一种光信号发送接收装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光信号发送接收装置及系统，该装置包括控制单元，还包括用于发送光信号和接收光信号的LED，所述控制单元包括第一输入输出口和第二输入输出口，所述LED的阳极和阴极分别与所述第一输入输出口和第二输入输出口连接。本实用新型的光信号发送接收装置不仅可以发送光信号数据，而且也可以接收来自另外一个光信号发送接收装置发送来的光信号数据，从而光信号发送接收系统之间可以实现双向数据通信，与现有的需要采用光敏电阻、光敏二极管或者光电二极管等电子元件的单向光通信系统比起来，更节省成本，系统结构也更加简单。
【专利说明】一种光信号发送接收装置及系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光通信领域，具体涉及一种光信号发送接收装置及系统。
【背景技术】
[0002]无线光通信技术又称可见光通信，其通过LED光源的高频率闪烁来进行通信，有光代表1，无光代表0，其传输速率最高达每秒千兆。与微波技术相比，无线光通信有相当丰富的频谱资源，这是一般微波通信和无线通信无法比拟的；同时可见光通信可以适用任何通信协议、适用于任何环境；在安全性方面，其相比传统的磁性材料，无需担心消磁问题，更不必担心通信内容被人窃取；无线光通信的设备架设灵活便捷，且电子元器件如LED发光二极管等成本低廉，适合大规模普及应用。
[0003]LED发送可见光信号的原理较为简单，在规定的周期时间内，信源数据若为二进制数字“ I ”，则将LED施加正向电压，使LED发光；在规定的周期时间内，信源数据若为二进制数字“ O ”，则不向LED施加正向电压，此时LED不发光。
[0004]现有的可见光通信系统中，都是发射端通过将信源数据进行编码和调制，再利用LED发送可见光将信息发送出去；而在接收端，是通过光敏电阻、光敏二极管或者光电二极管等光电元器件对可见光信号进行接收并转换成电信号，再通过解调和解码检测出发射端发送的信源信息的。
[0005]在上述的可见光通信系统中，由于发射端只有LED灯，接收端只有光敏电阻、光敏二极管或者光电二极管等光电元器件，因此发射端不能接收光信号，接收端不能发射光信号，也就使得整个可见光通信系统只能进行单向传输。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种光信号发送接收装置及系统，以使光信号发送接收装置之间可以实现双向通信，从而可以节省成本和系统结构。
[0007]—种光信号发送接收装置，包括控制单元，还包括用于发送光信号和接收光信号的LED，所述控制单元包括第一输入输出口和第二输入输出口，所述LED的阳极和阴极分别与所述第一输入输出口和第二输入输出口连接。
[0008]在较佳实施例中，还包括A/D转换器，所述A/D转换器的输入端与所述LED的阴极连接，所述A/D转换器的输出端与第二输入输出口连接。
[0009]在较佳实施例中，还包括用于放大LED的阴极电压的放大电路，所述放大电路的输入端与所述LED的阴极连接，所述放大电路的输出端与A/D转换器的输入端连接。
[0010]在较佳实施例中，还包括用于放大所述控制单元对所述LED的控制信号的驱动电路，所述第一输入输出口通过所述驱动电路与所述LED的阳极连接。
[0011]本实用新型还提供了一种光信号发送接收系统，包括第一光信号发送接收装置和第二光信号发送接收装置；
[0012]所述第一光信号发送接收装置包括第一控制单元、用于发送光信号和接收光信号的第一 LED，所述第一控制单元包括第一一输入输出口和第一二输入输出口，所述第一 LED的阳极和阴极分别与所述第 输入输出口和第一二输入输出口连接；
[0013]所述第二光信号发送接收装置包括第二控制单元、用于发送光信号和接收光信号的第二 LED,所述第二控制单兀包括第二一输入输出口和第二二输入输出口，所述第二 LED的阳极和阴极分别与所述第二一输入输出口和第二二输入输出口连接。
[0014]在较佳实施例中，
