一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)至信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊，信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊對(duì)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并加載到LED直流驅(qū)動(dòng)電源，使得直流驅(qū)動(dòng)電源的輸出電流包含直流分量和調(diào)制電流分量；直流分量為L(zhǎng)ED光源供電，調(diào)制電流分量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，通過自由空間傳輸；硅光電池陣列作為探測(cè)器，接收LED光源發(fā)出的光，將光轉(zhuǎn)換成電壓；硅光電池陣列輸出電壓包括直流電壓分量和交變電壓分量?jī)刹糠?；直流電壓分量為?shù)據(jù)存儲(chǔ)器和放大解調(diào)電路供電，交流電壓分量通過放大解調(diào)電路解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)，完成通信。本發(fā)明不需要外部供電電源，實(shí)現(xiàn)了光能復(fù)用和系統(tǒng)自我供能，有利于可見光通信的實(shí)際應(yīng)用。
【專利說明】一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光能復(fù)用技術(shù)和系統(tǒng)自我供能技術(shù)的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]基于LED的可見光通信(VLC)系統(tǒng)將照明與通信融合，是一種新興的光無線通信技術(shù)。LED光源具有響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)，低功耗的特點(diǎn)。近年來，隨著LED發(fā)光效率的不斷提高，LED正在逐漸取代白熾燈成為下一代照明光源。VLC具有更高的安全性和私密性，不產(chǎn)生電磁干擾，也無需相應(yīng)頻段的許可授權(quán)，是射頻通信之外的另一種無線通信方式。VLC正在成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn):Aleksandar Jovicic et al, “VisibleLight Communicat1n:Opportunities, Challenges and the Path to Market，，，IEEECommunicat1ns Magazine, Vol.51, n0.12, p.26-32(2013)。
[0003]硅光電池用于可見光通信的研究還很少。韓國的科研人員首先研究了硅光電池接收可見光信號(hào)的可行性和頻率響應(yīng)特性。文獻(xiàn):Sung-Man Kim et al., “Simultaneousrecept1n of solar power and visible light，，，Optical Engineering, Vol.53,n0.4(2014)。
[0004]目前，可見光通信系統(tǒng)中，多用PIN或APD等光電轉(zhuǎn)換元件做光接收器，經(jīng)過后端電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、濾波、解調(diào)等。接收機(jī)的工作電流由外部電源提供。這就限制了接收機(jī)的自由移動(dòng)性。而用電池供電又不能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電。所以本發(fā)明提出用硅光電池作為光接收機(jī)，在接收信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，給蓄電池充電，為工作電路提供電源，而不需要任何外部電源，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自由移動(dòng)通信。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，以充分利用光能量，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的能量自給。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)1，信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2，LED直流驅(qū)動(dòng)電源3，LED光源4，硅光電池陣列5，交流濾波電路6，第一升壓變換器7，鋰電池8，第二升壓變換器9，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10，直流濾波電路12，放大解調(diào)電路13和終端設(shè)備14，其中:在發(fā)送端，計(jì)算機(jī)I發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)被傳輸給信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2 ;信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2對(duì)該信號(hào)進(jìn)行開關(guān)鍵控00K調(diào)制，并通過Bias-T將調(diào)制信號(hào)加載到LED直流驅(qū)動(dòng)電源3，使得直流驅(qū)動(dòng)電源3的輸出電流包含了直流分量和調(diào)制電流分量；直流分量為L(zhǎng)ED光源4供電，調(diào)制電流分量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，通過自由空間傳輸；在接收端，娃光電池陣列5作為探測(cè)器,接收LED光源4發(fā)出的光,基于光電轉(zhuǎn)換原理，將光轉(zhuǎn)換成電壓；娃光電池陣列5輸出電壓包括直流電壓分量和交變電壓分量?jī)刹糠?；交流濾波電路6濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電；直流濾波電路12濾除硅光電池陣列5輸出電壓中的直流電壓分量，交流電壓分量通過放大解調(diào)電路13解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)，該原始信號(hào)被傳輸?shù)浇K端設(shè)備14，完成通?目。
