一种基于白光led照明的光通信装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于白光LED照明的光通信装置，使LED照明灯阵列实现通信功能，成本低，节能环保。本发明的装置包括发送端和接收端，发送端包括与LED灯阵列连接的LED调制驱动电路，接收端包括LED光通信接收电路；LED调制驱动电路包括能够接入交流电源的由四个二极管组成的全波整流桥，全波整流桥的直流电压输出端并联储能电容，储能电容的两端连接滤波电路，滤波电路的输出端连接光调制驱动芯片，芯片的开关控制管脚连接LED灯阵列的负极，芯片的开关管脚连接稳压二极管的负极和电感的一端，电感的另一端连接LED灯阵列的负极和保护电容的一端；接收电路包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元。
【专利说明】—种基于白光LED照明的光通信装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种基于白光LED照明的光通信装置。
【背景技术】
[0002]近年来，LED灯作为一种低碳、节能、环保的照明设备，已逐渐被人们所了解，也是在智能照明领域作为国家和地方政府大力扶植的战略性新兴产业。LED以其鲜艳丰富的色彩、超长寿命以及极强的安全性能被业界所看好，逐渐将普通的照明灯(如白炽灯)淘汰出了照明市场。专家预计在2015年左右，LED照明将实现普及化。日前有研究报告显示:LED照明研究又有新技术突破，可直接通过LED灯光进行宽带网络的连接。
[0003]LED灯与传统照明设备不同，它不仅节能省电，也能够通过高速的开关动作，发出调制信号，完成信息与指令的传输。LED发光是一闪一闪的，闪动频率极高，每秒开关的速度最高可达200万次，不停的开关动作不会影响正常的照明使用，更不会对人体产生影响，因为人的肉眼根本看不到这么快的频率变化。这种闪动其实就是一种开、关过程，LED这一开一关就可以承担发送信息的任务了，比如，开就代表“ I ”，关就代表“0”，通过信息编码也就是O与I的各种组合，就可以通过灯光来传递了，灯光在空气中传输就类似于光纤通信中信息在光纤中传输一样，这就是LED可见光通信的基本原理。LED作为半导体器件，这种高速的亮灭也就是开关的通断能力是它的特性，而白炽灯因为在亮灭的变化过程中非常容易被损坏，且亮灭变化动作太慢，因而不具备这种通信功能。在LED灯光照射范围内安置的接收设备就可以接收光信号，并能把光信号转换为电信号，实现信息、指令的接收。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于白光LED照明的光通信装置，使LED照明灯阵列实现通信功能，信号传输稳定，带宽高，响应速度快；并且成本低，节能环保。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种基于白光LED照明的光通信装置，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端包括与LED灯阵列连接的LED调制驱动电路，所述接收端包括LED光通信接收电路；
[0007]所述LED调制驱动电路包括能够接入交流电源的由四个二极管组成的全波整流桥，所述全波整流桥的直流电压输出端并联连接储能电容Cl，储能电容Cl的两端再连接RC滤波电路，RC滤波电路的电阻Rl的一端连接储能电容Cl的正输出端，滤波电容C2并联在电阻Rl的另一端与储能电容Cl的负输出端之间；RC滤波电路的输出端连接光调制驱动芯片IC的供电电源管脚VBAT和地管脚GND，光调制驱动芯片IC的开关控制管脚CTRL连接LED灯阵列的负极，光调制驱动芯片IC的开关管脚SW连接一个稳压二极管Dl的负极和电感LI的一端，电感LI的另一端连接LED灯阵列的负极和保护电容C4的一端，LED灯阵列的正极、稳压二极管的正极和和保护电容C4的另一端均连接光调制驱动芯片IC的VBAT管脚；光调制驱动芯片IC的复位管脚RSET通过电阻R2连接RC滤波电路的负输出端；
[0008]所述接收电路包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元；所述PIN光电检测器为PIN光电二极管Dl，所述放大电路包括第一晶体三极管Q3和第二晶体三极管Q4，第一晶体三极管Q3的集电极通过电容C6连接第二晶体三极管Q4的基极，第一晶体三极管Q3的集电极还通过保护电阻R9连接5V供电电源，第二晶体三极管Q4的集电极通过保护电阻Rll连接5V供电电源，第一晶体三极管Q3的集电极和基极之间具有偏置电阻R8，第二晶体三极管Q4的集电极和基极之间具有偏置电阻RlO ;第一晶体三极管Q3的基极通过电容C5连接PIN光电二极管Dl的负极以及调节电阻R7的一端，调节电阻R7的另一端以及第一晶体三极管Q3的发射极和第二晶体三极管Q4的发射极共地；PIN光电二极管Dl的正极连接5V供电电源；所述信号处理单元包括DSP解码模块、FPGA系统控制模块、MAC协议处理模块以及网络接口模块，所述DSP解码模块的输入端连接第二晶体三极管Q4的集电极，DSP解码模块的输出端分别连接FPGA系统控制模块以及MAC协议处理模块，MAC协议处理模块连接网络接口模块。
