CN208028894U - 一种室内可见光通信信号的自适应检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种室内可见光通信信号的自适应检测系统，包括光发射端与光接收端，其特征在于，所述光发射端包括顺序连接的第一处理器、驱动电路和光发送模块，所述光接收端包括光强检测模块和顺序连接的光电转换模块、滤波放大模块、比较器模块、串并转换模块及第二处理器，其中，第二处理器还分别与比较器模块及光强检测模块连接，所述光发射端与光接收端在室内自由空间中以可见光为媒介进行通信连接。这种自适应检测系统能在多变的光环境下自适应检测可见光通信信号、易用性高，这种系统能降低信号检测的误码率、提高信号检测的准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信领域，特别是涉及一种室内可见光通信信号的自适应检测系统。
背景技术
可见光通信由于没有电磁辐射，在电磁敏感的应用场景下有广泛的应用潜力。此外可见光的传输距离有限，容易受障碍物的阻挡，因此在通信安全方面也有广泛的应用潜力。
在对光通信信号检测过程时，需要进行光电转换，由光信号转换成的电信号需要经过滤波、放大后才能进入处理器进行检测解码。传统的检测解码方法是通过手动调节放大电路中电阻阻值的大小来改变电信号的放大倍数，这会降低信号检测的灵敏度，同时还可能造成信号的丢失，此外传统的检测解码方法会使得信号接收端的硬件体积大、造成易用性低等问题。
传统技术在判断有无可见光通信信号时需要对一段光信号进行解码，当光强较弱，噪声较大的情况下，会造成误码率高的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种室内可见光通信信号的自适应检测系统。这种自适应检测系统能在多变的光环境下自适应检测可见光通信信号、易用性高，这种系统能降低信号检测的误码率、提高信号检测的准确度。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种室内可见光通信信号的自适应检测系统，包括光发射端与光接收端，与现有技术不同的是，所述光发射端包括顺序连接的第一处理器、驱动电路和光发送模块，所述光接收端包括光强检测模块和顺序连接的光电转换模块、滤波放大模块、比较器模块、串并转换模块及第二处理器，其中，第二处理器还分别与比较器模块及光强检测模块连接，所述光发射端与光接收端在室内自由空间中以可见光为媒介进行通信连接。
所述第一处理器对光发射端需要发送信息进行RZ-OOK编码调制。
所述驱动电路是将第一处理器调制后的电信号驱动光发送模块发送指定信息。
所述光发送模块为单个LED灯或由多个LED灯组成的LED阵列。
所述光电转换模块是通过模块中的光电二极管PD将接收的、来自光发射端的光通信信号转换为由PD的负极流向正极的电信号，这个电信号将进入滤波放大模块。
所述滤波放大模块包括滤波电路和放大电路，滤波电路是对光电转换后的信号进行滤波处理、降低噪声干扰；放大电路是将滤波后的微弱电信号放大，并使微弱电信号放大后的输出电压的高电平保持衡定，微弱电信号的放大倍数由数字电位器通道一的阻值进行调节。
所述比较器模块包括电连接的电压比较器和数字电位器，比较器模块将放大后的模拟信号转换成数字信号，所述数字电位器的通道一用于调节放大电路的放大倍数、数字电位器的通道二用于调节电压比较器判决高、 低电平的门限电压。
所述光强检测模块用于检测光接收端所处位置的光照强度，并把光照强度以数字的形式传给第二处理器，第二处理器按照预定程序配置数字电位器通道一的阻值，从而改变放大电路的放大倍数；同时配置数字电位器通道二的阻值，从而调节电压比较器的判决门限电压。
所述串并转换模块是将比较器模块串行传输来的数据并行传输给第二处理器。
所述第二处理器将串并转换模块传来的数据进行分区存储，并对各区存储数据进行光通信信号的检测，分区存储和各区存储数据光通信信号的检测是同时进行。
上述检测包括：对各区存储数据的处理、计算高、低电平概率、判断概率值是否符合RZ-OOK波形特性、提取相应存储区的有效数据、解码。在第二处理器还原高、低电平后，通过计算高、低电平的概率，分析判断高、低电平概率值是否满足光发射端的RZ-OOK光通信信号高、低电平的概率，如果是，提取相应存储区的数据并解码，获取光发射端光通信信息数据，如果否，将相应存储区的数据清零，然后进行下一轮数据的存储与检测。