[0009]上述方案中，在接收端，交流濾波電路6濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電，采用以下兩種方式:一種是交流濾波電路6提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器7進(jìn)行升壓變換后為鋰電池8充電，同時(shí)鋰電池8輸出電壓通過第二升壓變換器9升壓后對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電；另一種是交流濾波電路6提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器7進(jìn)行升壓變換后直接為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電。
[0010]上述方案中，所述LED光源4為大功率光源，同時(shí)作為通信光源和供能光源，實(shí)現(xiàn)光能的復(fù)用。
[0011 ] 上述方案中，所述LED光源4作為通信光源，信號(hào)通過所述信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2和LED直流驅(qū)動(dòng)電源3加載到所述LED光源4上，數(shù)字信號(hào)中的O和I對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，并且光通過自由空間傳輸，實(shí)現(xiàn)無線通信。
[0012]上述方案中，所述LED光源4作為供能光源，大功率LED發(fā)出的一定功率的光，通過自由空間達(dá)到所述娃光電池陣列5表面,基于光電轉(zhuǎn)換原理,將光能轉(zhuǎn)換為電能。
[0013]上述方案中，所述硅光電池陣列5用做可見光探測(cè)器，基于光電轉(zhuǎn)換原理，硅光電池陣列輸出電壓值與入射光照強(qiáng)度成正相關(guān)，娃光電池陣列輸出的電壓包括直流電壓和交變電壓兩部分，通過濾波電路將直流電壓和交變電壓分離；對(duì)于分離出的交流電壓分量，硅光電池陣列將變化的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)與娃光電池陣列探測(cè)到的光強(qiáng)度值成正相關(guān)；通過提取該交流電壓分量，能夠恢復(fù)出原始信號(hào)；對(duì)于分離出的直流電壓分量，有兩種方式對(duì)外供電:直接供電的方式和對(duì)蓄電池充電再由蓄電池對(duì)外供電的方式。
[0014]上述方案中，所述娃光電池陣列5由串聯(lián)和并聯(lián)的娃光電池構(gòu)成。
[0015]上述方案中，所述第一升壓變換器7和所述第二升壓變換器9用于提高電壓值，以滿足電路工作電壓和穩(wěn)定供電。
[0016]上述方案中，所述放大解調(diào)電路13與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10連接，在交流電壓分量通過放大解調(diào)電路13解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)后，所述放大解調(diào)電路13將原始信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10再讀取，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。
[0017]上述方案中，所述放大解調(diào)電路13用于對(duì)交流電壓分量進(jìn)行放大、濾波和整形，恢復(fù)為原始信號(hào)。
[0018](三)有益效果
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明提出的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，接收端不需要外部供電電源，利用光電轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我供能，并且實(shí)現(xiàn)了接收端的自由移動(dòng)通信。
[0021]2、本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，用硅光電池作為可見光接收機(jī)，在接收信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，給蓄電池充電，為工作電路提供電源。同時(shí)用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)電池充電過程中的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。也可以先將電池充電，達(dá)到一定電量時(shí)再恢復(fù)系統(tǒng)通信。此過程由單片機(jī)控制，可以根據(jù)實(shí)際需要控制充電和通信過程。本發(fā)明充分利用了光能量，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的能量自給。并且使真正意義的自由移動(dòng)通信成為可能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)的示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)中硅光電池陣列的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)傳送信號(hào)，通過信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊將信號(hào)加載到LED光源上，將數(shù)字信號(hào)中的O和I對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，通過自由空間傳輸。在接收端用硅光電池做探測(cè)器，基于光電轉(zhuǎn)換原理，將變化的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。后端通過濾波電路，分離電壓的直流分量和交流分量。直流電壓為電池充電，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。交流分量通過放大解調(diào)電路恢復(fù)原始信號(hào)。放大解調(diào)電路連接存儲(chǔ)器，將數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)再讀取，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。也可以先將電池充電，達(dá)到一定電量時(shí)再恢復(fù)系統(tǒng)通信。此過程由單片機(jī)控制，可以根據(jù)實(shí)際需要控制充電和通信過程。