[0015]第一 LED的阳极通过所述第一一输入输出口连接高电平，所述第一 LED的阴极通过所述第一二输入输出口连接低电平，所述第一LED发送光信号；所述第二LED的阳极通过所述第二一输入输出口连接低电平、所述第二 LED的阴极通过所述二二输入输出口连接高电平后，所述第二 LED接收光信号，所述第二控制单元用于通过所述二二输入输出口读取所述第二 LED的阴极电压；
[0016]第二 LED的阳极通过所述第二一输入输出口连接高电平，所述第二 LED的阴极通过所述第二二输入输出口连接低电平，所述第二 LED发送光信号；所述第一 LED的阳极通过所述第一一输入输出口连接低电平、所述第一 LED的阴极通过所述一二输入输出口连接高电平后，所述第一 LED接收光信号，所述第一控制单元用于通过所述一二输入输出口读取所述第一 LED的阴极电压。
[0017]在较佳实施例中，
[0018]所述第一光信号发送接收装置还包括第一 A/D转换器，所述第一 A/D转换器的输入端与所述第一 LED的阴极连接，所述第一 A/D转换器的输出端与第一二输入输出口连接;
[0019]所述第二光信号发送接收装置还包括第二 A/D转换器，所述第二 A/D转换器的输入端与所述二 LED的阴极连接，所述第二 A/D转换器的输出端与第二二输入输出口连接。
[0020]在较佳实施例中，
[0021]所述第一光信号发送接收装置还包括用于放大第一 LED的阴极电压的第一放大电路，所述第一放大电路的输入端与第一 LED的阴极连接、输出端与第一 A/D转换器的输入端连接。
[0022]在较佳实施例中，
[0023]所述第二光信号发送接收装置还包括用于放大第二 LED的阴极电压的第二放大电路，所述第二放大电路的输入端与第二 LED的阴极连接、输出端与第二 A/D转换器的输入端连接。
[0024]在较佳实施例中，
[0025]所述第一光信号发送接收装置还包括用于放大所述第一控制单元对所述第一 LED的控制信号的第一驱动电路，所述第一一输入输出口通过所述第一驱动电路与所述第一LED的阳极连接；
[0026]所述第二光信号发送接收装置还包括用于放大所述第二控制单元对所述第二 LED的控制信号的第二驱动电路，所述第二一输入输出口通过所述第二驱动电路与所述第二LED的阳极连接。
[0027]本实用新型的光信号发送接收装置不仅可以发送光信号数据，而且也可以接收来自另外一个光信号发送接收装置发送来的光信号数据，从而光信号发送接收系统之间可以实现双向数据通信，与现有的需要采用光敏电阻、光敏二极管或者光电二极管等电子元件的单向光通信系统比起来，更节省成本，系统结构也更加简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是一种实施例的光信号发送接收装置的原理框图；
[0029]图2是一种实施例的光信号发送接收系统在其中一种通信状态下的示意图；
[0030]图3是图2中的第二光信号发送接收装置接收光信号状态的示意图；
[0031]图4是第一 LED的阳极和第二 LED的阴极的波形示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下将结合附图，对本实用新型的具体实施例作进一步详细说明。
[0033]如图1所示，一种实施例的光信号发送接收装置，包括控制单元、驱动电路、发送接收光信号的LED、A/D转换器、放大电路和电源电路，控制单元与发送接收光信号的LED之间连接有驱动电路，控制单元的第一输入输出端口通过驱动电路连接发送接收光信号的LED的阳极，LED的阴极依次通过放大电路和A/D转换器与控制单元的第二输入输出端口连接，控制单元控制发送接收光信号的LED发送光信号或者接收光信号，驱动电路用于放大控制单元对LED的控制信号，A/D转换器用于将LED的模拟电压信号转换为数值并输出给控制单元，放大电路用于将LED的模拟电压进行放大后输入给A/D转换器进行数值转换。
[0034]在更加具体的实施例中，如图2所示，一种光信号发送接收系统，包括相同的第一光信号发送接收装置I和第二光信号发送接收装置2，其中第一光信号发送接收装置I包括控制单元14和LED11，控制单元14具有第一输入输出口 12和第二输入输出口 13，第一LEDll的阳极与第一输入输出口 12连接、阴极通过第一电阻15与第二输入输出口 13连接；同样，第二光信号发送接收装置2也包括控制单元24和第二 LED21，控制单元24具有第一输入输出口 22和第二输入输出口 23，第二 LED21的阳极与第一输入输出口 22连接、阴极通过第二电阻25与第二输入输出口 23连接。
