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专利号: 2020107206481
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统,其特征在于,包括有发射端、接收端和含有光敏电阻的白光LED的跟踪单元;

发射端是生成原始数据信号,控制白光LED发出光调制信号传输给接收端;

接收端是接收发射端白光LED发出的光调制信号,并恢复出原始信号;

白光LED跟踪单元用于对发射端白光LED的定位与跟踪功能;

所述白光LED跟踪单元包括有依次连接的光敏电阻(14)、运算放大电路(15)、STM32单片机(16)及舵机驱动单元(17);

光敏电阻(14)用于接收发射端产生的白光LED光照强度,并输出电信号,经过运算放大电路(15)输出到STM32单片机(16);STM32单片机(16)接收运算放大电路(15)输出的模拟电信号,并将其转换成数字信号,通过计算STM32单片机(16)中的每一对通道对模数转换后的数字信号经过PID控制算法控制舵机驱动单元(17)转动,实现对白光LED光源的跟踪;

所述发射端包括有依次连接的模拟摄像头(1)、视频编码器(2)、第一以太网卡(3)、第一FPGA(4)、DAC电路(5)、LED驱动电路(6)和白光LED(7);

模拟摄像头(1)获取原始的视频图像,然后传送到视频编码器(2)将原始的视频图像数据转换成H.264格式的数字信号,转换好的H.264格式的数字信号接着通过网线传输到第一以太网卡(3),通过第一以太网卡(3)将H.264格式的数字打包成数据帧格式,然后将打包后的数据帧传送给第一FPGA(4);第一FPGA(4)从第一以太网卡(3)中接收打包后的数据帧,并对其进行四进制差分相移键控调制;DAC电路(5)接收到第一FPGA(4)调制后的数字调制信号后将其转换成模拟调制信号,传送到LED驱动电路(6);LED驱动电路(6)是将DAC电路(5)输出的模拟调制信号转换为电流信号并用于驱动白光LED(7)发光,生成调制光波信号;

白光LED(7)发出的光调制信号传送给接收端,白光LED(7)产生的光照强度由光敏电阻(14)接收,白光LED(7)以灯亮灯灭的形式发送高速明暗闪烁的数据信息,由于闪烁频率高于人眼的分辨力,故肉眼无法察觉到闪烁现象,传输数据时灯亮表示二进制数据“1”,灯灭表示二进制数据“0”;其中,第一FPGA(4)实现下行信号调制以及第一以太网卡(3)和DAC电路(5)驱动;

所述接收端包括有依次连接的PIN光电探测器(13)、光电接收电路(8),ADC电路(9),第二FPGA(10),第二以太网卡(11)以及信宿(12);

使用光敏电阻(14)对光源的位置进行识别,通信使用PIN光电探测器(13),采用通信接收与方向判别相分离的方式,白光LED跟踪单元中使用四个光敏电阻,每对光敏电阻要完全对称的安装在光照接收面的两侧,通过光敏电阻(14),进行光源位置变化的检测,通过控制舵机驱动单元实现对光源的及时跟踪;

当发射端的白光LED照射的光垂直照射在接收面上时不会启动跟踪装置;当白光LED照射的光不垂直照射在接收面上时,接收面两侧的光敏电阻(14)所接受的白光LED的光照强度有所不同,此时运算放大电路会输出大小不同的两个电信号,再输入STM32单片机(16)中经过模数转换,对称通道中会输出信号差;当信号差达到阈值时,PID控制器将会启动舵机驱动单元跟踪光源,减少信号差直至信号差在阈值范围内时才停止舵机驱动单元,即完成对光源的跟踪;将接收端的PIN光电探测器(13)放置在4个光敏电阻(14)所在平面的中间,并平行固定在一起,使接收端可以同时实现光电接收和目标光源的识别跟踪;

光电接收电路(8)驱动PIN光电探测器(13)接收白光LED(7)发出的光调制信号,并将其转换成电流信号,经过光电接收电路(8)的滤波和放大处理后转换成可识别的电压信号,ADC电路(9)接收光电接收电路(8)生成的电压信号,通过设置采样周期将其转换成数字信号,并发送到第二FPGA(10);第二FPGA(10)对接收到的数字信号进行极性Costas环解调,恢复出原始的数据信号,由第二以太网卡(11)通过网线发送给信宿,最终实现电信号‑光信号‑电信号的无线数据传输;其中,第二FPGA(10)实现下行信号解调以及第二以太网卡(11)和ADC电路(9)驱动。