最后數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端設(shè)備，完成通信。本發(fā)明提出的能量自給的可見光通信系統(tǒng)，接收端不需要外部供電電源，利用光電轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我供能，并且實(shí)現(xiàn)了接收端的自由移動(dòng)通信。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)I，信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2，LED直流驅(qū)動(dòng)電源3，LED光源4，硅光電池陣列5，交流濾波電路6，第一升壓變換器7，鋰電池8，第二升壓變換器9，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10，直流濾波電路12，放大解調(diào)電路13和終〗而設(shè)備14，其中:
[0027]在發(fā)送端，計(jì)算機(jī)I發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)被傳輸給信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2 ;信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2對(duì)該信號(hào)進(jìn)行開關(guān)鍵控OOK調(diào)制，并通過Bias-T將調(diào)制信號(hào)加載到LED直流驅(qū)動(dòng)電源3，使得直流驅(qū)動(dòng)電源3的輸出電流包含了直流分量和調(diào)制電流分量；直流分量為L(zhǎng)ED光源4供電，調(diào)制電流分量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，通過自由空間傳輸；
[0028]在接收端，硅光電池陣列5作為探測(cè)器，接收LED光源4發(fā)出的光，基于光電轉(zhuǎn)換原理，將光轉(zhuǎn)換成電壓；娃光電池陣列5輸出電壓包括直流電壓分量和交變電壓分量?jī)刹糠郑唤涣鳛V波電路6濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電；直流濾波電路12濾除硅光電池陣列5輸出電壓中的直流電壓分量，交流電壓分量通過放大解調(diào)電路13解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)，該原始信號(hào)被傳輸?shù)浇K端設(shè)備14，完成通?目。
[0029]圖1中，在接收端，交流濾波電路6濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電，采用以下兩種方式:一種是交流濾波電路6提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器7進(jìn)行升壓變換后為鋰電池8充電，同時(shí)鋰電池8輸出電壓通過第二升壓變換器9升壓后對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電；另一種是交流濾波電路6提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器7進(jìn)行升壓變換后直接為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電，如虛線11的連接方式所示。
[0030]LED光源4為10?20顆IW的LED燈組成的大功率光源，同時(shí)作為通信光源和供能光源，實(shí)現(xiàn)光能的復(fù)用。LED光源4作為通信光源，信號(hào)通過所述信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2和LED直流驅(qū)動(dòng)電源3加載到所述LED光源4上，數(shù)字信號(hào)中的O和I對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，并且光通過自由空間傳輸，實(shí)現(xiàn)無線通信。LED光源4作為供能光源，大功率LED發(fā)出的一定功率的光，通過自由空間達(dá)到所述硅光電池陣列5表面，基于光電轉(zhuǎn)換原理，將光能轉(zhuǎn)換為電能。
[0031]硅光電池陣列5用做可見光探測(cè)器，由串聯(lián)和并聯(lián)的硅光電池構(gòu)成，如圖2所示。基于光電轉(zhuǎn)換原理，娃光電池陣列輸出電壓值與入射光照強(qiáng)度成正相關(guān)，娃光電池陣列輸出的電壓包括直流電壓和交變電壓兩部分，通過濾波電路將直流電壓和交變電壓分離；對(duì)于分離出的交流電壓分量，娃光電池陣列將變化的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)與硅光電池陣列探測(cè)到的光強(qiáng)度值成正相關(guān)；通過提取該交流電壓分量，能夠恢復(fù)出原始信號(hào)；對(duì)于分離出的直流電壓分量，有兩種方式對(duì)外供電:直接供電的方式和對(duì)蓄電池充電再由蓄電池對(duì)外供電的方式。
[0032]第一升壓變換器7和第二升壓變換器9用于提高電壓值，以滿足電路工作電壓和穩(wěn)定供電。放大解調(diào)電路13與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10連接，在交流電壓分量通過放大解調(diào)電路13解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)后，所述放大解調(diào)電路13將原始信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10，再讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端設(shè)備14。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取方式有兩種，一種是邊存儲(chǔ)邊讀取，另一種是先將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，再讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端設(shè)備。后者可以根據(jù)實(shí)際需要開始數(shù)據(jù)傳輸過程，單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。為了保障電池有一定初始電量使系統(tǒng)能夠工作，先將電池接受一段時(shí)間穩(wěn)定光照進(jìn)行充電，當(dāng)電池電量達(dá)到一定值時(shí)，開始加載調(diào)制信號(hào)到光源，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。放大解調(diào)電路13用于對(duì)交流電壓分量進(jìn)行放大、濾波和整形，恢復(fù)為原始信號(hào)。
