一種基于白光led照明的光通信裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現(xiàn)通信功能，成本低，節(jié)能環(huán)保。本發(fā)明的裝置包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端包括與LED燈陣列連接的LED調(diào)制驅(qū)動電路，接收端包括LED光通信接收電路；LED調(diào)制驅(qū)動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極管組成的全波整流橋，全波整流橋的直流電壓輸出端并聯(lián)儲能電容，儲能電容的兩端連接濾波電路，濾波電路的輸出端連接光調(diào)制驅(qū)動芯片，芯片的開關(guān)控制管腳連接LED燈陣列的負極，芯片的開關(guān)管腳連接穩(wěn)壓二極管的負極和電感的一端，電感的另一端連接LED燈陣列的負極和保護電容的一端；接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元。
【專利說明】—種基于白光LED照明的光通信裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別是涉及一種基于白光LED照明的光通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，LED燈作為一種低碳、節(jié)能、環(huán)保的照明設(shè)備，已逐漸被人們所了解，也是在智能照明領(lǐng)域作為國家和地方政府大力扶植的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。LED以其鮮艷豐富的色彩、超長壽命以及極強的安全性能被業(yè)界所看好，逐漸將普通的照明燈(如白熾燈)淘汰出了照明市場。專家預(yù)計在2015年左右，LED照明將實現(xiàn)普及化。日前有研究報告顯示:LED照明研究又有新技術(shù)突破，可直接通過LED燈光進行寬帶網(wǎng)絡(luò)的連接。
[0003]LED燈與傳統(tǒng)照明設(shè)備不同，它不僅節(jié)能省電，也能夠通過高速的開關(guān)動作，發(fā)出調(diào)制信號，完成信息與指令的傳輸。LED發(fā)光是一閃一閃的，閃動頻率極高，每秒開關(guān)的速度最高可達200萬次，不停的開關(guān)動作不會影響正常的照明使用，更不會對人體產(chǎn)生影響，因為人的肉眼根本看不到這么快的頻率變化。這種閃動其實就是一種開、關(guān)過程，LED這一開一關(guān)就可以承擔(dān)發(fā)送信息的任務(wù)了，比如，開就代表“ I ”，關(guān)就代表“0”，通過信息編碼也就是O與I的各種組合，就可以通過燈光來傳遞了，燈光在空氣中傳輸就類似于光纖通信中信息在光纖中傳輸一樣，這就是LED可見光通信的基本原理。LED作為半導(dǎo)體器件，這種高速的亮滅也就是開關(guān)的通斷能力是它的特性，而白熾燈因為在亮滅的變化過程中非常容易被損壞，且亮滅變化動作太慢，因而不具備這種通信功能。在LED燈光照射范圍內(nèi)安置的接收設(shè)備就可以接收光信號，并能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)信息、指令的接收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現(xiàn)通信功能，信號傳輸穩(wěn)定，帶寬高，響應(yīng)速度快；并且成本低，節(jié)能環(huán)保。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于白光LED照明的光通信裝置，其特征在于，包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括與LED燈陣列連接的LED調(diào)制驅(qū)動電路，所述接收端包括LED光通信接收電路；
[0007]所述LED調(diào)制驅(qū)動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極管組成的全波整流橋，所述全波整流橋的直流電壓輸出端并聯(lián)連接儲能電容Cl，儲能電容Cl的兩端再連接RC濾波電路，RC濾波電路的電阻Rl的一端連接儲能電容Cl的正輸出端，濾波電容C2并聯(lián)在電阻Rl的另一端與儲能電容Cl的負輸出端之間；RC濾波電路的輸出端連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)管腳SW連接一個穩(wěn)壓二極管Dl的負極和電感LI的一端，電感LI的另一端連接LED燈陣列的負極和保護電容C4的一端，LED燈陣列的正極、穩(wěn)壓二極管的正極和和保護電容C4的另一端均連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的VBAT管腳；光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的復(fù)位管腳RSET通過電阻R2連接RC濾波電路的負輸出端；
[0008]所述接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元；所述PIN光電檢測器為PIN光電二極管Dl，所述放大電路包括第一晶體三極管Q3和第二晶體三極管Q4，第一晶體三極管Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極管Q4的基極，第一晶體三極管Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極管Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極管Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極管Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極管Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極管Dl的負極以及調(diào)節(jié)電阻R7的一端，調(diào)節(jié)電阻R7的另一端以及第一晶體三極管Q3的發(fā)射極和第二晶體三極管Q4的發(fā)射極共地；PIN光電二極管Dl的正極連接5V供電電源；所述信號處理單元包括DSP解碼模塊、FPGA系統(tǒng)控制模塊、MAC協(xié)議處理模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極管Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統(tǒng)控制模塊以及MAC協(xié)議處理模塊，MAC協(xié)議處理模塊連接網(wǎng)絡(luò)接口模塊。
