CN111585652A - 一种可见光通信与能量收集*** - Google Patents
一种可见光通信与能量收集*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN111585652A CN111585652A CN202010443422.1A CN202010443422A CN111585652A CN 111585652 A CN111585652 A CN 111585652A CN 202010443422 A CN202010443422 A CN 202010443422A CN 111585652 A CN111585652 A CN 111585652A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- energy
- signal
- resistor
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 56
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 31
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
- H04B10/806—Arrangements for feeding power
- H04B10/807—Optical power feeding, i.e. transmitting power using an optical signal
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/114—Indoor or close-range type systems
- H04B10/116—Visible light communication
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/001—Energy harvesting or scavenging
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可见光通信与能量收集***,涉及可见光通信与能量收集领域,其中,***包含发射装置和接收装置,发射装置包含依次连接的FPGA调制模块、预均衡模块、LED阵列驱动模块;接收装置包含并行关系的信息接收模块和能量接收模块,其中信息接收模块包含依次连接的光电探测器、后均衡模块、FPGA解调模块,能量接收模块包含依次连接的硅光电池、能量收集模块和能量管理模块;本发明收发两端设计的均衡电路模块结构简单,降低***复杂度与设计成本的同时可以显著提高收发装置的调制带宽;***接收装置在接收光信号的同时可以收集信号光与环境光的能量,通过能量管理模块合理分配能量资源,最终实现***能量自给。
Description
技术领域
本发明涉及可见光通信领域,尤其涉及一种可见光通信与能量收集***。
背景技术
目前,无线通信技术受到载波频率和物理带宽限制,人们迫切寻求一种新的无线通信技术。为了满足未来无线通信的需求,传输速率更快带宽更高的光通信技术便应运而生。作为未来无线传输额外补充的通信方式,可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种可同时兼顾“照明和通信”的无线通信技术,具有频谱资源丰富、低功耗等诸多优点。
VLC采用发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)作为光源,具有高亮度、低功耗、寿命长等诸多优点,同时可以将电信号通过调制技术加载在可见光上进行传输,但是LED自身的窄带特性影响VLC***调制带宽。为了解决这一问题,可采用硬件均衡技术。硬件均衡技术作为提升VLC***带宽的一种有效方法,在设计过程中存在复杂度与成本过高的问题,如:“T”型均衡器、多谐振均衡器,还存在拓扑结构复杂、灵活度低的问题,这些问题严重限制了VLC的发展。
在传统无线通信中,常常采用能量收集技术将微弱的射频信号能量转换为电能量,并为小型基站、中继节点供能,实现无线通信***的能量复用。VLC发展理念是“绿色、节能”,在VLC***中除了拥有丰富的频谱资源外,LED本身就是一种能量源,将LED发出的光能转换电能为可见光通信设备供能,则可以实现照明、通信与能量复用。如何设计新的可见光通信***,兼顾“照明、通信、能量复用”,充分体现绿色通信的方式是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提出一种可见光通信与能量收集***,旨在解决因器件不匹配和非线性而导致***带宽较低的问题,大幅提高***调制带宽和传输速率,降低***设计的成本和制作复杂度,利于可见光通信的推广;同时,设计的能量接收装置可以将接收到的光能充分转换为电能为***运行提供能量,整个通信***兼顾“照明、通信、能量复用”三重供能,充分体现“绿色、节能、循环”的通信思想。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种可见光通信与能量收集***,包含***发射装置和接收装置;
所述可见光通信发射装置用于发射调制信号,包含依次连接的FPGA调制模块、数模转换模块、预均衡模块、LED驱动模块、LED光源阵列;
所述接收装置,用于接收发射装置传输的信号和光能量,包含并行关系的通信接收模块和能量接收模块。
其有益效果是信息的接收和能量的接收分两路并行同时接收,互不干扰。