[0035]第一光信号发送接收装置I向第二光信号发送接收装置2发送数据的过程如下:
[0036]如图2至4所示，若第一光信号发送接收装置I向第二光信号发送接收装置2发送一位二级制数字信号需要周期时间t，在此周期的前t/4周期内，第一输入输出口 12输出高电平、第二输入输出口 13输出低电平,使第一二极管11发光以表不发送数据“I”,而第一输入输出口 12保持低电平使第一二极管11不发光表示发送数据“0”，而在此周期t的余下时间段内第一输入输出口 12保持低电平。
[0037]对应地，如图2所示，在该周期时间t的前t/4周期内，第二光信号发送接收装置2的第一输入输出口 22输出低电平而第二输入输出口 23输出高电平,从而对第二 LED21施加反向偏电压，此时，第二 LED21等效成一个电容器，第二 LED21的阴极的电压很快(远远小于t/4的时间)被充电至高电平(由此可见，也可以采用小于周期t的其他数值取代前t/4周期，只要第二 LED21的阴极的电压能被充电至高电平)；随后，如图3所示，第二输入输出口 23设置为输入状态，第一输入输出口 22仍然设置为输出低电平，第二 LED21的阴极开始向第一输入输出口 22放电，若第二 LED21接收到第一 LEDll发出的光，第二 LED21的阴极放电的速度较慢，若第二 LED21没有接收到第一 LEDll发出的光，第二 LED21的阴极放电的速度较快，因此在每个周期t内的某个时间点上(大于t/4小于t)上，接收到第一 LEDll光的情况下第二 LED21的阴极的电压更高，可以设置一个放电电压阈值Vth和对应的检测时间点，第二输入输出口 23检测第二 LED21的阴极的电压，若电压大于放电电压阈值Vth则判断第二 LED21接收到第一 LEDll发出的光，即第一 LEDll发送数据“ 1”，若电压小于放电电压阈值Vth则判断第二 LED21没有接收到第一 LEDll发出的光，即第一 LEDll发送数据“O”。
[0038]如图4所示，在时间0_6t内第一 LEDll依次发送数据“ 110011”，第一输入输出口12上的电平波形如曲线LI所示，对应的，在时间0-6t内第二 LED21的阴极上的电压波形如曲线L2所示，从图中可以看出，在接收到数据“O”时，在一个周期t内的t/4至t时间内的某个时间点内，第二 LED21的阴极上的电压已经降至放电电压阈值Vth，而在接收到数据“I”时，在整个周期t内，第二 LED21的阴极上的电压也在放电电压阈值Vth之上。
[0039]同样，第二光信号发送接收装置2也可以向第一光信号发送接收装置I发送数据，其原理跟上述的过程相同，此时，第二光信号发送接收装置2作为发送端，而第一光信号发送接收装置I作为接收端。这样，第一光信号发送接收装置I与第二光信号发送接收装置2之间就可以实现双向通信。
[0040]对于第二光信号发送接收装置2，为了更方便地检测到第二 LED21的阴极的电压，可以在第二 LED21的阴极与一个A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与第二输入输出口 23连接，这样第二输入输出口 23读取到的电压数值大于放电电压阈值Vth则可以判断第一 LEDll发送数据“1”，否则发送数据“O”;同样，第一光信号发送接收装置I也可以以相同的方式增加一个A/D转换器。
[0041]对于第二光信号发送接收装置2，由于放电后的第二 LED21的阴极电压通常比较小，利用放大电路将该阴极电压放大后再经过A/D转换器转换成数字信号输送给第二输入输出口 23会更有利于控制单元24进行读取，放大电路的输入端与第二 LED21的阴极连接、输出端与A/D转换器的输入端连接。放大电路可以采用运放或者MOS管实现。同样，第一光信号发送接收装置I也可以以相同的方式增加一个放大电路。
[0042]本实用新型的光信号发送接收装置和系统，通过采用既能发送光信号又能接收光信号的LED，从而实现光信号发送接收系统之间可以双向数据通信，与现有的单向光通信系统比起来，更节省成本，系统结构也更加简单。
