一种带有空间光通信功能的led照明系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带有空间光通信功能的LED照明系统，属于LED照明与通信领域。
【背景技术】
[0002] LED比现有的白炽灯具有长寿命，高耐湿，耐低温、功耗低和体积小等优点。LED被 用于全色显示器，交通信号，以及许多其他手段的照明。现在，基于氮化铟镓的高效蓝光和 绿光LED已成为商用。通过混合三基色RGB，我们可以生产混光白光LED。这种白光LED被 认为是对未来的照明技术一种创新和挑战。根据日本国际贸易和工业估计，如果LED取代 一半目前正在使用中的白炽灯和荧光灯，日本可以节省60%的电力并有效降低温室气体的 排放。在欧盟及美国等国家已经提出规划，将LED作为21世纪新一代的照明技术。
[0003] 光无线通信技术是近十年来迅速发展的一种新型无线通信方式。相比其它短距离 通信，光无线通信技术的优势是：绿色环保，照明、通信双结合；光源带宽宽，达400THZ ;通 信网络简易，安全性高。主要在于功能照明设施上增加数据传输辅助功能，将无线通信与室 内照明进行结合，实现对信息的上行下行的无线传输，构建了基于光空间传输的照明系统。 由于光辐射与日常生活息息相关，无论办公场所还是商业或者私人场所中含有许多含有光 源的功能设备，所以光通信技术可以满足移动通信网络覆盖范围广、链路质量高的要求，提 供随时随地的便捷数据服务。同时，光通信技术使用光这种特殊的传输介质，可以保证移动 通信网络的安全性，包括网络数据安全与用户健康安全，使得用户信息的私密性得到保障， 不能被其他用户恶意截获，而且使用者即使长时间处于移动通信网络中，也不会对自身健 康造成影响。
[0004] 光无线通信技术是随着照明光源支持高速开关而发展起来的一种新型通信方式， 可以有效的缓解当前射频通信频带紧张的问题，为短距离无线通信提供了一种新的选择方 式。室内可见光通信可以满足用户对通信链路安全、稳定、快速以及环保性等方面的要求， 为室内无线通信网络提供了一种全新的宽带接入方式。将基于照明光源的光无线通信技术 应用于下一代无线通信技术中是可行的，是构建室内无线通信系统的一个备用选择，是对 现有无线射频通信技术的一种有效补充。
[0005] 与此同时，由于光无线通讯正处在起步过程中，目前仍有许多技术上的瓶颈需要 攻克，譬如掺黄色荧光粉白光LED引入的时间延迟会影响LED的上升和下降时间，直接影响 了 LED调制带宽的下降，以及多径效应等等技术难题。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种带有空间光通信功能的LED照明系统，该系统具有传 输速度快、调制带宽宽、兼顾照明和光通信、实现智能分时照明等优点。
[0008] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案： 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种带有空间光通信功能的 LED照明系统，包括光无线通信模块、LED照明模块、智能照明控制模块；其特征在于光无线 通信模块包括光发射模块和光接收模块，光发射模块与LED照明模块连接，光接收模块置 于光学天线下，通过智能照明控制模块总线，将光无线通信模块和LED照明模块连接。
[0009] 所述LED照明模块前端电路包括：整流电路、有源功率因数校正电路、隔离变压 器、输出驱动电路；所述整流电路输出端连接有源功率因数校正电路输入端，有源功率因数 校正电路输出端连接隔离变压器输入端，隔离变压器输出端连接输出驱动电路输入端，输 出驱动电路输出端连接LED灯。
[0010] 所述光无线通信模块的光发射模块包含可见光发射模块、红外光发射模块、紫外 光发射模块；所述光无线通信模块的光接收模块包含可见光接收模块、红外光接收模块、 紫外光接收模块；其中： 所述光发射模块包括光电探测器、PWM调光电路，所述光电探测器输出端连接PWM调光 电路输入端，PWM调光电路输出端连接LED灯； 所述光接收模块包括前置放大器、时钟提取电路和解码器，前置放大器输出端与时钟 提取电路输入端连接，时钟提取电路输出端和解码器输入端连接，解码器输出端连接网络 上行输入端。
[0011] 所述LED照明模块包括RGB三基色白光LED灯、掺荧光粉白光LED灯、红外光LED 灯、紫外光LED灯。
[0012] 所述智能照明控制模块包括DALI控制器、DALI总线、DALI电子镇流器，DALI控 制器输出端通过DALI总线与光无线通信模块、LED照明模块连接，多个DALI电子镇流器与 RGB三基色白光LED灯、掺荧光粉白光LED灯、红外光LED灯、紫外光LED灯、可见光接收模 块、红外光接收模块、紫外光接收模块并联。
[0013] 所述可见光接收模块包括放置蓝光滤光片。
[0014] 本发明采用上述技术方案，具有以下技术效果： 1.实现满足IEEE 802. 15. 7通信标准，使其工作模式达到ΡΗΥΠ?，数据速率达12~96Mb/ So