这种自适应检测系统能在多变的光环境下自适应检测可见光通信信号、易用性高，这种系统能降低信号检测的误码率、提高信号检测的准确度。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为实施例中光接收端光信号自适应处理的过程示意图；
图3为实施例中第二处理器进行光通信信号检测的过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。
实施例：
参照图1，一种室内可见光通信信号的自适应检测系统，包括光发射端与光接收端，与现有技术不同的是，所述光发射端包括顺序连接的第一处理器10、驱动电路11和光发送模块12，所述光接收端包括光强检测模块20和顺序连接的光电转换模块21、滤波放大模块22、比较器模块23、串并转换模块24及第二处理器25，其中，第二处理器25还分别与比较器模块23及光强检测模块20连接，所述光发射端与光接收端在室内自由空间中以可见光为媒介进行通信连接。
所述第一处理器10对光发射端需要发送信息进行RZ-OOK编码调制，本例第一处理器10采用STM32F1系列处理器。
所述驱动电路11是将第一处理器10调制后的电信号驱动光发送模块12发送指定信息，本例驱动电路11采用恒压驱动模式。
所述光发送模块12为单个LED灯或由多个LED灯组成的LED阵列。
所述光电转换模块21是通过模块中的光电二极管PD将接收来自光发射端的光通信信号转换为由PD的负极流向正极的电信号，这个电信号进入滤波放大模块22，本例中光电二极管的型号为S1087。
所述滤波放大模块22包括滤波电路221和放大电路222，滤波电路221是对光电转换后的信号进行滤波处理、降低噪声干扰；放大电路222是将滤波后的微弱电信号放大，并使微弱电信号放大后的输出电压的高电平保持衡定，微弱电信号的放大倍数由光接收端所处位置的光照强度决定。
所述光强检测模块20用于检测光接收端所处位置的光照强度，并把光照强度以数字的形式传给第二处理器25，第二处理器25按照预定程序配置数字电位器232通道一的阻值，从而改变放大电路222的放大倍数，本例中光强检测模块20采用TSL2561芯片。
所述比较器模块23包括电压比较器231和数字电位器232，比较器模块23将放大后的模拟信号转换成数字信号，比较器模块23判决高、 低电平的门限由第二处理器25控制，光强检测模块20检测到光接收端所处位置光强度后，第二处理器25根据光强度调节数字电位器232通道二的阻值，从而调节电压比较器231的判决门限，本例中电压比较器231采用LM393芯片。
所述数字电位器232的阻值与光强间的对应关系的建立过程如下：光发送端发送一串01010101的消息，光接收端通过不断地调整数字电位器232各通道的阻值来改变电压比较器231的判决门限电压和放大电路222的放大倍数，直到能把这串消息的信号准确的还原成相应的高、低电平，第二处理器25记录下此时的光照强度与数字电位器232各通道的阻值。在不同的光强环境下多次重复上述过程即可得出光强与数字电位器232各通道阻值间一一对应的关系。
所述串并转换模块24是将比较器模块23串行传输来的数据并行传输给第二处理器25，本例串并转换模块24采用74HC164芯片。
所述第二处理器25将串并转换模块24传来的数据进行分区存储，并对各区存储数据进行光通信信号的检测，分区存储和各区存储数据光通信信号的检测是同时进行，本例第二处理器采用STM32F1系列处理器。
具体地，本实施例系统的工作流程如下：
光发射端的第一处理器10按预定程序，将需要发送的信息进行RZ-OOK调制，接着信号经过驱动电路11驱动光发送模块12的LED灯发光，驱动电路11对RZ-OOK信号进行相应的幅值变换，MOSFET控制着LED快速亮灭，然后把调制好后的信息发送到室内自由空间中。
光接收端中光电转换模块21的光电二极管检测到有光后，将接收到的光信号转换为电信号。这个电信号进入滤波放大模块22，先由滤波电路221滤除电信号中的部分噪声，接着放大电路222对降噪后的电信号进行放大处理。放大后的电信号进入比较器模块23进行模数转换，放大后的电信号与电压比较器231的门限电压作比较，信号电压高于门限电压的被判决为高电平，信号电压低于门限电压的被判决为低电平。被还原的数字信号进入串并转换模块24，串并转换模块24把串行输入的信号并行输出到第二处理器25。
