[发明专利]同时实现亮度控制和数据传输的室内可见光通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时实现亮度控制和数据传输的室内可见光通信方法，属于室内可见光光通信技术领域。

背景技术

随着近几年半导体照明技术的发展，半导体照明取代传统照明的趋势越来越明显。大功率高亮度白光发光二极管（LED）的面世和其光效的逐步提高,使半导体发光二极管的应用已经从显示领域逐步向照明领域扩展，并迅速发展。与传统的照明设备相比,LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点,被视为第四代节能环保型照明产品。LED的另外一个突出优点是响应时间短,因此可以用LED进行高速数据通信。LED这两方面的优点使它既能提供室内照明，又能进行高速光信号传输。在实际的生活照明中，往往需要可以调节光照强度的照明；而在可见光通信系统中，要求照明亮度的调节不能影响系统的通信性能。

在基于可见光LED的室内照明应用中，常见的光强度调制方式有斩波调光(TRIAC Dimming)、数字调光(Digital Dimming)、脉宽调制调光(Pulse Width Modulation Dimming)、模拟调光(Analog Dimming)等。其中，TRIAC调光通过对输入的交流正弦波电压斩波来控制输出电压的平均值，从而改变通过LED的电流，实现对LED调光。由于斩波调光会对数据信号造成影响，不适合在可见光通信中使用。数字调光是采用单片机或其它微控制器的单线接口、I²C、SPI等串行接口给LED的驱动电路发送数字信号来调节LED的发光亮度。目前已经有文献对数字调光进行了研究。PWM调光是以一定频率打开与闭合的开关控制电流脉冲信号的占空比，实现对LED的发光强度调制。LED的发光频率在60Hz以上时，人眼就分辨不出LED的亮暗闪烁。因此，当亮暗刷新频率在100Hz以上，利用PWM对亮暗的时间比例进行调光，可实现室内照明的亮度调节。在照明方面，PWM调光可以通过线性的改变占空比来使LED的亮度线性改变，具有很宽的亮度调节范围。由于PWM调光是通过改变电流脉冲的占空比来进行亮度调节，对数据信号调制与调光同时进行的可见光通信系统来说，PWM调光信号与数据信号叠加后，会对原数据信号进行改变，增加接收波形的电平个数，使得接收端信号的解调变得相对困难。

在基于LED的室内可见光通信系统中，数据信号的调制方式主要有非归零开关键控(NRZ-OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)、OPPM-可重叠脉冲位置调制等。在NRZ-OOK调制中，每个信息位时隙内的光脉冲由高、低两种状态分别表示二进制的“0”和“1”，是一种简单易行的光信号调制方式。

可见光通信系统是绿色环保通信，具有照明和通信功能。照明要求能够依据环境变化进行亮度调节。通信则要求速率和距离尽可能高，因此LED的响应频率及其驱动带宽足够大。

发明内容

本发明的目的是为解决室内可见光通信中对室内照明亮度调节会影响可见光通信性能的问题，提供一种同时实现照明亮度控制与数据传输的室内可见光通信方法，通过设计大功率可见光LED的驱动电路，一方面保证系统的传输速率和距离能满足通信需求，另一方面实现照明亮度的多级调节，并且照明调节不干扰数据通信。

本发明的技术方案具体包括如下步骤：

步骤一，在LED灯阵列组的前端加入大功率可见光LED驱动电路。

驱动电路包括数据信号放大电路与线性电流调光电路。

所述数据信号放大电路为基于集成运放的驱动放大电路，包括一级放大电路和一级射极跟随电路；数据信号源的输出连接一级放大电路，一级放大电路的输出连接一级射极跟随电路，一级射极跟随电路的输出分别连接至LED灯阵列组中的多只受控LED灯。一级放大电路采用同相运放、电压串联负反馈实现。

所述线性电流调光电路采用流控降压芯片，实现模拟调光，并在芯片的模拟调光端连接一个可变电阻进行分压。流控降压芯片的输出端连接LED灯阵列组中的多只受控LED灯。线性电流调光电路的功能为产生线性调节的直流信号，驱动多只LED灯，实现可调光照明。

LED灯阵列组中的单只LED灯受线性电流调光电路或者数据信号放大电路控制。

步骤二，在距离LED灯阵列组一定距离处（1米至3米范围内）安装接收端，包括光电探测模块和数据解调模块，光电探测模块的输出连接至数据解调模块。其中，光电探测模块的功能为将可见光数据信号转化为电信号，数据解调模块将电信号解调为二进制代码（数据信号）。