[0009]所述LED灯阵列为RGB-LED灯阵列，所述RGB-LED灯阵列由红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，它们发出的光混合在一起得到白光。
[0010]本发明的技术效果:本发明提供一种基于白光LED照明的光通信装置，使LED照明灯阵列实现通信功能，具有信号传输稳定，带宽高，响应速度快的特点，并且成本低，节能环保。
[0011]本发明装置的发送端包括与LED灯阵列连接的LED调制驱动电路，能够接入交流电源，适应性强，能够在较宽的电压范围内保持高效，向LED提供稳定的工作电压，使LED能够稳定工作，满足照明要求，而且必须有很高的开关速率才能兼顾通信，因此采用光调制驱动芯片1C，具有更高的开关速率并且功耗更低；原始的二进制比特流经过预处理和编码后，通过LED调制驱动电路驱动LED，对LED进行强度调制，将电信号转换为光信号；与LED调制驱动电路连接的LED灯阵列为RGB-LED灯阵列，RGB-LED灯阵列是采用红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，它们发出的光混合在一起得到白光，并且RGB-LED具有很高的调制带宽，可以实现很高的传输速率。
[0012]本发明装置接收端的接收电路包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元，LED光信号经光电检测器转换为电信号，然后对电信号进行放大和处理，再通过信号处理单元进行数字信号处理，在FPGA系统控制模块的控制下，通过DSP解码模块进行DSP解码解调，通过MAC协议处理模块和网络接口模块传输出输出信号。DSP解码模块采用通用或专用的数字信号处理芯片，将DSP所拥有的灵活、精确、可靠性好、体积小、成本低、高运算速度这些在通信领域的优势应用到光通信中，大大提高了光通信的运算速度和可靠性，减小了电路体积，降低了制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明装置的LED调制驱动电路结构图。
[0014]图2是本发明装置的LED光通信接收电路结构图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0016]一种基于白光LED照明的光通信装置，包括发送端和接收端，发送端包括与LED灯阵列连接的LED调制驱动电路，接收端包括LED光通信接收电路。
[0017]如图1所示,是本发明装置的LED调制驱动电路结构图。LED调制驱动电路包括能够接入交流电源的由四个二极管组成的全波整流桥，全波整流桥的直流电压输出端并联连接储能电容Cl，储能电容Cl的两端再连接RC滤波电路，RC滤波电路的电阻Rl的一端连接储能电容Cl的正输出端，滤波电容C2并联在电阻Rl的另一端与储能电容Cl的负输出端之间；RC滤波电路的输出端连接光调制驱动芯片IC的供电电源管脚VBAT和地管脚GND，光调制驱动芯片IC的开关控制管脚CTRL连接LED灯阵列的负极，光调制驱动芯片IC的开关管脚SW连接一个稳压二极管Dl的负极和电感LI的一端，电感LI的另一端连接LED灯阵列的负极和保护电容C4的一端，LED灯阵列的正极、保护电容C4的另一端和稳压二极管的正极均连接光调制驱动芯片IC的VBAT管脚；光调制驱动芯片IC的复位管脚RSET通过电阻R2连接RC滤波电路的负输出端。与LED调制驱动电路连接的LED灯阵列为RGB-LED灯阵列，RGB-LED灯阵列是由红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，它们发出的光混合在一起得到白光。
[0018]如图2所示，是本发明装置的LED光通信接收电路结构图。一种LED光通信接收电路，包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元；PIN光电检测器为PIN光电二极管Dl,放大电路包括第一晶体三极管Q3和第二晶体三极管Q4，第一晶体三极管Q3的集电极通过电容C6连接第二晶体三极管Q4的基极，第一晶体三极管Q3的集电极还通过保护电阻R9连接5V供电电源，第二晶体三极管Q4的集电极通过保护电阻Rll连接5V供电电源，第一晶体三极管Q3的集电极和基极之间具有偏置电阻R8，第二晶体三极管Q4的集电极和基极之间具有偏置电阻RlO ;第一晶体三极管Q3的基极通过电容C5连接PIN光电二极管Dl的负极以及调节电阻R7的一端，调节电阻R7的另一端以及第一晶体三极管Q3的发射极和第二晶体三极管Q4的发射极共地；PIN光电二极管Dl的正极连接5V供电电源；信号处理单元包括DSP解码模块、FPGA系统控制模块、MAC协议处理模块以及网络接口模块，所述DSP解码模块的输入端连接第二晶体三极管Q4的集电极，DSP解码模块的输出端分别连接FPGA系统控制模块以及MAC协议处理模块，MAC协议处理模块连接网络接口模块。
