一种可见光接收装置和可见光接收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光通信领域，尤其涉及一种可见光接收装置和可见光接收方法。
【背景技术】
[0002]可见光通信(Visible Light Communicat1n, VLC)技术是一种宽带无线接入技术。发送端通过发光二极管或荧光灯等发出的肉眼察觉不到的高速闪烁的光信号传输数据信息，接收端通过光电探测器等进行光信号的检测，获取传输的数据信息。室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED，它在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分，而随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少，而可见光频谱没有得到利用和监管，可以利用它进行通信。目前，可见光通信的协议标准还没有确定，很多研宄人员都在考虑该问题，但是缺少一种装置可以方便快捷的研宄通信协议。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可见光接收装置和可见光接收方法，能在线下载程序，在线更改通信协议，使得可见光通信协议的研宄更加方便。
[0004]本发明采用的技术方案为:
一种可见光接收装置，包括光电二极管、USB接口和壳体，光电二极管设置在壳体上，壳体上设置有USB接口，壳体内设置有放大电路、带通滤波电路、鉴频电路、整形电路、微控制器和USB转换电路，所述光电二极管的信号输出端连接放大电路的信号输入端，放大电路的信号输出端通过带通滤波电路连接鉴频电路的信号输入端，鉴频电路的信号输出端通过整形电路连接微控制器的信号输入端，微控制器的信号输出端通过USB转换电路连接USB接口。
[0005]所述的光电二极管外还设置有聚光透镜，聚光透镜固定在壳体上。
[0006]还包括电源开关，电源开关设置在壳体上。
[0007]还包括电源指示灯，电源指示灯的信号输入端与微控制器的信号输出端相连，用来指示该装置的上电情况，电源指示灯设置在壳体上。
[0008]还包括信号指示灯，信号指示灯的信号输入端与微控制器的信号输出端相连，用来指示该装置的信号传输情况，信号指示灯设置在壳体上。
[0009]所述的微控制器采用的芯片型号为STC15W204S。
[0010]所述的鉴频电路主芯片采用的型号为LM331。
[0011 ] 一种可见光接收方法，所述可见光接收方法包括:
第一步骤，通过光电二极管将光信号转化为电信号；
第二步骤，通过放大电路将微弱的电信号放大；
第三步骤，通过带通滤波电路滤除低频噪声和高频杂波，提取两种载波信号；
第四步骤，通过鉴频电路将载波信号转换为电压信号； 第五步骤，通过整形电路将电压信号转化为标准的TTL信号；
第六步骤，通过微处理器将接收到的TTL信号根据相关协议进行识别，提取，并根据USB协议将数据发送出去；
第七步骤，通过USB转换电路将数据转化为上位机可识别的信号发送给上位机。
[0012]在第一步骤之前还包括通过聚光透镜汇集可见光信号的步骤。
[0013]本发明中可见光接收装置中微处理器通过USB接口与上位机相连，可以根据不同的协议修改微控制器程序，使可见光接收装置可以识别不同通信协议下的数据信号，为可见光通信协议的研宄提供了很大的方便。该装置接收到的数据通过USB接口传给上位机，USB接口可以向上位机取电，无需另外单独供电。
[0014]本发明中可见光接收方法通过放大电路、鉴频电路、整形电路、微处理器等将光信号转化为上位机可识别的数据，该方法具有简单、适用性强等优点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明可见光接收装置的结构示意图；
图2为本发明可见光接收装置的电路原理框图；
图3为用于说明本发明可见光接收装置的工作的波形图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0017]如图1和2所示，本发明包括聚光透镜2、光电二极管7、USB接口 5、电源开关1、电源指示灯3、信号指示灯4和壳体6，光电二极管7设置在壳体6上，壳体6 —端设置有USB接口 5，壳体6内设置有放大电路、带通滤波电路、鉴频电路、整形电路、微控制器和USB转换电路，所述光电二极管7的信号输出端连接放大电路的信号输入端，放大电路的信号输出端通过带通滤波电路连接鉴频电路的信号输入端，鉴频电路的信号输出端通过整形电路连接微控制器的信号输入端，微控制器的信号输出端通过USB转换电路连接USB接口 5，电源指示灯3与信号指示灯4均与微控制器相连，电源指示灯3指示该可见光接收装置的上电状态，信号指示灯4用来指示信号传输过程。聚光透镜2用来汇集可见光信号，增加信号强度。电源开关I用来控制给该可见光接收装置上电。
[0018]放大电路用于将光电二极管7接收到的微弱信号进行放大，从而使微弱信号变强，便于后续电路的处理，也增大了该装置的可接收信号距离。
[0019]带通滤波电路用来滤除低频噪声以及高频杂波，提取两种载波信号。
[0020]鉴频电路主芯片采用LM331，它可将不同载波的信号转换为电压信号，载波频率不同，则输出电压大小不同，从而可以将频率信号转化为电压信号。