电压比较器231还原出来的高低电平中出现下降沿时将触发第二处理器25对串并转换模块24传来的数字信号进行采样，第二处理器25对输入的每个电平都进行M次采样，若每个电平时间内采样值为“1”的个数大于0.5M+1个就将该电平判断为高电平，若采样值为“1”的个数小于0.5M-1个则将该电平判断为低电平，等于0.5M+1个或0.5M-1个时重新进行采样然后判决。此时判决完成的信号将被第二处理器25进行分区存储，并同时计算各分区内高、低电平的概率，若与RZ-OOK信号高、低电平的概率一致，则对相应分区中数据进行解码，若不一致则清空存储区，进行下一轮数据的存储与检测。
光接收端的光电转换模块21在接收光信号的同时，光强检测模块20同时对光接收端所处位置的光照强度进行检测，并把光照强度的信息发送给第二处理器25。第二处理器25根据光照强度的不同，来调节数字电位器232各通道的阻值，从而自适应调节放大电路222的放大倍数和电压比较器231的门限电压。
如图2所示，当光强检测模块20检测到光接收端所处位置光强度发生改变时，将此时的光强信息传给第二处理器25，第二处理器25将接受到的光强信息与预定程序中的光强信息对照，改变数字电位器232通道一的阻值，以改变放大电路222的放大倍数，保持放大输出电压衡定，同时改变数字电位器232通道二的阻值，达到改变电压比较器231判决门限电压的目的。数字电位器通232道一和数字电位器通232道二的电阻值与光照强度有一一对应的关系，第二处理器25根据对应的数值给数字电位器232发出相应指令即可自适应地处理接收到的光信号，本例中数字电位器232采用双通道数字电位器MCP42100，用一个器件实现两个单通道数字电位器的功能。
数字电位器232的阻值与光强间的对应关系的建立过程如下：发送端发送一串01010101的消息，接收端通过不断地调整数字电位器232各通道的阻值来改变电压比较器231的判决门限电压和放大电路222的放大倍数，直到能把这串消息的信号准确的还原成相应的高、低电平，第二处理器25记录下此时的光照强度与数字电位器232各通道的阻值。在不同的光强环境下多次重复上述过程即可得出光强与数字电位器232各通道阻值间一一对应的关系。
如图3所示，第二处理器25采样还原高低电平后数据依次存入1区和2区，数据在1区和2区之间是顺序存储的，同时1区和2区中存储的地址依次链接。为了提高系统的实时性，在数据存储的同时计算存储区内高、低电平的概率。在1区存储数据的同时计算2区数据高、低电平的概率，当1区存满后数据开始存入2区，与此同时进行对1区数据高、低电平概率的计算，当2区数据也存满时，将清空各区的数据，进行下一轮的数据存储于检测，计算出相应存储区高、低电平的概率与RZ-OOK的波形特点作比较，在光通信中脉冲位置为低电平形式，有光通信信号时高电平概率为3/4,低电平为1/4，没有光通信信号时高电平概率为1，在噪声很大情况下光信号中高、低电平概率均为1/2，高、低电平概率符合RZ-OOK波形特点的就提取相应存储区的数据然后解码，不符合波形特点的则清空相应存储区的数据，进行下一轮数据的存储与检测。
Claims (4)
1.一种室内可见光通信信号的自适应检测系统，包括光发射端与光接收端，其特征在于，所述光发射端包括顺序连接的第一处理器、驱动电路和光发送模块，所述光接收端包括光强检测模块和顺序连接的光电转换模块、滤波放大模块、比较器模块、串并转换模块及第二处理器，其中，第二处理器还分别与比较器模块及光强检测模块连接，所述光发射端与光接收端在室内自由空间中以可见光为媒介进行通信连接。
2.根据权利要求1所述的室内可见光通信信号的自适应检测系统，其特征在于，所述光发送模块为单个LED灯或由多个LED灯组成的LED阵列。
3.根据权利要求1所述的室内可见光通信信号的自适应检测系统，其特征在于，所述滤波放大模块包括滤波电路和放大电路，滤波电路是对光电转换后的信号进行滤波处理、降低噪声干扰；放大电路是将滤波后的微弱电信号放大，并使微弱电信号放大后的输出电压的高电平保持衡定，微弱电信号的放大倍数由光接收端所处位置的光照强度决定。
4.根据权利要求1所述的室内可见光通信信号的自适应检测系统，其特征在于，所述比较器模块包括电连接的电压比较器和数字电位器，比较器模块将放大后的模拟信号转换成数字信号，所述数字电位器的通道一用于调节放大电路的放大倍数、数字电位器的通道二用于调节电压比较器判决高、 低电平的门限电压。
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