一種基於白光led照明的光通信裝置製造方法
2023-06-17 08:26:56 1
一種基於白光led照明的光通信裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種基於白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現通信功能，成本低，節能環保。本發明的裝置包括發送端和接收端，發送端包括與LED燈陣列連接的LED調製驅動電路，接收端包括LED光通信接收電路；LED調製驅動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極體組成的全波整流橋，全波整流橋的直流電壓輸出端並聯儲能電容，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製驅動晶片，晶片的開關控制管腳連接LED燈陣列的負極，晶片的開關管腳連接穩壓二極體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】—種基於白光LED照明的光通信裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及光通信領域，特別是涉及一種基於白光LED照明的光通信裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，LED燈作為一種低碳、節能、環保的照明設備，已逐漸被人們所了解，也是在智能照明領域作為國家和地方政府大力扶植的戰略性新興產業。LED以其鮮豔豐富的色彩、超長壽命以及極強的安全性能被業界所看好，逐漸將普通的照明燈(如白熾燈)淘汰出了照明市場。專家預計在2015年左右，LED照明將實現普及化。日前有研究報告顯示:LED照明研究又有新技術突破，可直接通過LED燈光進行寬帶網絡的連接。
[0003]LED燈與傳統照明設備不同，它不僅節能省電，也能夠通過高速的開關動作，發出調製信號，完成信息與指令的傳輸。LED發光是一閃一閃的，閃動頻率極高，每秒開關的速度最高可達200萬次，不停的開關動作不會影響正常的照明使用，更不會對人體產生影響，因為人的肉眼根本看不到這麼快的頻率變化。這種閃動其實就是一種開、關過程，LED這一開一關就可以承擔發送信息的任務了，比如，開就代表「 I 」，關就代表「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於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作為半導體器件，這種高速的亮滅也就是開關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燈光照射範圍內安置的接收設備就可以接收光信號，並能把光信號轉換為電信號，實現信息、指令的接收。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種基於白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現通信功能，信號傳輸穩定，帶寬高，響應速度快；並且成本低，節能環保。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]一種基於白光LED照明的光通信裝置，其特徵在於，包括發送端和接收端，所述發送端包括與LED燈陣列連接的LED調製驅動電路，所述接收端包括LED光通信接收電路；
[0007]所述LED調製驅動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極體組成的全波整流橋，所述全波整流橋的直流電壓輸出端並聯連接儲能電容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並聯在電阻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製驅動晶片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調製驅動晶片IC的開關控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調製驅動晶片IC的開關管腳SW連接一個穩壓二極體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、穩壓二極體的正極和和保護電容C4的另一端均連接光調製驅動晶片IC的VBAT管腳；光調製驅動晶片IC的復位管腳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光電二極體Dl，所述放大電路包括第一晶體三極體Q3和第二晶體三極體Q4，第一晶體三極體Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極體Q4的基極，第一晶體三極體Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極體Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極體Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極體Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極體Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極體Dl的負極以及調節電阻R7的一端，調節電阻R7的另一端以及第一晶體三極體Q3的發射極和第二晶體三極體Q4的發射極共地；PIN光電二極體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系統控制模塊、MAC協議處理模塊以及網絡接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極體Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統控制模塊以及MAC協議處理模塊，MAC協議處理模塊連接網絡接口模塊。
[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晶片封裝在一起，它們發出的光混合在一起得到白光。
[0010]本發明的技術效果:本發明提供一種基於白光LED照明的光通信裝置，使LED照明燈陣列實現通信功能，具有信號傳輸穩定，帶寬高，響應速度快的特點，並且成本低，節能環保。
[0011]本發明裝置的發送端包括與LED燈陣列連接的LED調製驅動電路，能夠接入交流電源，適應性強，能夠在較寬的電壓範圍內保持高效，向LED提供穩定的工作電壓，使LED能夠穩定工作，滿足照明要求，而且必須有很高的開關速率才能兼顧通信，因此採用光調製驅動晶片1C，具有更高的開關速率並且功耗更低；原始的二進位比特流經過預處理和編碼後，通過LED調製驅動電路驅動LED，對LED進行強度調製，將電信號轉換為光信號；與LED調製驅動電路連接的LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，RGB-LED燈陣列是採用紅、綠、藍三色LED晶片封裝在一起，它們發出的光混合在一起得到白光，並且RGB-LED具有很高的調製帶寬，可以實現很高的傳輸速率。
[0012]本發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光信號經光電檢測器轉換為電信號，然後對電信號進行放大和處理，再通過信號處理單元進行數位訊號處理，在FPGA系統控制模塊的控制下，通過DSP解碼模塊進行DSP解碼解調，通過MAC協議處理模塊和網絡接口模塊傳輸出輸出信號。DSP解碼模塊採用通用或專用的數位訊號處理晶片，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域的優勢應用到光通信中，大大提高了光通信的運算速度和可靠性，減小了電路體積，降低了製造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明裝置的LED調製驅動電路結構圖。