[0009]所述LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，所述RGB-LED燈陣列由紅、綠、藍三色LED芯片封裝在一起，它們發(fā)出的光混合在一起得到白光。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果:本發(fā)明提供一種基于白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現(xiàn)通信功能，具有信號傳輸穩(wěn)定，帶寬高，響應(yīng)速度快的特點，并且成本低，節(jié)能環(huán)保。
[0011]本發(fā)明裝置的發(fā)送端包括與LED燈陣列連接的LED調(diào)制驅(qū)動電路，能夠接入交流電源，適應(yīng)性強，能夠在較寬的電壓范圍內(nèi)保持高效，向LED提供穩(wěn)定的工作電壓，使LED能夠穩(wěn)定工作，滿足照明要求，而且必須有很高的開關(guān)速率才能兼顧通信，因此采用光調(diào)制驅(qū)動芯片1C，具有更高的開關(guān)速率并且功耗更低；原始的二進制比特流經(jīng)過預(yù)處理和編碼后，通過LED調(diào)制驅(qū)動電路驅(qū)動LED，對LED進行強度調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號；與LED調(diào)制驅(qū)動電路連接的LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，RGB-LED燈陣列是采用紅、綠、藍三色LED芯片封裝在一起，它們發(fā)出的光混合在一起得到白光，并且RGB-LED具有很高的調(diào)制帶寬，可以實現(xiàn)很高的傳輸速率。
[0012]本發(fā)明裝置接收端的接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元，LED光信號經(jīng)光電檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，然后對電信號進行放大和處理，再通過信號處理單元進行數(shù)字信號處理，在FPGA系統(tǒng)控制模塊的控制下，通過DSP解碼模塊進行DSP解碼解調(diào)，通過MAC協(xié)議處理模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊傳輸出輸出信號。DSP解碼模塊采用通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字信號處理芯片，將DSP所擁有的靈活、精確、可靠性好、體積小、成本低、高運算速度這些在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢應(yīng)用到光通信中，大大提高了光通信的運算速度和可靠性，減小了電路體積，降低了制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明裝置的LED調(diào)制驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本發(fā)明裝置的LED光通信接收電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細說明。
[0016]一種基于白光LED照明的光通信裝置，包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端包括與LED燈陣列連接的LED調(diào)制驅(qū)動電路，接收端包括LED光通信接收電路。
[0017]如圖1所示,是本發(fā)明裝置的LED調(diào)制驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。LED調(diào)制驅(qū)動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極管組成的全波整流橋，全波整流橋的直流電壓輸出端并聯(lián)連接儲能電容Cl，儲能電容Cl的兩端再連接RC濾波電路，RC濾波電路的電阻Rl的一端連接儲能電容Cl的正輸出端，濾波電容C2并聯(lián)在電阻Rl的另一端與儲能電容Cl的負輸出端之間；RC濾波電路的輸出端連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)管腳SW連接一個穩(wěn)壓二極管Dl的負極和電感LI的一端，電感LI的另一端連接LED燈陣列的負極和保護電容C4的一端，LED燈陣列的正極、保護電容C4的另一端和穩(wěn)壓二極管的正極均連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的VBAT管腳；光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的復(fù)位管腳RSET通過電阻R2連接RC濾波電路的負輸出端。與LED調(diào)制驅(qū)動電路連接的LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，RGB-LED燈陣列是由紅、綠、藍三色LED芯片封裝在一起，它們發(fā)出的光混合在一起得到白光。
[0018]如圖2所示，是本發(fā)明裝置的LED光通信接收電路結(jié)構(gòu)圖。一種LED光通信接收電路，包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元；PIN光電檢測器為PIN光電二極管Dl,放大電路包括第一晶體三極管Q3和第二晶體三極管Q4，第一晶體三極管Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極管Q4的基極，第一晶體三極管Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極管Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極管Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極管Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極管Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極管Dl的負極以及調(diào)節(jié)電阻R7的一端，調(diào)節(jié)電阻R7的另一端以及第一晶體三極管Q3的發(fā)射極和第二晶體三極管Q4的發(fā)射極共地；PIN光電二極管Dl的正極連接5V供電電源；信號處理單元包括DSP解碼模塊、FPGA系統(tǒng)控制模塊、MAC協(xié)議處理模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極管Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統(tǒng)控制模塊以及MAC協(xié)議處理模塊，MAC協(xié)議處理模塊連接網(wǎng)絡(luò)接口模塊。
