基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统技术方案

本发明专利技术公开的基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统，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；白光LED跟踪单元包括有依次连接的光敏电阻、运算放大电路、STM32单片机及舵机驱动单元。本发明专利技术的自动对准系统解决了现有技术中可见光不能自动调整接受方向的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统
本专利技术属于可见光通信技术
，具体涉及一种基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统。
技术介绍
由于当今信息科技水平的限制，人类开发和使用的频谱资源只有总资源的68％，并且10GHz的频谱由于其使用广泛，已接近枯萎，发展空间受限，用频矛盾十分突出，竞争日益激烈。英国政府在其颁布的《21世纪的频谱资源管理》白皮书中，明确提出引入频谱定价、频谱拍卖、频谱贸易等手段，据相关资料统计，在1995年至2011年间，美、英、德、法、韩等国为第三代和第四代移动通信网络，所拍卖的频谱价值高达1300亿美元。我国《物权法》的第46条至52条，规定电磁频谱具有国防资产的国有属性，列为稀缺的自然资源。为了缓解射频频谱资源严重紧缺的问题，使用无需授权认证且比无线频谱带宽高一万倍的可见光频谱，利用环保、低功耗的白光LED来传输信号的可见光通信技术越来越受到科研人员的青睐和重视。但是目前，室内可见光通信系统多采用固定接收方向的方式，移动性和灵活性较差，当接收方向改变时，接收机不能自动校准，从而使系统的通信质量受到影响。这种固定接收方向的通信方式有以下不足：(1)该接收方式只能获取特定角度范围内的光信号，使用场景受到限制，无法对光源进行跟踪，不具备通信链路的主动选择能力，无法使系统的通信链路保持稳定。(2)由于系统的通信性能与接收机和光源的有效接收面积呈正相关，当接收机与光源的相对角度发生变化时，会导致接收机接收到的光强信号变弱，导致系统的通信质量受到很大的影响，这种固定的接收方式也不能主动的调整接收方向，实现对准光源的跟踪和对准。但对于室内VLC的实用性而言，不应单独注重通信速率，还应该考虑接收移动性和灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统，解决了现有技术中可见光不能自动调整接受方向的问题。本专利技术所采用的技术方案是，基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统，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；白光LED跟踪单元包括有依次连接的光敏电阻、运算放大电路、STM32单片机及舵机驱动单元；光敏电阻用于接收发射端产生的白光LED光照强度，并输出电信号，经过运算放大电路输出到STM32单片机；STM32单片机接收运算放大电路输出的模拟电信号，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转动，实现对白光LED光源的跟踪。本专利技术的特征还在于，发射端包括有依次连接的模拟摄像头、视频编码器、第一以太网卡、第一FPGA、DAC电路、LED驱动电路和白光LED；模拟摄像头获取原始的视频图像，然后传送到视频编码器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，通过第一以太网卡将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；第一FPGA从第一以太网卡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电路接收到第一FPGA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；LED驱动电路是将DAC电路输出的模拟调制信号转换为电流信号并用于驱动白光LED发光，生成调制光波信号；白光LED发出的光调制信号传送给接收端，白光LED产生的光照强度由光敏电阻接收，白光LED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实现下行信号调制以及第一以太网卡和DAC电路驱动。接收端包括有依次连接的PIN光电探测器、光电接收电路，ADC电路，第二FPGA，第二以太网卡以及信宿；光电接收电路驱动PIN光电探测器接收白光LED发出的光调制信号，并将其转换成电流信号，经过光电接收电路的滤波和放大处理后转换成可识别的电压信号，ADC电路接收光电接收电路生成的电压信号，通过设置采样周期将其转换成数字信号，并发送到第二FPGA；第二FPGA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实现下行信号解调以及第二以太网卡和ADC电路驱动。视频编码器为亿维锐创网络视频编码器，型号为YW6001D。第一以太网卡及第二以太网卡的型号均为DM9000。本专利技术的有益效果是：主动获取光源信息，不受接收的方向限定，当信号光源与接收机的相对角度发生变化时，可以通过调整接收方向对准光源，以确保能够及时建立新的通信链路，实现移动定向的接收。附图说明图1是本专利技术基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统的结构示意图；图2是本专利技术自动对准系统使用时PIN光电探测器与光敏电阻的固定装置示意图。图中，1.模拟摄像头，2.视频编码器，3.第一以太网卡，4.第一FPGA，5.DAC电路，6.LED驱动电路，7.白光LED，8.光电接收电路，9.ADC电路，10.第二FPGA，11.第二以太网卡，12.信宿，13.PIN光电探测器，14.光敏电阻，15.运算放大电路，16.STM32单片机，17.舵机驱动单元。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供基于光敏电阻的室内可见光通信自动对准系统，如图1所示，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；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。其中使用C语言编写PID控制算法在STM32S单片机上实现对舵机驱动单元的控制。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FPGA4、DAC电路5、LED驱动电路6和白光LED7；模拟摄像头1获取原始的视频图像，然后传送到视频本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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；/n白光LED跟踪单元用于对发射端白光LED的定位与跟踪功能；/n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)；/n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。/n

【技术特征摘要】
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。


2.根据权利要求1所述的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，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉峰，蒋明争，雷思琛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61