[0033]基于圖1所示的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)的示意圖，以下對(duì)本發(fā)明提供的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的過程進(jìn)行詳細(xì)說明，具體包括以下步驟:
[0034]步驟1:計(jì)算機(jī)I通過串口發(fā)送信號(hào)至信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2 ；
[0035]步驟2:信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊2對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行編碼后進(jìn)行開關(guān)鍵控調(diào)制，并通過Bias-T將調(diào)制后的信號(hào)加載到LED直流驅(qū)動(dòng)電源3 ；
[0036]步驟3:加載了調(diào)制信號(hào)的LED直流驅(qū)動(dòng)電源3輸出電流包括直流分量和調(diào)制電流分量，其中直流分量為L(zhǎng)ED光源4供電，調(diào)制電流將信號(hào)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成LED光源4光強(qiáng)的變化；
[0037]步驟4 =LED信號(hào)光源4發(fā)出的光通過自由空間傳輸；LED信號(hào)光源4為大功率光源，在本系統(tǒng)中不僅作為照明光源，也是通信光源和供能光源；
[0038]步驟5:硅光電池陣列5接收LED信號(hào)光源4發(fā)出的光，并將光能轉(zhuǎn)換成電能。硅光電池陣列5由串聯(lián)和并聯(lián)的硅光電池構(gòu)成，目的在于增大光強(qiáng)探測(cè)面積，使硅光電池接收到足夠的光能量。基于光電轉(zhuǎn)換原理，娃光電池陣列5可以將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電壓輸出。娃光電池陣列5的輸出電壓包括直流電壓和交變電壓兩部分，其中直流電壓用于為系統(tǒng)供電，交變電壓通過信號(hào)解調(diào)恢復(fù)原始信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通信。
[0039]步驟6:交流濾波電路6濾除硅光電池陣列5輸出電壓中的交變電壓，提取直流電壓。
[0040]步驟7:交流濾波電路6提取的直流電壓通過第一升壓變換器7做升壓變換，升壓變換后的直流電壓有兩種對(duì)外供電的方式，一種通過步驟8對(duì)鋰電池8充電，鋰電池8對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電。另一種是通過步驟11，升壓變換后的直流電壓不經(jīng)過鋰電池8充電過程，直接對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電。
[0041]步驟8:鋰電池8存儲(chǔ)硅光電池光電轉(zhuǎn)換輸出的電能，鋰電池有一定的初始電量，使系統(tǒng)能夠工作，有光照后，由娃光電池陣列5對(duì)其充電的同時(shí),對(duì)外供電。
[0042]步驟9:鋰電池8輸出電壓通過第二升壓變換器9進(jìn)行升壓，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電。
[0043]步驟10:存儲(chǔ)器10由單片機(jī)控制，存放電池充電過程中放大解調(diào)電路13解調(diào)輸出的數(shù)據(jù)，電池充電完成開始讀取數(shù)據(jù)，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)的丟失。
[0044]步驟11:經(jīng)第一升壓變換器7升壓變換后的直流電壓直接對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10和放大解調(diào)電路13供電，不經(jīng)過鋰電池8的充放電過程。這樣可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是穩(wěn)定性不如步驟8的方式。
[0045]步驟12:直流濾波電路12濾除硅光電池陣列5輸出電壓中的直流成分，提取交變電壓信號(hào)。
[0046]步驟13:直流濾波電路12提取的交變電壓信號(hào)通過放大解調(diào)電路13恢復(fù)為電信號(hào)，即將硅光電池輸出的交變電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和整形，恢復(fù)為原始信號(hào)。放大解調(diào)電路13的輸出與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10連接，將數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)再讀取，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。也可以先將電池充電，達(dá)到一定電量時(shí)再恢復(fù)系統(tǒng)通信。此過程由單片機(jī)控制。
[0047]步驟14:從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10讀取信號(hào)傳輸?shù)浇K端設(shè)備14，完成通信；終端設(shè)備14可以是計(jì)算機(jī)，手機(jī)，打印機(jī)等。