[0019]在LED光通信中，發(fā)射端驅(qū)動調(diào)制電路的主要任務(wù)是使LED即滿足照明需要，又要具有很高的開關(guān)速率以滿足傳輸數(shù)據(jù)的需要。本發(fā)明的LED調(diào)制驅(qū)動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極管組成的全波整流橋以及RC濾波電路，適應(yīng)性強，能夠在較寬的電壓范圍內(nèi)保持高效，向LED提供穩(wěn)定的工作電壓，使LED能夠穩(wěn)定工作，滿足照明要求；同時采用光調(diào)制驅(qū)動芯片1C，具有更高的開關(guān)速率和更低的功耗的特點，滿足了傳輸數(shù)據(jù)的需要；原始的二進制比特流經(jīng)過預(yù)處理和編碼后，通過LED調(diào)制驅(qū)動電路驅(qū)動LED，對LED進行強度調(diào)制，將電信號調(diào)制到LED光源上轉(zhuǎn)換為光信號傳輸出去。
[0020]在LED光通信中，接收端接收電路的主要任務(wù)是以最小的附加噪聲及失真，恢復(fù)出經(jīng)由無線光信道傳輸后光載波所攜帶的信息。本發(fā)明的接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元，承載著傳輸數(shù)據(jù)的LED光信號聚焦到光電檢測器上，首先經(jīng)光電檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，其中光電檢測器選用PIN光電檢測器，PIN光電檢測器具有量子效率高、靈敏度高、響應(yīng)速度快、噪聲小的特點；然后對電信號進行放大處理，放大電路采用兩級三極管直接耦合式放大電路，最大限度的減小失真；再通過信號處理單元對放大信號進行數(shù)字信號處理，在FPGA系統(tǒng)控制模塊的控制下，通過DSP解碼模塊進行DSP解碼解調(diào)，解碼模塊采用通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字信號處理芯片，擁有靈活、精確、可靠性好、體積小、成本低、高運算速度的特點，通過DSP解碼模塊解碼解調(diào)恢復(fù)出的發(fā)送端發(fā)送的信號，再通過MAC協(xié)議處理模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊傳輸出來。
[0021]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于白光LED照明的光通信裝置，其特征在于，包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括與LED燈陣列連接的LED調(diào)制驅(qū)動電路，所述接收端包括LED光通信接收電路； 所述LED調(diào)制驅(qū)動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極管組成的全波整流橋，所述全波整流橋的直流電壓輸出端并聯(lián)連接儲能電容Cl，儲能電容Cl的兩端再連接RC濾波電路，RC濾波電路的電阻Rl的一端連接儲能電容Cl的正輸出端，濾波電容C2并聯(lián)在電阻Rl的另一端與儲能電容Cl的負輸出端之間；RC濾波電路的輸出端連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的開關(guān)管腳SW連接一個穩(wěn)壓二極管Dl的負極和電感LI的一端，電感LI的另一端連接LED燈陣列的負極和保護電容C4的一端，LED燈陣列的正極、穩(wěn)壓二極管的正極和和保護電容C4的另一端均連接光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的VBAT管腳；光調(diào)制驅(qū)動芯片IC的復(fù)位管腳RSET通過電阻R2連接RC濾波電路的負輸出端； 所述接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元；所述PIN光電檢測器為PIN光電二極管Dl,所述放大電路包括第一晶體三極管Q3和第二晶體三極管Q4,第一晶體三極管Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極管Q4的基極，第一晶體三極管Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極管Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極管Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極管Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極管Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極管Dl的負極以及調(diào)節(jié)電阻R7的一端，調(diào)節(jié)電阻R7的另一端以及第一晶體三極管Q3的發(fā)射極和第二晶體三極管Q4的發(fā)射極共地；PIN光電二極管Dl的正極連接5V供電電源；所述信號處理單元包括DSP解碼模塊、FPGA系統(tǒng)控制模塊、MAC協(xié)議處理模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極管Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統(tǒng)控制模塊以及MAC協(xié)議處理模塊，MAC協(xié)議處理模塊連接網(wǎng)絡(luò)接口模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于白光LED照明的光通信裝置，其特征在于，所述LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，所述RGB-LED燈陣列由紅、綠、藍三色LED芯片封裝在一起，它們發(fā)出的光混合在一起得到白光。
【文檔編號】H04B10/116GK103561525SQ201310573918
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】張華
申請人:北京格林曼光電科技有限公司