[0015] 2.实现白光、红外光、紫外光分时分工照明，满足不同情况下对照明以及无线通 信的需求，并为未来物联网无线发展提供无线保障。
[0016] 3.对于最主要情况下的白光LED照明，使用三基色RGB白光LED，避免荧光粉作用 引入额外时间延迟，导致LED调制带宽下降；同时为了满足功能照明的需求，设置掺荧光粉 白光LED作为照明补充。
[0017] 4.采用数字可寻址照明接口技术DALI，对上述光源进行智能控制，提高照明效率 以及节约能源。
[0018] 5.采用PffM调光技术对LED灯进行加载信号，通过改变LED灯的亮度改变下行带 宽。
[0019] 6.采用菲涅耳透镜以及蓝光滤波片，提高了光电探测器灵敏度，减少背景光噪音 的干扰。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步说明。
[0021] 图1为本发明一种带有空间光通信功能的LED照明系统的模块示意图； 图2为本发明发射模块整流电路的电路图； 图3为本发明发射模块有源功率因数校正电路的电路图； 图4为本发明发射模块PffM调光电路的电路图。
[0022] 图5为智能照明数字可寻址照明接口技术（DALI)的示意图。
[0023] 图中标号说明：U1为NCP1606芯片，U2为PT4115芯片，Rl至Rll为第一至第^^一 电阻，Cl至C8为第一至第八电容，Dl至D9为第一至第九二极管，Tl为变压线圈，L2为电 感，U2A为光敏三极管、U2B为发光二极管，Rsense为电流检测电阻，Ql为金属-氧化物半导 体场效应晶体管。
[0024] 具体实施方法 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明： 图1中，包括可见光无线通信模块、LED照明模块、智能照明控制模块；所述可见光无 线通讯模块包括光发射模块和光接收模块，所述光发射模块包括RGB三基色白光LED、红外 光LED、紫外光LED、PffM调光电路和可见光光电探测器；所述光接收模块包括蓝光滤波片、 菲涅耳透镜、蓝光光电探测器、红外光光电探测器、紫外光光电探测器、前置放大器、主放大 器、均衡器、判决器、解码器；所述LED照明模块包括整流电路、APFC电路、隔离变压器、输出 驱动电路、掺荧光粉白光LED ;所述智能照明控制模块包括DALI总线、DALI主控制器、DALI 电子镇流器；交流220V输入整流电路输入端，整流电路输出端连接APFC电路输入端，APFC 电路输出端连接隔离变压器输入端，隔离变压器输出端连接输出驱动电路输入端，输出驱 动电路输出端连接掺荧光粉白光LED输入端构成LED照明模块；通信用光纤光信号输入可 见光光电探测器的输入端，可见光光电探测器的输出端连接PWM调光电路的输入端，PWM调 光电路的输出端连接并联的RGB三基色白光LED、红外光LED、紫外光LED构成光发射模块； 接收到的光信号通过菲涅耳透镜根据DALI主控制器选择进入连接蓝光滤波片的蓝光光电 探测器输入端、红外光光电探测器输入端或紫外光光电探测器输入端，蓝光光电探测器输 出端、红外光光电探测器输出端或紫外光光电探测器输出端连接前置放大器输入端，前置 放大器输出端连接主放大器输入端，主放大器输出端连接均衡器输入端，均衡器输出端连 接判决器输入端，判决器输出端连接解码器输入端，解码器输出端输出信号至网络构成光 接收模块；DALI主控制器根据用户控制通过DALI总线连接分别并联DALI电子镇流器的 RGB三基色白光LED、红外光LED、紫外光LED、蓝光光电探测器、红外光光电探测器、紫外光 光电探测器构成智能照明控制模块。
[0025] 图2中，由桥式整流电路组成，可将交流电转换为直流。由4个整流二极管组成桥 式电路，当单向交流电压在正半周时，整流二极管VDl和VD2导通，电流流经VDl和VD2负 载，回到交流电源负端，当VD1、VD2正向导通时，VD3、VD4因加反向电压而截止；在交流电压 的负半周，VD3、VD4导通，电流流经VD3、VD4,回到交流电源的负端；负载在在一个周期内都 有电流流过，且为一个方向；经过桥式整流电路后输出直流电压310V。
[0026] 图3为有源功率因数校正电路（APFC)，有源功率因数校正电路控制芯片为 NCP1606,主要有误差放大器、RS触发器、电流检测逻辑、零电流检测电路、推拉式驱动输出 级、启动定时器和输出过电压保护电路组成；由引脚1:FB，系统输出电压反馈网络输出端、 引脚2: control，调节模块端口，引脚3:Ct，芯片导通时间调节端口，引脚4:Cs，MOSFET电 流采样引脚，引脚5: ZCD，芯片过零检测引脚，引脚6: GND，参考地，引脚7: DRV驱动信号输出 引脚，引脚8: Vcc电源输入端引脚组成。由桥式整流电路输出310V直流电，NCP1606的8号 引脚Vcc -端连接第一电阻Rl连接直流电源输入，一端连接3号二极管D3，3号二极管为肖 特基二极管；3号二极管D3同时与2号电容C2、3号