[發明專利]一種基于可見光通信的家用下水節點

在審

• 申請號: 201610158877.2
• 申請日: 2016-03-20
• 公開（公告）號: CN105610518A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 李群星;周午賢
• 申請（專利權）人: 文成縣刀鋒科技有限公司
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B10/116;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及水下通信領域，尤其是一種基于可見光通信的家用下 水節點。

背景技術

眾所周知，海洋占地球表面積的70％以上，海洋中不但蘊藏著豐富 的資源，而且對全球氣候變化、人類經濟以及社會發展都有著重大影 響。盡管人類從遠古時期就開始了對海洋的探索活動，但是迄今為止， 人類對大部分海域的了解都非常有限，許多海域仍然處于未知狀態。 因此，發展先進的海洋探測高技術對人類了解、利用和開發海洋 具有重要的意義。

隨著白光LED器件的發展，可見光通信技術得到了越來越多的 重視。可見光無線通信系統主要由光信號發射端和光信號接收端組 成。這種技術運用到構建水下無線網路通信的具有巨大的優越性， 水下無線傳感器網絡由多個低成本、低功耗、多功能的集成化微 型傳感器節點組成，這些傳感器節點構成無線網絡，具有數據采 集、無線通信和信息處理的能力，將多個此類傳感器節點布置在 一個特定的區域內，可形成無線傳感器網絡，它們通過特定的協議， 高效、穩定、準確的進行自組織，并通過各傳感器節點協作進行 實時測量、感知和采集各種海洋要素的信息，利用無線通信技術 將觀測信息實時傳輸。

目前，水聲通信技術是實現水下目標間無線通信的最成熟的技 術。但是，聲波在水中的衰減和聲波頻率的平方成正比，另外， 聲波在水中傳輸速度慢，導致信號延遲大；海洋背景噪聲大導致信 噪比小。因此，水聲通信無法滿足當前傳感器網絡、水下探測中普遍 采用的視頻、音頻等信號的實時傳輸的需求；另外，水聲系統設備昂 貴、體積大、功耗大，也無法滿足水下通信系統對小體積、低功耗 以及低成本的需求。因此，采用基于可見光通信的家用下水節點具 有廣闊的運用前景。

發明內容

本發明的發明目的是，克服現有技術方法的不足，提供了一種 低功耗、體積小、低成本，具有計算能力和通信能力的基于可見光 通信的家用下水節點。

為實現上述發明目的，提出了如下技術方案：

一種基于可見光通信的家用下水節點，一種基于可見光通信的 家用下水節點，包括處理器模塊、LED發送/接收模塊、傳感器模塊、 串口通信模塊以及電源模塊；所述處理器模塊控制LED光源發送和 接收信息，并協調各外設單元工作；所述LED發送/接收模塊負責 節點之間的通信；所述傳感器模塊負責目標區域信息的采集；所述 串口通信模塊與計算機連接，實現數據的收發；所述電源模塊負責 節點的能量供給。

所述處理器模塊采用低功耗的STM32F405RGT6嵌入式微處理器 作為通信節點的主控芯片，該芯片體積小、質量輕，計算能力能滿 足系統要求，同時內部資源豐富，集成了USART，GPIO和ADC等功能， 所以處理器模塊只需要一塊芯片以及簡單的外圍電路從而實現體積 小、質量輕和計算能力的要求。

所述LED發送/接收模塊中，選擇的光源是LuxeonIII Enutter大功率藍光光源(3W)。該光源的特點主要為：光通量高； 使用壽命可達5*104h；體積小；額定工作電流很大，大約為 350～700mA；點亮時間小于100s。另外，本模塊將光源與鋁基板 組合使用用以散熱，使用菲涅爾透鏡實現聚光。選用ULN2803A作 為LED的驅動芯片，ULN2803A是高壓大電流達林頓晶體管陣列電路， 該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端導通。該芯片可 以同時驅動8組負載工作，具有電流增益高、溫度范圍寬、帶負載 能力強等特點，非常適合作為LED光源的驅動。所述可見光接收模 塊將接受的光信號轉化為電信號，將采集數據提供至處理器。考慮 微型化原則，所以采用藍光增強型光電二極管PIN-10DP/SB作為接 收元件，該元件具有100m²以上的感光面積，對于400～600m的波 長(藍綠光波段范圍)較敏感，用于家用下水節點的接收器。

所述串口通信模塊針對Sink節點，使用主控芯片上的串行通信 口USART-Tx、USART-Rx，輸出TTL電平實現數據的收發。電源 模塊負責節點的能量供給，Sink節點通過串口與計算機端相連， 能量可以認為是無限的，而普通節點則需要靠電池供電。