CN104022824A - 一种具有通信功能的led路灯系统 - Google Patents

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一种具有通信功能的LED路灯系统，包括：LED发射端，用于发射LED可见光，兼起照明和通信功能；LED接收端，用于接收LED发射端发射的可见光信号；以太网介质转换模块，用于将所述接收到的可见光信号转换为现有网络可进行数据交换的以太网帧数据格式；网络终端，可通过以太网介质转换模块提供的上网服务登陆网络；其中，所述LED发射端为LED路灯。LED路灯可见光无线通信完全排除传统高频无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑，该LED路灯系统兼顾照明和通信、绿色环保，非常适合应用在道路诱导、展示导游、高速铁路、地铁、医院等道路周边限定空间的资料传输等领域。

Description

一种具有通信功能的LED路灯系统
 
技术领域：
本发明属于光通信及新能源照明的交叉技术领域，其涉及一种具有通信功能的LED路灯系统。
背景技术：
20世纪90年代后期以来，高速数据通信在人们的生活中起到至关重要的作用，电器设备的无线化，家庭无线链接((WHL：Wireless Home Link)的广泛应用，使得人们可以在家庭、图书馆、咖啡馆等的任何一处登陆互联网(WWW：World Wide Web)，但是网络带宽资源是有限的。目前，人们对信息的需求和依赖程度进一步提高。而在对电磁干扰较为灵敏的场合，比如医院、航站楼、高铁沿线等，为了防止电磁干扰对电子仪器造成的影响，避免发生灾害性的后果，不能过度使用传统的射频通信，因此，在这些特殊环境中一般禁止使用无线电产品。而如果在这些环境中使用红外通信，则需要限制其发射功率，那是因为大多数物质包括人体吸收红外辐射后会引起物体温度的提高，这也是在现实应用中不希望看到的现象，所以，在平时的应用中，红外通信的速率控制在比较低的水平，而且距离一般较短。基于以上分析，亟需找到一种既没有电磁干扰也不会对人体造成损害的通信方案。
电灯泡一直以来被视作发明家梦寐以求的灵感闪现的象征，高亮度白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被视为下一代节能环保型的照明产品。白光LED的另外一个突出优点是响应灵敏度非常高，因此可以用LED进行高速数据通信，利用一束闪光来无线传输数字信息，这类技术通常被称作可见光通信（VLC）。可见光无线通信是一种新兴的光无线通信技术，它是建立在白光LED技术基础上的，与传统的射频通信相比，可见光无线通信不用申请频谱证，也没有电磁波干扰、对人体无害。并且由于其是可见光，在不影响照明的情况下可以实现通信。
由于LED路灯工作于室外，而室外充满了各种各样的其他可见光，同时白天及夜晚环境光亮度相差极大，因此在这种环境下土作的光传感器需要具有极宽的响应范围以及较高的灵敏度。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中的上述不足，提供一种具有通信功能的LED路灯系统。
本发明提供的具有通信功能的LED路灯系统，具体的技术方案如下：
一种具有通信功能的LED路灯系统，包括：LED发射端，用于发射LED可见光，兼起照明和通信功能；LED接收端，用于接收LED发射端发射的可见光信号；以太网介质转换模块，用于将所述接收到的可见光信号转换为现有网络可进行数据交换的以太网帧数据格式；网络终端，可通过以太网介质转换模块提供的上网服务登陆网络；其中，所述LED发射端为LED路灯。
优选地，所述LED发射端包括信道编码器、数字调制器、驱动电路和可见光光源；所述LED接收端包括光敏元件、调理电路、数字解调器和信道译码器；所述以太网介质转换模块包括光电转换介质芯片，其用于将来自LED接收端的单极性非归零码（NRZ码）转换为双极性CMI码，其中光电转换介质芯片采用ICPLUS公司的IP113ALF芯片，该芯片具备电平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的晶振；所述数字调制器采用采用OOK-RZ (On-Off Keying Return to Zero，开关键控一归零调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)对编码信号进行调制；信道编码和调制均在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)信号处理板上完成；解调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制和解调电路使用的FPGA均为Altera公司的FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为100MHz。
优选地，控制所述LED发射端可见光光源开关的信号为2FSK（Frequency Shift Keying 频移键控）信号，其基带信号速率为100bps, fl为800Hz,  f2为1000 Hz，所述可见光光源以f1和f2高频率闪烁。
优选地，所述LED接收端的光敏元件为光电二极管，其响应速度高于f1和f2。
优选地，所述LED发射端与所述LED接收端之间采用的通信标准为IEEE802.15.7。
优选地，为保证某条光路径被遮挡也不会导致通信终端，该LED路灯系统设计成强度调制/直接探测（MM/DD）系统。
优选地，所述信道译码器包括高低位分离电路及译码运算电路，所述高低位分离电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分离，所述译码运算电路用于对所述CMI码分离后的高低位进行同或运算。
优选地，所述高低位分离电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置有数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP的作用下被各个D触发器锁存。
优选地，所述光电二极管是PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
优选地，所述以太网介质转换模块与所述网络终端之间的通信协议为蓝牙。
本发明提供的具有通信功能的LED路灯系统的有益效果在于：LED路灯可见光无线通信完全排除传统高频无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑，该LED路灯系统兼顾照明和通信、绿色环保，非常适合应用在道路诱导、展示导游、高速铁路、地铁、医院等道路周边限定空间的资料传输等领域。
附图说明：
图1为本发明所提供的具有通信功能的LED路灯系统的示意图。
图2为本发明所提供的具有通信功能的LED路灯系统的组成单元的功能框图。
其中附图标记1－LED发射端；2－LED接收端；3－以太网介质转换模块；4－网络终端；11－信道编码器；12－数字调制器；13－驱动电路；14－可见光光源；21－光敏元件；22－调理电路；23－数字解调器；24－信道译码器。
具体实施方式：
现结合附图将本发明做进一步的说明。
如图1示出了本发明所提供的具有通信功能的LED路灯系统。图2示出了本发明所提供的具有通信功能的LED路灯系统的组成单元的功能框图。
一种具有通信功能的LED路灯系统，包括：LED发射端（1），用于发射LED可见光，兼起照明和通信功能；LED接收端（2），用于接收LED发射端发射的可见光信号；以太网介质转换模块（3），用于将所述接收到的可见光信号转换为现有网络可进行数据交换的以太网帧数据格式；网络终端（4），可通过以太网介质转换模块提供的上网服务登陆网络；其中，所述LED发射端为LED路灯。
优选地，所述LED发射端（1）包括信道编码器（11）、数字调制器（12）、驱动电路（13）和可见光光源（14）；所述LED接收端（2）包括光敏元件（21）、调理电路（22）、数字解调器（23）和信道译码器（24）；所述以太网介质转换模块（3）包括光电转换介质芯片，其用于将来自LED接收端（2）的单极性非归零码（NRZ码）转换为双极性CMI码，其中光电转换介质芯片采用ICPLUS公司的IP113ALF芯片，该芯片具备电平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的晶振；所述数字调制器采用采用OOK-RZ (On-Off Keying Return to Zero，开关键控一归零调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)对编码信号进行调制；信道编码和调制均在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)信号处理板上完成；解调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制和解调电路使用的FPGA均为Altera公司的FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为100MHz。
优选地，控制所述LED发射端（1）可见光光源（14）开关的信号为2FSK（Frequency Shift Keying 频移键控）信号，其基带信号速率为100bps, fl为800Hz,  f2为1000 Hz，所述可见光光源以f1和f2高频率闪烁。
优选地，所述LED接收端（2）的光敏元件为光电二极管，其响应速度高于f1和f2。
优选地，所述LED发射端（1）与所述LED接收端（2）之间采用的通信标准为IEEE802.15.7。
优选地，为保证某条光路径被遮挡也不会导致通信终端，该LED路灯系统设计成强度调制/直接探测（MM/DD）系统。
优选地，所述信道译码器（11）包括高低位分离电路及译码运算电路，所述高低位分离电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分离，所述译码运算电路用于对所述CMI码分离后的高低位进行同或运算。
优选地，所述高低位分离电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置有数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP的作用下被各个D触发器锁存。
优选地，所述光电二极管是PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
优选地，所述以太网介质转换模块（3）与所述网络终端（4）之间的通信协议为蓝牙。
本发明提供的具有通信功能的LED路灯系统的有益效果在于：LED路灯可见光无线通信完全排除传统高频无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑，该LED路灯系统兼顾照明和通信、绿色环保，非常适合应用在道路诱导、展示导游、高速铁路、地铁、医院等道路周边限定空间的资料传输等领域。
所属领域的技术人员将明白，可在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明的实施例中作出各种修改和变化。因此，倘若所述修改和变化在所附权利要求书及其等同的范围内，那么本发明的实施例包括所述修改和变化。

