一种基于光伏器件的可见光通信装置

本发明涉及可见光通信，特别涉及一种基于光伏器件的可见光通信装置。

背景技术：

1、可见光通信技术（visible light communication，vlc）是指利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式，其凭借人眼察觉不到的频率进行无线通信，这种通信绿色低碳，具有大容量、免频谱申请、抗电磁干扰、可实现近乎零耗能通信、可有效避免无线电通信电磁信号泄露等优点。

2、可见光通信系统以光为信息传输载体，其发射端设置光源，接收端设置光电转换元件，分别用于发射可见光信号和接收可见光信号，在现有技术中，发射端的光源一般为发光二极管（light emitting diode，简称led），接收端的光电转换元件一般为光电二极管(pin管)和雪崩二极管(apd管)，以适用于室内的高频域可见光通信需求。

3、随着可见光通信的日益发展，可见光通信还用在水下通信，强磁和高危区域通信等场所，然而发光二极管、光电二极管和雪崩二极管能耗高，在水下、强磁和高危环境等室外无电网供电环境中的工作可靠性不及室内环境。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种基于光伏器件的可见光通信装置，以提高可见光通信在室外水下、强磁和高危区域的通信质量。

2、本发明一方面提供一种基于光伏器件的可见光通信装置，包括发射模块和接收模块，其中，

3、所述发射模块根据第一数据信号转换获得驱动电压信号，并根据所述驱动电压信号调控第一光伏器件的光致发光的发射光辐射通量，以提供携带数据信息的可见光信号；

4、所述接收模块包括第二光伏器件，所述第二光伏器件根据所述可见光信号响应提供电流信号，所述接收模块根据所述电流信号获得与所述第一数据信号一致的第二数据信号。

5、可选地，所述发射模块还包括：

6、第一放大电路，用于根据所述第一数据信号获得所述驱动电压信号；

7、肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极接地，负极连接至所述第一放大电路的输出端和第一光伏器件的正极。

8、可选地，所述接收模块还包括：

9、跨阻放大电路，用于根据所述电流信号提供第一电压信号；

10、第二放大电路，用于根据所述第一电压信号提供第二电压信号；

11、滤波电路，用于根据所述第二电压信号提供第三电压信号；

12、扩频电路，用于根据所述第三电压信号提供第四电压信号；

13、其中，所述滤波电路和所述扩频电路均为有源高通滤波电路，且所述滤波电路的通带中心频率低于所述扩频电路的通带中心频率，所述滤波电路和所述扩频电路的综合通带包括1khz至1mhz，所述第四电压信号对应所述第二数据信号的模拟量。

14、可选地，所述滤波电路包括第三电容器、第五电阻器、第六电阻器和第三运算放大器，其中，

15、所述第五电阻器和所述第六电阻器依次串联在电源与地之间，所述第五电阻器和所述第六电阻器的中间节点连接至所述第三运算放大器的正输入端；

16、所述第三电容器的第一端用于接入所述第二电压信号，第二端连接至所述第五电阻器和所述第六电阻器的中间节点；

17、所述第三运算放大器的输出端与负输入端连接；

18、所述滤波电路在所述第三运算放大器的输出端提供所述第三电压信号。

19、可选地，所述第五电阻器为可变电阻器。

20、可选地，所述扩频电路包括第四电容器、第七电阻器、第八电阻器、第九电阻器和第四运算放大器，其中，

21、所述第四电容器的第一端用于接入所述第三电压信号，第二端连接至所述第四运算放大器的正输入端；

22、所述第七电阻器连接在所述第四电容器的第二端至地之间；

23、所述第九电阻器和所述第八电阻器依次串联在所述第四运算放大器的输出端至地之间，所述第九电阻器和所述第八电阻器的中间节点连接至所述第四运算放大器的负输入端；

24、所述扩频电路在所述第四运算放大器输出端提供所述第四电压信号。

25、可选地，所述接收模块还包括第一电容器，其中，

26、所述第一电容器的第一端与所述光伏器件的阳极连接，用于滤除所述电流信号中的直流分量，并在所述第一电容器的第二端提供所述电流信号中的交流分量至所述跨阻放大电路。

27、可选地，所述跨阻放大电路包括：

28、第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端用于接收所述电流信号，输出端用于提供所述第一电压信号，所述第一运算放大器的供电电压正端口和供电电压负端口分别与正电压源和负电压源连接，所述第一运算放大器的正输入端接地；

29、第一电阻器，串联在所述第一运算放大器输出端至负输入端之间；

30、第二电容器，串联在所述第一运算放大器输出端至负输入端之间。

31、可选地，所述第二放大电路包括：

32、第二运算放大器；

33、依次串联在所述第二运算放大器的输出端至所述跨阻放大电路的输出端之间的第二电阻器和第三电阻器，所述第二电阻器与所述第三电阻器的中间节点连接至所述第二运算放大器的负输入端；

34、第四电阻器，串联在所述第二运算放大器正输入端与地之间；

35、其中，所述第二放大电路在所述第二运算放大器的输出端提供所述的第二电压信号。

36、可选地，所述接收模块还包括比较电路，所述比较电路包括：

37、第五运算放大器，所述第五运算放大器的正输入端与所述扩频电路的输出端连接，以接收所述第四电压信号，负输入端接收预设的参考电平信号；

38、第十一电阻器，串联在所述第五运算放大器的输出端与正电压源之间；

39、其中，所述比较电路根据所述第四电压信号与所述参考电平信号的比较在所述第五运算放大器的输出端提供所述第二数据信号的数字量。

40、可选地，所述接收模块还包括参考电平电路，用于提供所述参考电平信号，所述参考电平电路包括第十电阻器，所述第十电阻器为电位器，所述电位器的输入端和输出端分别与直流电压源和地连接，并在选择端连接至所述第五运算放大器的负输入端。

41、可选地，所述参考电平电路还包括第五电容器，所述第五电容器串联在所述第十电阻器的选择端与地之间。

42、上述基于光伏器件的可见光通信装置包括发射模块和接收模块，发射模块根据第一数据信号放大获得驱动电压信号，并以驱动电压信号调控第一光伏器件的光致发光的发射光辐射通量，调控第一光伏器件发射携带数据信息的可见光信号；接收模块以第二光伏器件接收该可见光信号，并处理获得与第一数据信号逻辑一致的第二数据信号，实现数据信息的接收。本发明的基于光伏器件的可见光通信装置将可见光通信的发射光源和光电转换元件均设计为光伏器件，光伏器件能耗低，在室外的水下光通信、强磁和高危区域等无电网供电环境下的可见光通信的可靠性高，且光伏器件在室外环境下的通信误码率低，可提高通信质量；且将发射模块的光源设置为第一光伏器件，可借用环境光使第一光伏器件光致发光，并以与第一数据信号逻辑相关的驱动电压信号调控第一光伏器件的发射光辐射通量，获得携带数据信息的可见光信号，进一步节约了驱动能量，同时驱动电压信号可通过对具有逻辑电平的第一数据信号进行放大处理获得，节省了电流驱动所需的电压电流转换成本，降低了可见光通信的实现成本。

43、滤波电路和扩频电路均为有源高通滤波电路，其通带的中心频率差异，通过将滤波电路的通带设计为低频段，将扩频电路的通带设计为高频段，以扩频电路对滤波电路的输出信号的高频段进行增益补偿，从而提高滤波电路和扩频电路在综合带宽，适配可见光通信的1khz至1mhz频段内的通信需求，为可见光通信的低频通信提供了便利。