[發明專利]基于光敏電阻的室內可見光通信自動對準系統

有效

• 申請號: 202010720648.1
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111953416B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 楊玉峰;蔣明爭;雷思琛
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04B10/114
• 分類號: H04B10/114;H04B10/116;H04B10/50;H04N23/695;H04N23/11;H04N7/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

1.基于光敏電阻的室內可見光通信自動對準系統，其特征在于，包括有發射端、接收端和含有光敏電阻的白光LED的跟蹤單元；

發射端是生成原始數據信號，控制白光LED發出光調制信號傳輸給接收端；

接收端是接收發射端白光LED發出的光調制信號，并恢復出原始信號；

白光LED跟蹤單元用于對發射端白光LED的定位與跟蹤功能；

所述白光LED跟蹤單元包括有依次連接的光敏電阻(14)、運算放大電路(15)、STM32單片機(16)及舵機驅動單元(17)；

光敏電阻(14)用于接收發射端產生的白光LED光照強度，并輸出電信號，經過運算放大電路(15)輸出到STM32單片機(16)；STM32單片機(16)接收運算放大電路(15)輸出的模擬電信號，并將其轉換成數字信號，通過計算STM32單片機(16)中的每一對通道對模數轉換后的數字信號經過PID控制算法控制舵機驅動單元(17)轉動，實現對白光LED光源的跟蹤；

所述發射端包括有依次連接的模擬攝像頭(1)、視頻編碼器(2)、第一以太網卡(3)、第一FPGA(4)、DAC電路(5)、LED驅動電路(6)和白光LED(7)；

模擬攝像頭(1)獲取原始的視頻圖像，然后傳送到視頻編碼器(2)將原始的視頻圖像數據轉換成H.264格式的數字信號，轉換好的H.264格式的數字信號接著通過網線傳輸到第一以太網卡(3)，通過第一以太網卡(3)將H.264格式的數字打包成數據幀格式，然后將打包后的數據幀傳送給第一FPGA(4)；第一FPGA(4)從第一以太網卡(3)中接收打包后的數據幀，并對其進行四進制差分相移鍵控調制；DAC電路(5)接收到第一FPGA(4)調制后的數字調制信號后將其轉換成模擬調制信號，傳送到LED驅動電路(6)；LED驅動電路(6)是將DAC電路(5)輸出的模擬調制信號轉換為電流信號并用于驅動白光LED(7)發光，生成調制光波信號；

白光LED(7)發出的光調制信號傳送給接收端，白光LED(7)產生的光照強度由光敏電阻(14)接收，白光LED(7)以燈亮燈滅的形式發送高速明暗閃爍的數據信息，由于閃爍頻率高于人眼的分辨力，故肉眼無法察覺到閃爍現象，傳輸數據時燈亮表示二進制數據“1”，燈滅表示二進制數據“0”；其中，第一FPGA(4)實現下行信號調制以及第一以太網卡(3)和DAC電路(5)驅動；

所述接收端包括有依次連接的PIN光電探測器(13)、光電接收電路(8)，ADC電路(9)，第二FPGA(10)，第二以太網卡(11)以及信宿(12)；

使用光敏電阻（14）對光源的位置進行識別，通信使用PIN光電探測器（13），采用通信接收與方向判別相分離的方式，白光LED跟蹤單元中使用四個光敏電阻，每對光敏電阻要完全對稱的安裝在光照接收面的兩側，通過光敏電阻（14），進行光源位置變化的檢測，通過控制舵機驅動單元實現對光源的及時跟蹤；

當發射端的白光LED照射的光垂直照射在接收面上時不會啟動跟蹤裝置；當白光LED照射的光不垂直照射在接收面上時，接收面兩側的光敏電阻（14）所接受的白光LED的光照強度有所不同，此時運算放大電路會輸出大小不同的兩個電信號，再輸入STM32單片機（16）中經過模數轉換，對稱通道中會輸出信號差；當信號差達到閾值時，PID控制器將會啟動舵機驅動單元跟蹤光源，減少信號差直至信號差在閾值范圍內時才停止舵機驅動單元，即完成對光源的跟蹤；將接收端的PIN光電探測器（13）放置在4個光敏電阻（14）所在平面的中間，并平行固定在一起，使接收端可以同時實現光電接收和目標光源的識別跟蹤；

光電接收電路(8)驅動PIN光電探測器(13)接收白光LED(7)發出的光調制信號，并將其轉換成電流信號，經過光電接收電路(8)的濾波和放大處理后轉換成可識別的電壓信號，ADC電路(9)接收光電接收電路(8)生成的電壓信號，通過設置采樣周期將其轉換成數字信號，并發送到第二FPGA(10)；第二FPGA(10)對接收到的數字信號進行極性Costas環解調，恢復出原始的數據信號，由第二以太網卡(11)通過網線發送給信宿，最終實現電信號-光信號-電信號的無線數據傳輸；其中，第二FPGA(10)實現下行信號解調以及第二以太網卡(11)和ADC電路(9)驅動。