一種usb接口led可見光串行通信裝置及其系統的製作方法
2024-02-14 08:14:15
一種usb接口led可見光串行通信裝置及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種USB接口LED可見光串行通信裝置及其系統，裝置包括：LED光發送部以及光敏二極體光接收部，分別通過USB‐RS232轉接線安裝在複數臺計算機從而組成通信系統，利用發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信的通信系統。
【專利說明】—種USB接口 LED可見光串行通信裝置及其系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於自由空間可見光（FSO)通信領域，特別涉及USB接口 LED可見光串行通信系統的設計。
【背景技術】
[0002]LED體積小、功率低、使用壽命長。它亮度高，熱量低，堅固耐用。相比傳統照明燈珠，LED擁有更省電、耐用、環保等突出特點。大功率LED其光效已超前三代光源。除了一般的優點，大功率LED工作電流更大，亮度也更高，點亮時間為納秒級別。這些特點都使得大功率LED成為可見光通信光源的選擇之一。
[0003]光纖寬帶已開始進入居民家庭。作為光通信的主流，光纖通信已較成熟。但室內可見光通信尚處於初期研究。由於LED光源具有良好的線性度，很多研究者已用LED做出很多FSO的研究成果，包括大量理論仿真以及部分實驗結果。
[0004]無論如何，LED的可見光照明通信應用已獲得實驗證實。人們集中於使用LED陣列和ro陣列來提高傳輸速率和通信質量。這些系統設計的目的是儘可能提高帶寬。但其系統結構較複雜，應用的可移植性和選擇性不佳。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明提供的一種USB接口 LED可見光串行通信裝置及其系統，基於將光收發模塊分別和電腦接口轉換電路耦合，利用USB接口的熱插拔性，使得光接收、發送模塊可快捷的連接至電腦，實現兩臺或多臺電腦間異步通信，進行小文件傳輸，傳輸文件格式不限，從而提供一種裝置及系統結構簡單，具有較佳的應用可移植性和選擇性。同時，LED燈可進行照明，閃爍頻率高於人眼極限頻率。
[0006]為實現上述目的，本發提供了一種便捷USB接口 LED可見光串行通信裝置及其系統可以使用以下設計方案：
[0007]本發明提供了一種USB接口 LED可見光串行通信裝置，包括：LED光發送部以及光敏二極體光接收部，由直流電源進行供電，分別通過USB - RS232轉接線安裝在複數臺計算機，利用發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信，其特徵在於：LED光發送部由MAX232電平轉換模塊、第一與非門、LED的驅動及光調製電路、光源LED組成；以及光敏二極體光接收部包含光敏二極體光接收器和第二與非門，並且並聯接入MAX232電平轉換模塊；其中，在其中一部USB接口 LED可見光串行通信裝置中的USB -RS232轉接線連接MAX232電平轉換模塊和計算機，計算機傳輸串口電平信號經USB - RS232轉接線後，MAX232電平轉換模塊將串口電平信號轉換為TTL電平信號，將TTL電平信號經於第一非門反向後輸入到LED的驅動及光調製電路實現光信號的調製，並驅動光源LED，發送光信號，安裝在另一臺計算機上的USB接口 LED可見光串行通信裝置中的光敏二極體光接收部接收到光信號後，由光敏二極體光接收器產生TTL電平信號，經過第二與非門反相後接入MAX232電平轉換器，最後經USB - RS232轉接線由計算機接收到，完成計算機之間的異步通信。[0008]本發明所涉及的USB接口 LED可見光串行通信裝置，LED光發送部的LED的驅動及光調製電路採用二進位啟閉監控的方法對光信號進行調製。
[0009]進一步，LED的驅動及光調製電路包括複數個三級管並聯而成，並聯的三級管的基極通過第一與非門接入MAX232電平轉換器的信號發送端，並聯的三級管的發射極與集電極之間連接光源LED，用於驅動光源LED，MAX232電平轉換器產生的信號電壓經並聯的三級管的開關動作實現調製。