所述通信接收模块,用于接收发射模块发送的加载在可见光上的调制信号,包括依次连接的PIN光电探测器阵列、光电转换模块、后均衡模块、模数转换模块、FPGA解调模块;
所述能量接收模块,用于接收发射模块发送的信号光与环境光能量,实现***能量自给,包含依次连接的硅光电池组件、能量收集模块、能量管理模块、储能电池。
所述FPGA调制模块,用于将信源发出的信号进行调制,并将调制信号发送至D/A数模转换模块;所述D/A数模转换模块,用于将FPGA调制模块输出的数字信号转换为模拟信号并输出至均衡电路;所述预均衡模块,用于将输入的模拟信号进行均衡处理并传输至LED驱动模块;所述LED驱动模块,用于将均衡电路输出电信号进行功率放大的同时驱动LED光源阵列长亮,输出加载调制信息的光信号。
所述PIN光电探测器阵列,用于接收可见光通信发射模块发出的光信号;所述光电转换模块,用于将接收的光信号转换为电信号,同时将电信号放大输出至后均衡模块;所述后均衡模块,用于将接收的模拟电信号进行均衡处理并传输至模数转换模块;所述模数转换模块,用于将均衡后的模拟信号转换为数字信号并传输至FPGA解调模块;所述FPGA解调模块,用于将接收到的调制信号进行解调。
所述硅光电池组件,用于接收发射光信号和环境光信号,并将收集光信号转换为电信号;所述能量收集模块,用于硅光电池组件的最大功率点追踪与升压转换,并将升压后的电信号传输至能量管理模块;所述能量管理模块,用于管理收集的所有能量,实现储能电池电量动态显示与***供能;所述储能电池,用于存储***的能量。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述预均衡电路包含第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻、第三电容和运算放大器,第一电阻的一端与第一电容的一端连接并接地,第一电阻的另一端、第一电容的另一端、第二电阻的一端分别与运算放大器的负极输入端连接;运算放大器的正极输入端连接信号输入Vin端,运算放大器的输出端分别连接第二电阻的另一端、第三电阻的一端,第三电阻的另一端分别连接第三电容的一端和信号输出Vout端,第三电容的另一端接地。
其有益效果在于所述预均衡电路提升信号发射功率,有效减少由LED等器件的非线性对调制带宽的影响,提升发射端调制信号带宽,同时具有拓扑结构简单,制作成本低的优点。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述后均衡电路电路包含第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和运算放大器,光电转换信号Vi从负极输入,第八电阻与第六电容并联后接入运算放大器的负极输入端,第九电阻与第七电容并联,一端与运算放大器负极输入端相连,另一端与运算放大器输出端相连;第十电阻和第十电容并联,一端与运算放大器输出端相连,另一端为信号输出端Vo;运算放大器的正极输入端与地相连;第十一电阻一端与地相连,另一端与信号输出端Vo相连。
其有益效果在于所述后均衡电路可以有效提高接收信号幅值,减少信号相位偏转,滤除接收信号杂波,提升***带宽,也同样具有拓扑结构简单,制作成本低的优点。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述能量收集模块包含基于BQ25504芯片的最大功率点追踪电路和基于MAX669芯片的DC/DC升压电路;所述基于BQ25504最大功率点追踪电路用于收集信号光和环境光的微弱能量,同时使硅光电池输出电压保持稳定;所述基于MAX669的DC/DC升压电路用于放大基于BQ25504最大功率点追踪电路的输出电信号,使输出电压达到***供电要求。
其有益效果在于该模块在保持硅光电池输出电压稳定,提高能量输出最大功率,提升能量收集效率,同时不影响信息接收。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述能量管理模块包含基于ZS6366芯片的充电管理电路、***电路等。
其有益效果在于可以动态监控储能电池电量,使***获得更高更稳定的输出电流,根据负载和电池能量自主调节能量分配,保护***供电安全。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述FPGA调制与所述FPGA解调模块分别包含FPGA芯片以及分别与其连接的电源管理模块、时钟电路、复位电路和USB转串口;所述电源管理模块用于提供FPGA调制模块所需电能;所述复位电路用于清除FPGA调制与解调过程中出现的问题并恢复FPGA芯片的初始状态;所述时钟电路包含60M晶振,用于提供满足发射信号的频率;所述USB转串口用于实现电脑与FPGA调制模块的通信转换。
其有益效果在于所述FPGA调制模块与所述FPGA解调模块可以开放式编译调制和解调信号,根据***需求,自适应调整调制和解调信号的方法,运算速度快,提升信号传输效率。
作为本发明一种可见光通信与能量收集***的进一步优选方案,所述运算放大器的芯片型号为OPA690。
本发明具有以下优点:
(1)本发明设计预均衡电路和后均衡电路,可以有效减少由器材的非线性造成信号波形形变的影响,同时将接收到模拟信号波形归整、滤波,有效提高***调制带宽。
(2)采用运算放大器与三极管结合的预均衡驱动电路、运算放大器和无源器件组成的后均衡电路,在提升***调制带宽的同时,也降低电路的复杂度与制作成本。
(3)***接收端采用能量接收与信息接收并行的方式,有效避免了传输信号与传输能量间的干扰,同时提升传输速率和能量收集效率。