[0043]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种光信号发送接收装置，包括控制单元，其特征是:还包括用于发送光信号和接收光信号的LED，所述控制单元包括第一输入输出口和第二输入输出口，所述LED的阳极和阴极分别与所述第一输入输出口和第二输入输出口连接。
2.如权利要求1所述的光信号发送接收装置，其特征是:还包括A/D转换器，所述A/D转换器的输入端与所述LED的阴极连接，所述A/D转换器的输出端与第二输入输出口连接。
3.如权利要求2所述的光信号发送接收装置，其特征是:还包括用于放大LED的阴极电压的放大电路，所述放大电路的输入端与所述LED的阴极连接，所述放大电路的输出端与A/D转换器的输入端连接。
4.如权利要求1-3所述任一项的光信号发送接收装置，其特征是:还包括用于放大所述控制单元对所述LED的控制信号的驱动电路，所述第一输入输出口通过所述驱动电路与所述LED的阳极连接。
5.一种光信号发送接收系统，其特征是:包括第一光信号发送接收装置和第二光信号发送接收装置； 所述第一光信号发送接收装置包括第一控制单元、用于发送光信号和接收光信号的第一LED，所述第一控制单元包括第一一输入输出口和第一二输入输出口，所述第一 LED的阳极和阴极分别与所述第输入输出口和第一二输入输出口连接； 所述第二光信号发送接收装置包括第二控制单元、用于发送光信号和接收光信号的第二LED，所述第二控制单元包括第二一输入输出口和第二二输入输出口，所述第二 LED的阳极和阴极分别与所述第二一输入输出口和第二二输入输出口连接。
6.如权利要求5所述的光 信号发送接收系统，其特征是: 所述第一 LED的阳极通过所述第一一输入输出口连接高电平，所述第一 LED的阴极通过所述第一二输入输出口连接低电平，所述第一 LED发送光信号；所述第二 LED的阳极通过所述第二一输入输出口连接低电平、所述第二 LED的阴极通过所述二二输入输出口连接高电平后，所述第二 LED接收光信号，所述第二控制单元用于通过所述二二输入输出口读取所述第二 LED的阴极电压； 所述第二 LED的阳极通过所述第二一输入输出口连接高电平，所述第二 LED的阴极通过所述第二二输入输出口连接低电平，所述第二 LED发送光信号；所述第一 LED的阳极通过所述第一一输入输出口连接低电平、所述第一 LED的阴极通过所述一二输入输出口连接高电平后，所述第一 LED接收光信号，所述第一控制单元用于通过所述一二输入输出口读取所述第一 LED的阴极电压。
7.如权利要求5所述的光信号发送接收系统，其特征是: 所述第一光信号发送接收装置还包括第一 A/D转换器，所述第一 A/D转换器的输入端与所述第一 LED的阴极连接，所述第一 A/D转换器的输出端与第一二输入输出口连接；所述第二光信号发送接收装置还包括第二 A/D转换器，所述第二 A/D转换器的输入端与所述二 LED的阴极连接，所述第二 A/D转换器的输出端与第二二输入输出口连接。
8.如权利要求7所述的光信号发送接收系统，其特征是: 所述第一光信号发送接收装置还包括用于放大第一 LED的阴极电压的第一放大电路，所述第一放大电路的输入端与第一 LED的阴极连接、输出端与第一 A/D转换器的输入端连接。
9.如权利要求7所述的光信号发送接收系统，其特征是: 所述第二光信号发送接收装置还包括用于放大第二 LED的阴极电压的第二放大电路，所述第二放大电路的输入端与第二 LED的阴极连接、输出端与第二 A/D转换器的输入端连接。
10.如权利要求5所述的光信号发送接收系统，其特征是: 所述第一光信号发送接收装置还包括用于放大所述第一控制单元对所述第一 LED的控制信号的第一驱动电路，所述第输入输出口通过所述第一驱动电路与所述第一 LED的阳极连接；` 所述第二光信号发送接收装置还包括用于放大所述第二控制单元对所述第二 LED的控制信号的第二驱动电路，所述第二一输入输出口通过所述第二驱动电路与所述第二 LED的阳极连接。
【文档编号】H04B10/40GK203377885SQ201320421966
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司