[0014]圖2是本發明裝置的LED光通信接收電路結構圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細說明。
[0016]一種基於白光LED照明的光通信裝置，包括發送端和接收端，發送端包括與LED燈陣列連接的LED調製驅動電路，接收端包括LED光通信接收電路。
[0017]如圖1所示,是本發明裝置的LED調製驅動電路結構圖。LED調製驅動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極體組成的全波整流橋，全波整流橋的直流電壓輸出端並聯連接儲能電容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並聯在電阻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製驅動晶片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調製驅動晶片IC的開關控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調製驅動晶片IC的開關管腳SW連接一個穩壓二極體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的另一端和穩壓二極體的正極均連接光調製驅動晶片IC的VBAT管腳；光調製驅動晶片IC的復位管腳RSET通過電阻R2連接RC濾波電路的負輸出端。與LED調製驅動電路連接的LED燈陣列為RGB-LED燈陣列，RGB-LED燈陣列是由紅、綠、藍三色LED晶片封裝在一起，它們發出的光混合在一起得到白光。
[0018]如圖2所示，是本發明裝置的LED光通信接收電路結構圖。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光電二極體Dl,放大電路包括第一晶體三極體Q3和第二晶體三極體Q4，第一晶體三極體Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極體Q4的基極，第一晶體三極體Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極體Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極體Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極體Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極體Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極體Dl的負極以及調節電阻R7的一端，調節電阻R7的另一端以及第一晶體三極體Q3的發射極和第二晶體三極體Q4的發射極共地；PIN光電二極體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系統控制模塊、MAC協議處理模塊以及網絡接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極體Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統控制模塊以及MAC協議處理模塊，MAC協議處理模塊連接網絡接口模塊。
[0019]在LED光通信中，發射端驅動調製電路的主要任務是使LED即滿足照明需要，又要具有很高的開關速率以滿足傳輸數據的需要。本發明的LED調製驅動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極體組成的全波整流橋以及RC濾波電路，適應性強，能夠在較寬的電壓範圍內保持高效，向LED提供穩定的工作電壓，使LED能夠穩定工作，滿足照明要求；同時採用光調製驅動晶片1C，具有更高的開關速率和更低的功耗的特點，滿足了傳輸數據的需要；原始的二進位比特流經過預處理和編碼後，通過LED調製驅動電路驅動LED，對LED進行強度調製，將電信號調製到LED光源上轉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是以最小的附加噪聲及失真，恢復出經由無線光信道傳輸後光載波所攜帶的信息。本發明的接收電路包括PIN光電檢測器、放大電路和信號處理單元，承載著傳輸數據的LED光信號聚焦到光電檢測器上，首先經光電檢測器轉換為電信號，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、響應速度快、噪聲小的特點；然後對電信號進行放大處理，放大電路採用兩級三極體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位訊號處理，在FPGA系統控制模塊的控制下，通過DSP解碼模塊進行DSP解碼解調，解碼模塊採用通用或專用的數位訊號處理晶片，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解碼模塊解碼解調恢復出的發送端發送的信號，再通過MAC協議處理模塊和網絡接口模塊傳輸出來。
[0021]應當指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領域的技術人員更全面地理解本發明創造，但不以任何方式限制本發明創造。因此，儘管本說明書和實施例對本發明創造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明創造進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發明的精神和範圍的技術方案及其改進，其均涵蓋在本發明創造專利的保護範圍當中。
【權利要求】
1.一種基於白光LED照明的光通信裝置，其特徵在於，包括發送端和接收端，所述發送端包括與LED燈陣列連接的LED調製驅動電路，所述接收端包括LED光通信接收電路； 所述LED調製驅動電路包括能夠接入交流電源的由四個二極體組成的全波整流橋，所述全波整流橋的直流電壓輸出端並聯連接儲能電容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並聯在電阻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製驅動晶片IC的供電電源管腳VBAT和地管腳GND，光調製驅動晶片IC的開關控制管腳CTRL連接LED燈陣列的負極，光調製驅動晶片IC的開關管腳SW連接一個穩壓二極體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、穩壓二極體的正極和和保護電容C4的另一端均連接光調製驅動晶片IC的VBAT管腳；光調製驅動晶片IC的復位管腳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光電二極體Dl,所述放大電路包括第一晶體三極體Q3和第二晶體三極體Q4,第一晶體三極體Q3的集電極通過電容C6連接第二晶體三極體Q4的基極，第一晶體三極體Q3的集電極還通過保護電阻R9連接5V供電電源，第二晶體三極體Q4的集電極通過保護電阻Rll連接5V供電電源，第一晶體三極體Q3的集電極和基極之間具有偏置電阻R8，第二晶體三極體Q4的集電極和基極之間具有偏置電阻RlO ;第一晶體三極體Q3的基極通過電容C5連接PIN光電二極體Dl的負極以及調節電阻R7的一端，調節電阻R7的另一端以及第一晶體三極體Q3的發射極和第二晶體三極體Q4的發射極共地；PIN光電二極體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系統控制模塊、MAC協議處理模塊以及網絡接口模塊，所述DSP解碼模塊的輸入端連接第二晶體三極體Q4的集電極，DSP解碼模塊的輸出端分別連接FPGA系統控制模塊以及MAC協議處理模塊，MAC協議處理模塊連接網絡接口模塊。
2.根據權利要求1所述的基於白光LED照明的光通信裝置，其特徵在於，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晶片封裝在一起，它們發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 優先權日:2013年11月18日
【發明者】張華
申請人:北京格林曼光電科技有限公司