基于可見光通訊技術(shù)的Ra-Fi產(chǎn)品設(shè)計(jì)

唐世民　顏廷堅(jiān)　李盛源　張明路　吳貴芳　王曉紅

摘 要：主要介紹由STC89C52RC單片機(jī)為基礎(chǔ)部件設(shè)計(jì)形成的基于可見光通訊技術(shù)的Ra-Fi產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，本文將圍繞系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)各模塊技術(shù)設(shè)計(jì)為中心來闡述，從而使信號(hào)發(fā)射源變?yōu)榭梢姽庠?，并將有特制微芯片的LED燈控制安裝在裝置中，通過其亮、滅，發(fā)出肉眼看不到的高速明暗閃爍信號(hào)來傳輸信息，并在終端輸出。該技術(shù)具有建設(shè)便利、光源易得能耗低并且安全的優(yōu)勢(shì)，可以更大程度上滿足人類發(fā)展的需求，Ra-Fi產(chǎn)品設(shè)計(jì)將會(huì)為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代開啟一場(chǎng)新革命。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);Ra-Fi;可見光通訊技術(shù);信息傳輸;模塊設(shè)計(jì)

1 概述

近年來，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們已經(jīng)大體脫離以往運(yùn)用飛鴿書信的通訊方式。4G通訊的飛速發(fā)展和5G通訊的嶄露頭角更大的方便了人們的生活方式，與此同時(shí)也出現(xiàn)了諸多問題影響其使用。首先對(duì)于我國(guó)來說，現(xiàn)代通訊的普遍使用是基于大約500萬個(gè)信號(hào)塔建設(shè)完工，成本比較高，而且信號(hào)塔發(fā)射的電波對(duì)人們的健康造成一定影響，但是在沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地域，又無法進(jìn)行通訊;其次，網(wǎng)速也是現(xiàn)代通訊的一大痛點(diǎn);再者，由于電磁波可以穿透物體有被截取信息的可能性，使用者對(duì)于信息的安全存在質(zhì)疑。本文將設(shè)計(jì)研發(fā)出一種基于可見光通訊技術(shù)的Ra-Fi產(chǎn)品來解決以上問題。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Ra-Fi產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以STC89C52RC單片機(jī)為控制器，與光電檢測(cè)器相連，還與可見光通信路由器相連接。利用光電接收器對(duì)可見光進(jìn)行采集，把這些采集到的光信號(hào)通過光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)送給STC89C52RC單片機(jī)，并將電信號(hào)由單片機(jī)送到與此相連的可見光通訊路由器進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，使其調(diào)制為光信號(hào)，通過白光LED發(fā)射，在終端可見光適配器上解調(diào)出信息并實(shí)現(xiàn)無線通迅。系統(tǒng)的模塊圖如下圖所示。

3 系統(tǒng)各模塊技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 光源接收模塊

該模塊采用光電接收器進(jìn)行對(duì)光的接收和處理，并將其轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。本模塊在少光或者微光的前提下，與波分復(fù)用器配合使用，采用光電接收器與波分復(fù)用器配合使用具有的優(yōu)勢(shì)在于其可以很好的提高光纜的使用率，在一定程度上降低成本造價(jià)。并且可以相對(duì)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)連接變得更加穩(wěn)定，避免用戶在使用時(shí)出現(xiàn)連接不穩(wěn)定、掉網(wǎng)的狀況。因?yàn)楣馐茄刂本€傳播的，處于直線外部截取不了信息，所以在信息的安全性上也有了一定保障。

3.2 光源檢測(cè)模塊

采用光電檢測(cè)器引腳與接收器相連，以此來接收光信號(hào)，再由檢測(cè)器內(nèi)部外加反向偏壓的PN結(jié)的作用下將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。光電檢測(cè)器的選取：PIN光電探測(cè)器。

3.3 電路模塊

采用前置放大電路作為對(duì)光信號(hào)的處理電路，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，最后再還原成原來的信號(hào)。選擇接近理想運(yùn)算放大器的芯片：AD8571集成運(yùn)算放大器。將芯片裝入檢測(cè)器中，對(duì)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為的電信號(hào)進(jìn)行放大恢復(fù)等處理。

3.4 控制（中樞）模塊

采用STC89C52RC單片機(jī)為控制器。該系統(tǒng)采用單片機(jī)構(gòu)成具有判斷、運(yùn)算、控制和計(jì)數(shù)的裝置，單片機(jī)在系統(tǒng)中主要起到一個(gè)承上啟下的過渡作用。STC89C52RC單片機(jī)可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制和管理要求。

3.5 調(diào)制模塊

該系統(tǒng)采用可見光通訊路由器來起到對(duì)處理之后的電信號(hào)的調(diào)制作用。在路由器中，通過可見光編碼技術(shù)對(duì)光進(jìn)行編碼成為有信息的光信號(hào)，隨后進(jìn)行調(diào)制，便將光信號(hào)發(fā)送出去。調(diào)制的方法也有許多，這里簡(jiǎn)單介紹兩種調(diào)制方式。第一種，使用開關(guān)進(jìn)行調(diào)制控制，可以使用BAN10M-TFR光電感應(yīng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)有光自動(dòng)進(jìn)行調(diào)制，簡(jiǎn)單來說即收到光信號(hào)為1，若無光信號(hào)則為0。第二種方式是正交頻分復(fù)用的方式，即OFDM，這種方式相比較其他類型方式的光帶頻率要高一些，抗干擾能力也比較強(qiáng)，是一種理想的調(diào)制方式。

3.6 解調(diào)模塊

解調(diào)模塊則是在終端上對(duì)收到的光信號(hào)進(jìn)行接收、解調(diào)，即反向的調(diào)制、編碼，形成手機(jī)、電腦等終端設(shè)備可以識(shí)別的段碼、信號(hào)，然后進(jìn)行使用。解調(diào)的方式如同上文所提到的調(diào)制模塊所提到的方式相同，也可以使用開關(guān)進(jìn)行反向調(diào)制，或使用OFDM進(jìn)行解調(diào)。之后，終端設(shè)備即可識(shí)別使用。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于可見光通訊技術(shù)的Ra-Fi產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光的充分利用，同時(shí)也能很好的改善現(xiàn)代通訊的一些弊端。產(chǎn)品技術(shù)成熟后，可以應(yīng)用到生活中的方方面面，例如：海底探測(cè)、多人場(chǎng)所、醫(yī)院交通等。以STC89C52RC單片機(jī)為核心控制器，以光電接收、檢測(cè)處理和電信號(hào)的調(diào)制為核心技術(shù)設(shè)計(jì)出的該產(chǎn)品，具有建設(shè)便利、光源易得、傳輸速度快、綠色健康、信息安全等優(yōu)勢(shì)，其價(jià)值顯而易見。利用可見光通訊技術(shù)設(shè)計(jì)的Ri-Fi產(chǎn)品將會(huì)廣泛應(yīng)用到廣大人民群眾中，它的出現(xiàn)將會(huì)為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代開啟一場(chǎng)新革命。

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