(4)整个***实现了“照明、通信、能量复用”;提高了***调制带宽、降低装置成本、降低装置复杂度,充分体现了“绿色、节能、循环”的通信方式。
附图说明
图1是本发明***整体结构示意图;
图2为本发明PGA调制模块和解调模块通用结构示意图;
图3为本发明预均衡电路原理图;
图4为本发明后均衡电路原理图;
图5为本发明后均衡电路幅频特性曲线;
图6为本发明能量收集模块结构示意图;
图7 为本发明基于BQ25504芯片的最大功率点追踪电路;
图8为本发明能量管理模块结构示意图;
图9为本发明均衡电路加入前后带宽变化对比图;
图10为本发明能量接收端输出电压随光照变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明,使本发明的特征更容易被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更清楚明确的限定。
如图1所示,给出了本发明***整体结构示意图,包含:发射装置和接收装置。
发射装置包含:依次连接的FPGA调制模块、数模转换模块、预均衡模块、LED驱动模块、LED光源阵列。图2给出PGA调制模块和解调模块通用结构示意图,其中,FPGA调制模块包含:电源管理模块、时钟电路、复位电路、USB转串口。FPGA调制模块将接收到信源的信号进行调制,并发送至D/A数模转换模块。电源管理模块用来给FPGA调制模块供电,有工作指示灯和开关的功能;复位电路用来清除FPGA调试过程中出现的问题并恢复FPGA芯片的初始状态;时钟电路包含60M晶振,可以满足发射信号的频率要求;USB转串口,实现电脑与FPGA调制模块的通信转换;D/A数模转换模块,用于将FPGA调制模块输出的数字信号转换为模拟信号,并输出至预均衡电路。
预均衡电路,将输入信号进行均衡处理并输出至LED驱动电路。具体来说,图3为预均衡电路的原理图,所述均衡电路包含第一电阻R 1 、第一电容C 1 、第二电阻R 2 、第三电阻R 3 、第三电容C 3 和运算放大器,第一电阻的一端与第一电容的一端连接并接地,第一电阻的另一端、第一电容的另一端、第二电阻的一端分别与运算放大器的负极输入端连接;运算放大器的正极输入端连接交流信号输入Vin端,运算放大器的输出端分别连接第二电阻的另一端、第三电阻的一端,第三电阻的另一端分别连接第三电容的一端和交流信号输出Vout端,第三电容的另一端接地,其中所述运算放大器型号为OPA690。如图3所示,所述均衡电路的传递函数可以表示为:
在本实施方式中,所述第一电阻R 1 =806,所述第一电容C 1 =0.1uF,所述第二电阻R 2 =806,所述第三电阻R 3 =100,所述第三电容C 3 =10pF。以上参数的取值,与预均衡电路的整体效果有关,可以使预均衡电路具有较好的线性度和阻抗匹配特性。
接收装置,用于接收发射装置传输的信号和光能量,包含:并行关系的通信接收模块和能量接收模块。通信接收模块,用于接收发射模块发送的加载在可见光上的调制信号,包含:依次连接的PIN光电探测器阵列、光电转换模块、后均衡模块、模数转换模块、FPGA解调模块;能量接收模块,用于接收发射模块发送的信号光与环境光能量,实现***能量自给,包含依次连接的硅光电池组件、能量收集模块、能量管理模块、储能电池。由于通信接收模块和能量接收模块采用并行关系,带来的优点就是信号接收与能量接收互不干扰,最大化信息接收速率和能量收集效率。
后均衡电路,将光电转换电路的输出电信号进一步做放大、滤波处理,并将均衡后的电信号传输至FPGA解调模块。具体来说,如图4后均衡电路原理图所示,电路包含:第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和运算放大器,光电转换信号Vi从负极输入,第八电阻与第六电容并联后接入运算放大器的负极输入端,第九电阻与第七电容并联,一端与运算放大器负极输入端相连,另一端与运算放大器输出端相连;第十电阻和第十电容并联,一端与运算放大器输出端相连,另一端为信号输出端Vo;运算放大器的正极输入端与地相连;第十一电阻一端与地相连,另一端与信号输出端Vo相连。
在本实施方式中,所述第八电阻R 6 =50,所述第九电阻R 6 =2K所述第六电容C 6 =0.1pF,所述第八电容、第九电容C 8 =C 9= 100nF,所述第十电阻R 10 =50,以上参数的取值,与后均衡电路的整体效果有关,可以使后均衡电路获取较高的带宽增益,如图5所示后均衡电路幅频特性曲线。
能量收集模块,用于收集来自信号光能量和环境光能量。具体来说,如图6所示能量收集模块结构示意图,包含基于BQ25504芯片的最大功率点追踪电路和基于MAX669芯片的DC/DC升压电路。针对BQ25504芯片功耗低、可低能采集的特性,主要通过配置外部电阻R_OC1和R_OC2的阻值对最大功率点进行编程,并通过外部电容保持输出功率。针对MAX669芯片转换功率高的特点,合理配置外部元件参数,将最大功率点追踪电路的输出电信号稳定采集并升压至所需值,使得输出电压稳定输出在5V。本实施方式中,所述外部电阻R_OC1=15.6MΩ,R_OC2=4.4MΩ,该取值与所需输出电压值有关,可以为升压电路提供稳定输入值,保证升压电路稳定输出在5V,如图7所示基于BQ25504芯片的最大功率点追踪电路原理图。
能量管理模块,用于动态管理电池的输入与输出,保护***供电安全。具体来说,如图8所示能量管理模块结构示意图,包含芯片ZS6366、复位电路、LED显示和储能电池。所述ZS6366芯片通过合理配置***电路可以实现充电管理、电路保护和电量显示。所述复位电路用于电流或电压过载时,自动复位保护电路。所述LED显示包含4个LED组成的灯列,用于显示储能电池所剩电量。所述储能电池用于能量存储和对外供能。