[0048]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(1)，信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊(2)，LED直流驅(qū)動(dòng)電源(3)，LED光源(4)，硅光電池陣列(5)，交流濾波電路(6)，第一升壓變換器(7)，鋰電池(8)，第二升壓變換器(9)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)，直流濾波電路(12)，放大解調(diào)電路(13)和終端設(shè)備(14)，其中: 在發(fā)送端，計(jì)算機(jī)(I)發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)被傳輸給信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊(2);信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊(2)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行開關(guān)鍵控(OOK)調(diào)制，并通過Bias-T將調(diào)制信號(hào)加載到LED直流驅(qū)動(dòng)電源(3)，使得直流驅(qū)動(dòng)電源(3)的輸出電流包含了直流分量和調(diào)制電流分量；直流分量為L(zhǎng)ED光源(4)供電，調(diào)制電流分量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，通過自由空間傳輸； 在接收端，硅光電池陣列(5)作為探測(cè)器，接收LED光源(4)發(fā)出的光，基于光電轉(zhuǎn)換原理，將光轉(zhuǎn)換成電壓；娃光電池陣列(5)輸出電壓包括直流電壓分量和交變電壓分量?jī)刹糠?；交流濾波電路(6)濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)和放大解調(diào)電路(13)供電；直流濾波電路(12)濾除硅光電池陣列(5)輸出電壓中的直流電壓分量，交流電壓分量通過放大解調(diào)電路(13)解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)，該原始信號(hào)被傳輸?shù)浇K端設(shè)備(14)，完成通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，在接收端，交流濾波電路(6)濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)和放大解調(diào)電路(13)供電，采用以下兩種方式: 一種是交流濾波電路(6)提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器(7)進(jìn)行升壓變換后為鋰電池(8)充電，同時(shí)鋰電池(8)輸出電壓通過第二升壓變換器(9)升壓后對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)和放大解調(diào)電路(13)供電； 另一種是交流濾波電路(6)提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器(7)進(jìn)行升壓變換后直接為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)和放大解調(diào)電路(13)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源(4)為大功率光源，同時(shí)作為通信光源和供能光源，實(shí)現(xiàn)光能的復(fù)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源(4)作為通信光源，信號(hào)通過所述信號(hào)發(fā)送調(diào)制模塊(2)和LED直流驅(qū)動(dòng)電源(3)加載到所述LED光源(4)上，數(shù)字信號(hào)中的O和I對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，并且光通過自由空間傳輸，實(shí)現(xiàn)無線通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源(4)作為供能光源，大功率LED發(fā)出的一定功率的光，通過自由空間達(dá)到所述硅光電池陣列(5)表面,基于光電轉(zhuǎn)換原理,將光能轉(zhuǎn)換為電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述硅光電池陣列(5)用做可見光探測(cè)器，基于光電轉(zhuǎn)換原理，硅光電池陣列輸出電壓值與入射光照強(qiáng)度成正相關(guān)，硅光電池陣列輸出的電壓包括直流電壓和交變電壓兩部分，通過濾波電路將直流電壓和交變電壓分離； 對(duì)于分離出的交流電壓分量，娃光電池陣列將變化的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)與硅光電池陣列探測(cè)到的光強(qiáng)度值成正相關(guān)；通過提取該交流電壓分量，能夠恢復(fù)出原始信號(hào)； 對(duì)于分離出的直流電壓分量，有兩種方式對(duì)外供電:直接供電的方式和對(duì)蓄電池充電再由蓄電池對(duì)外供電的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述硅光電池陣列(5)由串聯(lián)和并聯(lián)的硅光電池構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述第一升壓變換器(7)和所述第二升壓變換器(9)用于提高電壓值，以滿足電路工作電壓和穩(wěn)定供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述放大解調(diào)電路(13)與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)連接，在交流電壓分量通過放大解調(diào)電路(13)解調(diào)恢復(fù)為原始信號(hào)后，所述放大解調(diào)電路(13)將原始信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10)再讀取，以保障電池充電過程中不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量自給的可見光無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述放大解調(diào)電路(13)用于對(duì)交流電壓分量進(jìn)行放大、濾波和整形，恢復(fù)為原始信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02S10/20GK104168062SQ201410421253
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】陳雄斌, 郭俊清, 李洪磊, 陳弘達(dá) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所