了蓝光信号能通过外，其他波段的杂散光全部滤掉，从而增加光电探测器的接收灵敏度，增加系统的带宽，同时增加系统的抗干扰能力。
[0026]进一步的，所述光电接收放大电路单元包括第二电阻、滑变电阻、运算放大器和电压比较器，所述光电探测器正极连接两条支路，一条连接所述运算放大器的正相端，另一条连接所述第二电阻的一端，所述光电探测器负极接地，所述滑变电阻的线圈一端连接电源，另一端接地，其滑动端连接所述运算放大器的反相端，所述运算放大器的输出端连接所述电压比较器输入端，所述电压比较器输出端连接所述接收机MCU主控电路单元输入端。
[0027]该光电接收放大电路单元结构简单，易于安装及维护，且占用空间小，减小了该联网系统的体积。
[0028]优选的，所述光电探测器为蓝光增强型PIN光电二极管G0606M-B。该光电控测器带有蓝光滤波玻璃，且寄生电容小、频率响应好。
[0029]优选的，所述聚光杯的开口直径Cl1范围为140mm-150mm ;其闭口直径d 2范围为20mm-30mm ;所述聚光杯的深