[0010]此外，本發明同時提供了一種USB接口 LED可見光串口通信系統，由複數臺USB接口 LED可見光串行通信裝置分別安裝在複數臺計算機，並利用的USB接口 LED可見光串行通信裝置通過發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信。
[0011]上述方案中，兩臺或多臺計算機預先裝有轉接線的驅動程序，以及串口通信助手軟體，並設置對應埠。
[0012]本發明通過電腦串口調試助手軟體控制，傳輸信號經USB-RS232的轉接線，反相後傳遞給單顆大功率LED的驅動及光調製電路，構成光發送模塊。接收電路採用了小尺寸光敏二極體接收模塊，結合USB-RS232的轉接線把信號處理後傳輸到電腦，再由串口調試助手軟體解碼得到目標信息。這種USB接口 LED可見光串行通信系統實現了光源和接收器在距離I米，且固定方向的情況下，兩臺或多臺具備USB接口的電腦間進行小文件傳輸。通信方式為異步通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖I是USB接口 LED可見光串行通信裝置及其系統的結構圖；
[0014]圖2是USB接口 LED可見光串行通信裝置的LED的驅動及光調製電路連接圖；
[0015]圖3是USB接口 LED可見光串行通信裝置的光收發模塊詳細連接圖；
[0016]圖4是傳輸實驗的示波器示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發明所涉及的一種基於感應器攝像機的人機協作裝置及其系統的優選實施例做詳細闡述，但本發明並不僅限於該實施例。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節。
[0018]圖I為USB接口 LED可見光串行通信裝置及其系統的結構圖。
[0019]如圖I所示，USB接口 LED可見光串行通信系統10的最小單元包括兩個互相通信的USB接口 LED可見光串行通信裝置100。
[0020]LED光發送部由MAX232電平轉換模塊101、第一與非門106、LED的驅動及光調製電路103、光源LED，即光源發光二極體108組成，並由5V直流電源102進行供電。USB-RS232連接線105連接電腦和MAX232電平轉換器101，轉換器101將串口電平信號轉換為TTL電平信號。轉換後信號輸入到調製器103，對LED光信號進行調製。
[0021]光敏二極體光接收部包含光敏二極體光接收器104和第二與非門107，5V直流電源102同時對光敏二極體光接收部分供電，即供給ro光接收器104和電平轉換模塊101，H)光接收器104是並聯的接入MAX232電平轉換器101的。另一臺USB接口 LED可見光串行通信裝置100的ro光接收器104、即光敏二極體光接收器接收光信號後，提取信號為TTL電平輸入到MAX232電平轉換器101，再經USB-RS232轉接線105被另一臺計算機接收，由串口調試助手軟體解碼得到目標信息。系統可進行雙工通信。從而利用的USB接口 LED可見光串行通信裝置100通過發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信。
[0022]圖2為USB接口 LED可見光串行通信裝置的LED的驅動及光調製電路連接圖。
[0023]如圖2示，LED的驅動及光調製電路103包括：三個並聯的2N2907三極體，恆流驅動光源LED，即光源發光二級管108。三個並聯的2N2907三極體的基極接入點連接MAX232電平轉換器101的信號發送端，並聯的三級管的發射極與集電極之間連接光源發光二極體108。由MAX232電平轉換器101產生的信號電SVi經第一與非門106反相後驅動三極體作為開關，控制光源LED、即光源發光二級管108通斷實現光信號的調製。兩部分構成OOK調製電路、即二進位啟閉監控的方法對光信號進行調製。電壓反相用於輔助實現光源照明功能。並聯的三級管的發射極與集電極之間連接光源LED
[0024]圖3為USB接口 LED可見光串行通信裝置的光收發模塊詳細連接圖。
