基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯及其控制方法与流程

本发明涉及可见光通信，具体涉及一种可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，基于太阳能电池的光电效应，将太阳能电池和led作为光通信的信号接收与发射器件，led发出包含控制信息的光信号，太阳能电池将光信号接收并转换为电信号，再将电信号解调后对led进行控制，实现多灯同步控制的功能。

背景技术：

1、户外便携式充电led灯单灯亮度不高，往往需要多灯协同照明。传统充电led灯在使用时需要对每个灯进行控制，当设备数量较多时，使用十分不便。为了实现多灯同步控制功能，一般可以对产品加装wifi、nb-iot、lora、zigbee、蓝牙等无线模块实现无线控制，各个模块的优缺点如下：

2、1、wifi模块，使用wifi模块解决多灯同步控制时，需要让一个设备作为主设备，其他设备连接到主设备上，实现局域网通信，所有从设备必须与主设备保持在一定距离以内，使用功耗大且成本高；

3、2、nb-iot模块，nb-iot模块构建于蜂窝网络，需要每个设备都接入gsm网络、umts网络或lte网络，该方法虽然对设备间距离没有要求，但是极大增加了使用成本，功耗也较大；

4、3、lora模块，lora通信距离远，并且具有中继功能，通信效果好，成本较高，功耗较大；

5、4、zigbee模块，zigbee通信具有自主网功能，可以较好的实现产品的无线连接和控制，但通信距离受限，功耗低，成本较高；

6、5、蓝牙模块，最新的蓝牙mesh协议也具备自主网功能，可以较好的实现产品的无线连接和控制，但通信距离受限，成本较高。

7、综上加装无线模块虽然可以实现多灯同步控制功能，但是增加电路模块将导致产品功耗与成本的上升。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯及其控制方法，基于太阳能电池的光电效应，将太阳能电池和led作为光通信的信号接收与发射器件，led发出包含控制信息的光信号，太阳能电池将光信号接收并转换为电信号，再将电信号解调后对led进行控制，实现多灯同步控制的功能，解决了现有技术中存在的问题。本发明不增加电路模块实现同步控制功能，相比通过增加无线模块实现多灯同步控制的产品，降低了成本与功耗。该产品还具有太阳能充电功能，适合在户外、公园、家庭以及特殊场合下使用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，包括太阳能电池、状态切换开关、充电电路、稳压电路、充电电池、单片机、灯控制开关、信号调理电路、电流采集电路、led驱动电路、led，

4、本发明的特征还在于，进一步的，所述的太阳能电池的正负极输出连接到状态切换开关和电流采集电路的输入；状态切换开关的输出连接到充电电路的输入；usb接口的输出连接到充电电路的输入；充电电路的输出连接到充电电池和稳压电路的输入；稳压电路的输出连接到单片机、信号调理电路和led驱动电路的输入；电流采集电路的输出连接到信号调理电路的输入；灯控制开关和信号调理电路的输出连接到单片机；单片机的输出连接到led驱动电路的输入；led驱动电路的输出连接到led的输入。

5、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述太阳能电池处在太阳光照射环境中时能够产生电压进行发电。

6、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述状态切换开关为单刀双掷开关，可以使太阳能电池的输出连接到充电电路的输入，或者将太阳能电池的输出短路，将太阳能电池作为光通信的接收传感器。

7、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述充电电路具有最大功率点跟踪功能，可以动态调节太阳能电池的输出功率使之时刻保持最大功率输出，最大功率点跟踪算法包括但不限于电压扰动观测法、电导增量法、恒定电压法，同时，充电电路具有充电电池的充电管理功能，能够根据充电电池电量动态调节输出模式，并且具有过充保护功能。

8、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述充电电池具有充电功能，包含但不限于镍镉电池、镍氢电池、锂电池。

9、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述稳压电路可以稳定输出电压，用于给系统各个模块供电。

10、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述单片机具有模拟数字转换功能，可以采集信号调理电路输出的信号，并进行信号的解调与识别，根据识别结果控制led驱动电路，此外单片机可以接收灯控制开关的输出信号，直接对led驱动电路进行控制。

11、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述灯控制开关可以采用机械按键或触摸按键。

12、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述信号调理电路可以将电流采集电路的输出信号进行滤波与放大。

13、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述电流采集电路可以将太阳能电池的短路电流进行采集，可以采用霍尔电流传感器、电流互感器、电阻、跨阻放大器中的一种。

14、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述led驱动电路可以驱动led进行发光，可以采用三极管、场效应晶体管、电压源电路、电流源电路中的一种。

15、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述led为发光二极管，可以通过电子与空穴复合释放能量发光。

16、进一步的，所述的基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，所述usb接口，可以通过外置usb的5v输入为充电电路进行供电。

17、基于可见光通信同步控制的便携式低功耗户外太阳能充电灯，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

18、步骤1，将本发明的多个产品放置在需要照明的区域，且保持产品之间距离能够实现光通信，将每个产品的状态切换开关设置为同步控制工作状态，即太阳能电池处于短路状态；

19、步骤2，将本发明的1个产品的灯控制开关按下，单片机接收到灯控制开关的信号后，判断需要切换的亮灯状态，并控制led驱动电路驱动led发出短暂的光通信信号，最后控制led驱动电路根据当前亮灯状态驱动led发光；

20、步骤3，相邻产品的太阳能电池接收到短暂的光通信信号，并将该信号转换为电流，通过电流采集电路采集，并经过信号调理电路进行滤波放大后，输入到单片机；

21、步骤4，单片机对信号调理电路的输出信号进行解调和识别，判断与当前led的亮灯状态是否一致，如果一致则不改变led的亮灯状态，如果不一致则控制led驱动电路驱动led发出短暂的光通信信号，控制led驱动电路根据当前亮灯状态驱动led发光；

22、步骤5，重复步骤3与步骤4，直到所有产品的亮灯状态一致。

23、步骤6，当充电电池电量低下时，状态切换开关设置为充电工作状态，即太阳能电池的输出连接到充电电路的输入；

24、步骤7，太阳能电池照射太阳光并产生电压，充电电路调节太阳能电池的输出功率使之时刻保持最大功率输出，根据充电电池的电量情况控制当前的充电模式；

25、步骤8，usb接口接入5v电源，充电电路根据充电电池的电量情况控制当前的充电模式进行充电。

26、本发明的原理是：基于太阳能电池的光电效应，将太阳能电池和led作为光通信的信号接收与发射器件，led发出包含控制信息的光信号，太阳能电池将光信号接收并转换为电信号，单片机将电信号解调后对led进行控制，实现多灯同步控制的功能。

27、本发明具有以下有益效果：户外便携式充电led灯单灯亮度不高，往往需要多灯协同照明。传统充电led灯在使用时需要对每个灯进行控制，当设备数量较多时，使用十分不便。为了实现多灯同步控制功能，可以加装无线模块，但是增加电路模块将导致产品功耗与成本的上升。本发明基于太阳能电池的光电效应，将太阳能电池和led作为光通信的信号接收与发射器件，led发出包含控制信息的光信号，太阳能电池将光信号接收并转换为电信号，再将电信号解调后对led进行控制，实现多灯同步控制的功能，解决了现有技术中存在的问题。本发明不增加电路模块实现同步控制功能，相比通过增加无线模块实现多灯同步控制的产品，降低了成本与功耗。该产品还具有太阳能充电功能，适合在户外、公园、家庭以及特殊场合下使用。