另外,对本发明进行测试,测试分为***频率响应测试和输出电压测试。(1)***频率响应测试,将发射端电路信号输入与信号发生器相连,接收端电路信号输出与示波器相连,连接好检查无误后通电;接着,将信号发生器的输出信号调节为峰值为1V、频率为100KHz的正弦信号;然后,不断增加发射信号频率,每次增加200KHz,观察并记录示波器信号的峰值。如图9所示,加入均衡电路后,***带宽明显提升。(2)输出电压测试,固定好LED灯和能量收集电路位置,将升压电路输出端与万用表相连;接着,对设备通电使LED保持常亮,记录太阳能电池所在位置的照度和输出电压值;然后,以10厘米为步长增加太阳能电池板与LED灯距离,记录照度值和输出电压值。如图10所示,随着周围环境光照度不断变化,能量接收端输出电压值始终稳定在4.5V。所述测试用到的设备型号如下:信源采用型号为Tektronix(泰克)AFG3102信号发生器,示波器型号为Agilent Technologies(安捷伦)TDS1002B。
Claims (10)
1.一种可见光通信与能量收集***,其特征在于,包含:
***发射装置,所述***发射装置用于发射调制信号,包含依次连接的FPGA调制模块、数模转换模块、预均衡模块、LED驱动模块、LED光源阵列;
***接收装置,所述***接收装置用于同时接收光信号和光能量,包含并行关系的信息接收模块和能量接收模块;
所述信息接收模块,用于接收发射模块发送的加载在可见光上的调制信号,包含依次连接的PIN光电探测器阵列、光电转换模块、后均衡模块、模数转换模块、FPGA解调模块;
所述能量接收模块,用于接收发射模块发送的信号光与环境光能量,并将收集的能量存储、分配,实现***能量自给,包含依次连接的硅光电池组件、能量收集模块、能量管理模块、储能电池。
2.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述FPGA调制模块,用于将信源发出的信号进行调制,并将调制信号发送至D/A数模转换模块;所述D/A数模转换模块,用于将FPGA调制模块输出的数字信号转换为模拟信号并输出至均衡电路;所述预均衡模块,用于将输入的模拟信号进行均衡处理并传输至LED驱动模块;所述LED驱动模块,用于将均衡电路输出电信号进行功率放大的同时驱动LED光源阵列长亮,输出加载调制信息的光信号。
3.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述PIN光电探测器阵列,用于接收可见光通信发射模块发出的光信号;所述光电转换模块,用于将接收的光信号转换为电信号,同时将电信号放大输出至后均衡模块;所述后均衡模块,用于将接收的模拟电信号进行均衡处理并传输至模数转换模块;所述模数转换模块,用于将均衡后的模拟信号转换为数字信号并传输至FPGA解调模块;所述FPGA解调模块,用于将接收到的调制信号进行解调。
4.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述硅光电池组件,用于接收发射光信号和环境光信号,并将收集光信号转换为电信号;所述能量收集模块,用于硅光电池组件的最大功率点追踪与升压转换,并将升压后的电信号传输至能量管理模块;所述能量管理模块,用于管理收集的所有能量,实现储能电池电量动态显示与***供能;所述储能电池,用于存储***的能量。
5.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于,所述预均衡电路包含第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻、第三电容和运算放大器,第一电阻的一端与第一电容的一端连接并接地,第一电阻的另一端、第一电容的另一端、第二电阻的一端分别与运算放大器的负极输入端连接;运算放大器的正极输入端连接信号输入Vin端,运算放大器的输出端分别连接第二电阻的另一端、第三电阻的一端,第三电阻的另一端分别连接第三电容的一端和信号输出Vout端,第三电容的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述后均衡电路电路包含第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和运算放大器,光电转换信号Vi从负极输入,第八电阻与第六电容并联后接入运算放大器的负极输入端,第九电阻与第七电容并联,一端与运算放大器负极输入端相连,另一端与运算放大器输出端相连;第十电阻和第十电容并联,一端与运算放大器输出端相连,另一端为信号输出端Vo;运算放大器的正极输入端与地相连;第十一电阻一端与地相连,另一端与信号输出端Vo相连。
7.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述能量收集模块包含基于BQ25504芯片的最大功率点追踪电路和基于MAX669芯片的DC/DC升压电路;所述基于BQ25504最大功率点追踪电路用于收集信号光和环境光的微弱能量,同时使硅光电池输出电压保持稳定;所述基于MAX669的DC/DC升压电路用于放大基于BQ25504最大功率点追踪电路的输出电信号,使输出电压达到***供电要求。
8.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述能量管理模块包含基于ZS6366芯片的充电管理电路、时钟电路等;所述基于ZS6366的充电管理电路用于动态监控储能电池电量,使***获得更高更稳定的输出电流,同时保护电池充放电安全。