[0025]如圖3所示，H)光接收器104產生TTL電平信號，經過第二與非門反107相後可直接並聯接入MAX232電平轉換器101。因為調製信號經過反相處理，所以這裡的與非門反相還原是必要的。MAX232電平轉換器101將串口信號轉換為電路能識別的TTL信號，通信時用到數據發射端和接收端，對於串口其他狀態信號，採用本端環回的措施以默認連接已經建立。
[0026]串口通信助手的發送間隔時間設置為I?IOms之間，則燈光閃爍頻率為100?1000Hz。可以進行照明。發送端軟體載入待傳輸的圖片文件，在接收端軟體設置好文件格式和路徑。發送後，接收端自動接收保存。
[0027]圖4為傳輸實驗的示波器示意圖
[0028]如圖4所示，在發送框內輸入字符，勾選數據重複發送，示波器結果顯示發送和接收數據的波形圖，其中SigO為發送端的波形，Sigl為接收端的波形顯示。發送文件時，勾選「啟用文件數據源」，到目的文件夾選中目的文件「學校LOGO, jpg」，在發送前，發送端和接收端應對文件格式達成共識，即約定。接收端勾選「接收轉向文件」，在指定目錄下建立文件「logo, jpg」，點擊發送。接收端接收到完整文件，一次通信即完成。
[0029]以上的實施例僅用於說明本發明的技術思想及特點，其目的在於使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，不能僅以本實施例來限定本發明的專利範圍，即凡依本發明所揭示的精神所作的等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種USB接口 LED可見光串行通信裝置，包括：LED光發送部以及光敏二極體光接收部，由直流電源進行供電，分別通過USB -RS232轉接線安裝在複數臺計算機，利用發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信，其特徵在於： 所述LED光發送部由MAX232電平轉換模塊、第一與非門、LED的驅動及光調製電路、光源LED組成；以及 所述光敏二極體光接收部包含光敏二極體光接收器和第二與非門，並且並聯接所述MAX232電平轉換模塊； 其中，在其中一部USB接口 LED可見光串行通信裝置中的所述USB-RS232轉接線連接所述MAX232電平轉換模塊和計算機，計算機傳輸串口電平信號經所述USB - RS232轉接線後，所述MAX232電平轉換模塊將所述串口電平信號轉換為TTL電平信號，將所述TTL電平信號經所述第一與非門反向後輸入到所述LED的驅動及光調製電路實現光信號的調製，並驅動所述光源LED，發送光信號， 安裝在另一臺計算機上的USB接口 LED可見光串行通信裝置中的光敏二極體光接收部接收到所述光信號後，由光敏二極體光接收器產生TTL電平信號，經過所述第二與非門反相後接入MAX232電平轉換器，最後經USB -RS232轉接線由計算機接收到，完成計算機之間的異步通信。
2.根據權利要求I所述的USB接口LED可見光串行通信裝置，其特徵在於： 其中，所述LED光發送部的LED的驅動及光調製電路採用二進位啟閉監控的方法對光信號進行調製。
3.根據權利要求I所述的USB接口LED可見光串行通信裝置，其特徵在於： 其中，所述LED的驅動及光調製電路包括複數個三級管並聯而成，所述並聯的三級管的基極通過所述第一與非門接入所述MAX232電平轉換器的信號發送端，所述並聯的三級管的發射極與集電極之間連接所述光源LED，用於驅動所述光源LED，所述MAX232電平轉換器產生的信號電壓經所述並聯的三級管的開關動作實現調製。
4.一種USB接口 LED可見光串口通信系統，其特徵在於： 由複數臺權利要求I?3中任一項所述的USB接口 LED可見光串行通信裝置分別安裝在複數臺計算機，並利用所述的USB接口 LED可見光串行通信裝置通過發送和接收光信號實現複數臺計算機之間異步通信。
【文檔編號】H04B10/116GK103490814SQ201310446529
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】楊馥瑞, 於德魯, 許鍵 申請人:上海理工大學