[0019]在LED光通信中，发射端驱动调制电路的主要任务是使LED即满足照明需要，又要具有很高的开关速率以满足传输数据的需要。本发明的LED调制驱动电路包括能够接入交流电源的由四个二极管组成的全波整流桥以及RC滤波电路，适应性强，能够在较宽的电压范围内保持高效，向LED提供稳定的工作电压，使LED能够稳定工作，满足照明要求；同时采用光调制驱动芯片1C，具有更高的开关速率和更低的功耗的特点，满足了传输数据的需要；原始的二进制比特流经过预处理和编码后，通过LED调制驱动电路驱动LED，对LED进行强度调制，将电信号调制到LED光源上转换为光信号传输出去。
[0020]在LED光通信中，接收端接收电路的主要任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出经由无线光信道传输后光载波所携带的信息。本发明的接收电路包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元，承载着传输数据的LED光信号聚焦到光电检测器上，首先经光电检测器转换为电信号，其中光电检测器选用PIN光电检测器，PIN光电检测器具有量子效率高、灵敏度高、响应速度快、噪声小的特点；然后对电信号进行放大处理，放大电路采用两级三极管直接耦合式放大电路，最大限度的减小失真；再通过信号处理单元对放大信号进行数字信号处理，在FPGA系统控制模块的控制下，通过DSP解码模块进行DSP解码解调，解码模块采用通用或专用的数字信号处理芯片，拥有灵活、精确、可靠性好、体积小、成本低、高运算速度的特点，通过DSP解码模块解码解调恢复出的发送端发送的信号，再通过MAC协议处理模块和网络接口模块传输出来。
[0021]应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
【权利要求】
1.一种基于白光LED照明的光通信装置，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端包括与LED灯阵列连接的LED调制驱动电路，所述接收端包括LED光通信接收电路； 所述LED调制驱动电路包括能够接入交流电源的由四个二极管组成的全波整流桥，所述全波整流桥的直流电压输出端并联连接储能电容Cl，储能电容Cl的两端再连接RC滤波电路，RC滤波电路的电阻Rl的一端连接储能电容Cl的正输出端，滤波电容C2并联在电阻Rl的另一端与储能电容Cl的负输出端之间；RC滤波电路的输出端连接光调制驱动芯片IC的供电电源管脚VBAT和地管脚GND，光调制驱动芯片IC的开关控制管脚CTRL连接LED灯阵列的负极，光调制驱动芯片IC的开关管脚SW连接一个稳压二极管Dl的负极和电感LI的一端，电感LI的另一端连接LED灯阵列的负极和保护电容C4的一端，LED灯阵列的正极、稳压二极管的正极和和保护电容C4的另一端均连接光调制驱动芯片IC的VBAT管脚；光调制驱动芯片IC的复位管脚RSET通过电阻R2连接RC滤波电路的负输出端； 所述接收电路包括PIN光电检测器、放大电路和信号处理单元；所述PIN光电检测器为PIN光电二极管Dl,所述放大电路包括第一晶体三极管Q3和第二晶体三极管Q4,第一晶体三极管Q3的集电极通过电容C6连接第二晶体三极管Q4的基极，第一晶体三极管Q3的集电极还通过保护电阻R9连接5V供电电源，第二晶体三极管Q4的集电极通过保护电阻Rll连接5V供电电源，第一晶体三极管Q3的集电极和基极之间具有偏置电阻R8，第二晶体三极管Q4的集电极和基极之间具有偏置电阻RlO ;第一晶体三极管Q3的基极通过电容C5连接PIN光电二极管Dl的负极以及调节电阻R7的一端，调节电阻R7的另一端以及第一晶体三极管Q3的发射极和第二晶体三极管Q4的发射极共地；PIN光电二极管Dl的正极连接5V供电电源；所述信号处理单元包括DSP解码模块、FPGA系统控制模块、MAC协议处理模块以及网络接口模块，所述DSP解码模块的输入端连接第二晶体三极管Q4的集电极，DSP解码模块的输出端分别连接FPGA系统控制模块以及MAC协议处理模块，MAC协议处理模块连接网络接口模块。
2.根据权利要求1所述的基于白光LED照明的光通信装置，其特征在于，所述LED灯阵列为RGB-LED灯阵列，所述RGB-LED灯阵列由红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，它们发出的光混合在一起得到白光。
【文档编号】H04B10/116GK103561525SQ201310573918
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】张华
申请人:北京格林曼光电科技有限公司