[0021]整形电路中设计一个比较电路，设置参考电压，可将鉴频电路输出的两种不同电压信号二值化，高于参考电压则为“ I ”，低于参考电压则为“0”，从而将信号转化为标准TTL信号。
[0022]微控制器型号为STC15W204S，它用来接收TTL信号，并根据相关协议进行识别、提取，并根据USB协议将数据发送出去。微控制器可以通过USB接口 5与上位机连接，实现可编程功能，并能在线下载程序，从而使可见光接收装置可以识别不同通信协议下的数据信号，使功能多样化。
[0023]USB转换电路用来接收微控制器输出的数据，并转化为上位机可识别的信号发送给上位机，上位机也可以通过USB转换电路向微控制器下载程序。
[0024]USB接口 5用来跟上位机连接，USB接口 5协议与上位机USB接口协议相同。USB接口 5可以向上位机取电，给可见光接收装置供电。USB接口 5还可以连接一根USB数据线，再连接到上位机上，增加了可见光接收装置放置的灵活性。
[0025]本发明的可见光接收装置的工作原理以及可见光接收方法为:首先可见光信号经过聚光透镜2汇聚到光电二极管7上，光电二极管7接收到亮暗闪灭的信号，并经过放大电路将微弱信号放大，带通滤波电路滤除杂波，只留下调制用的不同频率的两种载波，鉴频电路将两种载波信号转化为两种电压信号，整形电路将两种电压信号转化为标准的TTL信号，微控制器将接收到的信号进行识别，根据提前定义好的通信协议将数据提取出来，最后经过USB转换电路将信号通过USB接口 5传给上位机，上位机通过软件接收数据并显示。
[0026]如图3所示，是本发明提供的部分电路处理后的信号波形图，它包括滤波后的信号波形a，鉴频后的信号波形b以及整形后的信号波形C。图3中Vh为高频载波对应的电压值，'为低频载波对应的电压值，V…为整形电路中的参考电压值。
【主权项】
1.一种可见光接收装置，其特征在于:包括光电二极管、USB接口和壳体，光电二极管设置在壳体上，壳体上设置有USB接口，壳体内设置有放大电路、带通滤波电路、鉴频电路、整形电路、微控制器和USB转换电路，所述光电二极管的信号输出端连接放大电路的信号输入端，放大电路的信号输出端通过带通滤波电路连接鉴频电路的信号输入端，鉴频电路的信号输出端通过整形电路连接微控制器的信号输入端，微控制器的信号输出端通过USB转换电路连接USB接口。
2.根据权利要求1所述的一种可见光接收装置，其特征在于:所述的光电二极管外还设置有聚光透镜，聚光透镜固定在壳体上。
3.根据权利要求1或2所述的一种可见光接收装置，其特征在于:还包括电源开关，电源开关设置在壳体上。
4.根据权利要求3所述的一种可见光接收装置，其特征在于:还包括电源指示灯，电源指示灯的信号输入端与微控制器的信号输出端相连，用来指示该装置的上电情况，电源指示灯设置在壳体上。
5.根据权利要求4所述的一种可见光接收装置，其特征在于:还包括信号指示灯，信号指示灯的信号输入端与微控制器的信号输出端相连，用来指示该装置的信号传输情况，信号指示灯设置在壳体上。
6.根据权利要求4或5所述的一种可见光接收装置，其特征在于:所述的微控制器采用的芯片型号为STC15W204S。
7.根据权利要求6所述的一种可见光接收装置，其特征在于:所述的鉴频电路主芯片采用的型号为LM331。
8.一种可见光接收方法，其特征在于，所述可见光接收方法包括: 第一步骤，通过光电二极管将光信号转化为电信号； 第二步骤，通过放大电路将微弱的电信号放大； 第三步骤，通过带通滤波电路滤除低频噪声和高频杂波，提取两种载波信号； 第四步骤，通过鉴频电路将载波信号转换为电压信号； 第五步骤，通过整形电路将电压信号转化为标准的TTL信号； 第六步骤，通过微处理器将接收到的TTL信号根据相关协议进行识别，提取，并根据USB协议将数据发送出去； 第七步骤，通过USB转换电路将数据转化为上位机可识别的信号发送给上位机。
9.根据权利要求9所述的一种可见光接收方法，其特征在于:在第一步骤之前还包括通过聚光透镜汇集可见光信号的步骤。
【专利摘要】本发明公开了一种可见光接收装置，包括光电二极管、USB接口和壳体，光电二极管设置在壳体上，壳体上设置有USB接口，壳体内设置有放大电路、带通滤波电路、鉴频电路、整形电路、微控制器和USB转换电路，所述光电二极管的信号输出端连接放大电路的信号输入端，放大电路的信号输出端通过带通滤波电路连接鉴频电路的信号输入端，鉴频电路的信号输出端通过整形电路连接微控制器的信号输入端，微控制器的信号输出端通过USB转换电路连接USB接口。本发明中可见光接收装置中微处理器通过USB接口与上位机相连，可以根据不同的协议修改微控制器程序，使可见光接收装置可以识别不同通信协议下的数据信号，为可见光通信协议的研究提供了很大的方便。
【IPC分类】H04B10-60, H04B10-116
【公开号】CN104734785
【申请号】CN201510037003
【发明人】陈建明, 鲁国建, 王亭岭, 王成凤, 赵明明, 刘子介, 陈榕, 陈嘉琦, 郭香静, 张亚军, 陈方里
【申请人】华北水利水电大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月26日