9.根据权利要求1所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述FPGA调制与所述FPGA解调模块分别包含FPGA芯片以及分别与其连接的电源管理模块、时钟电路、复位电路和USB转串口;所述电源管理模块用于提供FPGA调制模块所需电能;所述复位电路用于清除FPGA调制与解调过程中出现的问题并恢复FPGA芯片的初始状态;所述时钟电路包含60M晶振,用于提供满足发射信号的频率;所述USB转串口用于实现电脑与FPGA调制模块的通信转换。
10.根据权利要求5或6所述的一种可见光通信与能量收集***,其特征在于:所述运算放大器的芯片型号为OPA690。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010443422.1A CN111585652B (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种可见光通信与能量收集*** |
LU102101A LU102101B1 (en) | 2020-05-22 | 2020-09-30 | Visible light communication and energy collection system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010443422.1A CN111585652B (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种可见光通信与能量收集*** |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111585652A true CN111585652A (zh) | 2020-08-25 |
CN111585652B CN111585652B (zh) | 2023-04-07 |
Family
ID=72125313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010443422.1A Active CN111585652B (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种可见光通信与能量收集*** |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111585652B (zh) |
LU (1) | LU102101B1 (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112367119A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-12 | 中国科学院半导体研究所 | 可见光自供能通信***及基于其的通信方法 |
CN112615672A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 华中科技大学 | 一种基于slipt的混合vlc/rf协作通信***和方法 |
CN113949452A (zh) * | 2021-08-26 | 2022-01-18 | 杭州航天电子技术有限公司 | 一种基于可见光的能量与数据同传无线装置 |
CN115941040A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-04-07 | 南昌大学 | 一种基于光伏器件的可见光携能通信电路及装置 |
CN117997427A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 苏州大学 | 信息与能量解耦合电路及可见光信息与能量同传输*** |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106253983A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-12-21 | 镇江明辉光信息科技有限公司 | 基于led的近距离点对点高速双向数据传输移动终端 |
CN106559135A (zh) * | 2015-09-25 | 2017-04-05 | 徐林 | 基于可见光通信的信息收发方法、收发装置及其*** |
CN107508634A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-12-22 | 浙江六联照明科技有限公司 | 可见光通信***及其方法 |
CN206835098U (zh) * | 2017-05-12 | 2018-01-02 | 中国矿业大学 | 一种基于硬件均衡与能量收集的可见光通信发送装置 |
CN113922873A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-11 | 重庆邮电大学 | 一种基于led的室内可见光通信*** |
-
2020
- 2020-05-22 CN CN202010443422.1A patent/CN111585652B/zh active Active
- 2020-09-30 LU LU102101A patent/LU102101B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106559135A (zh) * | 2015-09-25 | 2017-04-05 | 徐林 | 基于可见光通信的信息收发方法、收发装置及其*** |