Claims (10)

1.一种具有通信功能的LED路灯系统，包括：LED发射端，用于发射LED可见光，兼起照明和通信功能；LED接收端，用于接收LED发射端发射的可见光信号；以太网介质转换模块，用于将所述接收到的可见光信号转换为现有网络可进行数据交换的以太网帧数据格式；网络终端，可通过以太网介质转换模块提供的上网服务登陆网络；其特征在于，所述LED发射端为LED路灯。
2. 根据权利要求1所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述LED发射端包括信道编码器、数字调制器、驱动电路和可见光光源；所述LED接收端包括光敏元件、调理电路、数字解调器和信道译码器；所述以太网介质转换模块包括光电转换介质芯片，其用于将来自LED接收端的单极性非归零码（NRZ码）转换为双极性CMI码，其中光电转换介质芯片采用ICPLUS公司的IP113ALF芯片，该芯片具备电平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的晶振；所述数字调制器采用采用OOK-RZ (On-Off Keying Return to Zero，开关键控一归零调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)对编码信号进行调制；信道编码和调制均在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)信号处理板上完成；解调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制和解调电路使用的FPGA均为Altera公司的FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为100MHz。
3. 根据权利要求2所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，控制所述LED发射端可见光光源开关的信号为2FSK（Frequency Shift Keying 频移键控）信号，其基带信号速率为100bps, fl为800Hz,  f2为1000 Hz，所述可见光光源以f1和f2高频率闪烁。
4. 根据权利要求3所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述LED接收端的光敏元件为光电二极管，其响应速度高于f1和f2。
5. 根据权利要求4所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述LED发射端与所述LED接收端之间采用的通信标准为IEEE802.15.7。
6. 根据权利要求4所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，为保证某条光路径被遮挡也不会导致通信终端，该LED路灯系统设计成强度调制/直接探测（MM/DD）系统。
7. 根据权利要求4所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述信道译码器包括高低位分离电路及译码运算电路，所述高低位分离电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分离，所述译码运算电路用于对所述CMI码分离后的高低位进行同或运算。
8. 根据权利要求7所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述高低位分离电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置有数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP的作用下被各个D触发器锁存。
9. 根据权利要求4所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述光电二极管是PIN光电二极管或雪崩光电二极管。
10. 根据权利要求9所述的具有通信功能的LED路灯系统，其特征在于，所述以太网介质转换模块与所述网络终端之间的通信协议为蓝牙。
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