CN106253983A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-12-21 | 镇江明辉光信息科技有限公司 | 基于led的近距离点对点高速双向数据传输移动终端 |
CN206835098U (zh) * | 2017-05-12 | 2018-01-02 | 中国矿业大学 | 一种基于硬件均衡与能量收集的可见光通信发送装置 |
CN107508634A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-12-22 | 浙江六联照明科技有限公司 | 可见光通信***及其方法 |
CN113922873A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-11 | 重庆邮电大学 | 一种基于led的室内可见光通信*** |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
武中文,梁 良: "基于OLED 的可见光通信实验性能研究", 《电视技术》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112367119A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-12 | 中国科学院半导体研究所 | 可见光自供能通信***及基于其的通信方法 |
CN112615672A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 华中科技大学 | 一种基于slipt的混合vlc/rf协作通信***和方法 |
CN113949452A (zh) * | 2021-08-26 | 2022-01-18 | 杭州航天电子技术有限公司 | 一种基于可见光的能量与数据同传无线装置 |
CN115941040A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-04-07 | 南昌大学 | 一种基于光伏器件的可见光携能通信电路及装置 |
CN117997427A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 苏州大学 | 信息与能量解耦合电路及可见光信息与能量同传输*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
LU102101B1 (en) | 2021-08-10 |
CN111585652B (zh) | 2023-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111585652B (zh) | 一种可见光通信与能量收集*** | |
CN102176635B (zh) | 安全监测数据自动采集装置及其供电方法和供电装置 | |
CN102882600A (zh) | 基于usb接口的热插拔可见光无线接入*** | |
CN202019482U (zh) | 一种单向rs-485控制led驱动电源*** | |
CN104184519A (zh) | 一种能量自给的可见光无线通信*** | |
Yang et al. | SynLight: synthetic light emission for fast transmission in COTS device-enabled VLC | |
CN205404716U (zh) | 一种对射传感器的故障检测装置与物体传输检测*** | |
CN208061582U (zh) | 一种led显示模组及led显示屏 | |
CN101436882A (zh) | 一种电力线载波通讯的电路 | |
EP3579378A1 (en) | Intelligent vehicle-mounted wireless charging apparatus | |
CN203722637U (zh) | 一种led白光通讯适配器*** | |
CN204405117U (zh) | 一种耦合谐振无线环境监测装置 | |
CN108154811A (zh) | 一种led显示模组及led显示屏 | |
CN115941040B (zh) | 一种基于光伏器件的可见光携能通信电路及装置 | |
CN206835098U (zh) | 一种基于硬件均衡与能量收集的可见光通信发送装置 | |
CN202750088U (zh) | 基于Prime标准的载波电路 | |
CN202737863U (zh) | 无线通信电路 | |
CN208924212U (zh) | Mbus主机接收电路 | |
CN208028896U (zh) | 可见光通信联网*** | |
CN202772896U (zh) | 基于usb接口的热插拔可见光无线接入*** | |
CN208460009U (zh) | 一种适配于工业流量计的数据采集解析板及数据采集器 | |
CN109302194B (zh) | Mbus主机接收电路 | |
CN208539909U (zh) | 光纤信号接收电路 | |
CN208589976U (zh) | 信号隔离电路和具有其的光耦通讯电路 | |
CN209417571U (zh) | 一种信号采集电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |