可見光通信技術(shù)在智能工業(yè)照明中的應(yīng)用研究

摘要：近年來，科技不斷創(chuàng)新。人們提出了一種智能照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用可視化通信技術(shù)照明燈和照明傳感器，事實(shí)上，仿真實(shí)驗(yàn)建立并驗(yàn)證了基于這一概念的新開發(fā)控制方法的準(zhǔn)確性，使用優(yōu)化的控制算法進(jìn)行可見光照明驗(yàn)證測試，結(jié)果表明，不同的照明傳感器可以達(dá)到不同的效果?；诳梢姽馔ㄐ诺募夹g(shù)優(yōu)勢，人們將它們應(yīng)用于智能行業(yè)的照明中。在智能行業(yè)的照明中，系統(tǒng)不僅提供有效的照明控制，還可以使用智能照明控制系統(tǒng)并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位和自動(dòng)檢測，通過分析滿足智能工廠信息化需求，實(shí)現(xiàn)人性化建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智能照明； 控制系統(tǒng)； 可見光通信；工業(yè)4.0；虛擬現(xiàn)實(shí)

在工業(yè)照明中使用LED照明產(chǎn)品為行業(yè)提出了新的要求。工業(yè)的數(shù)字智能現(xiàn)代化，最終提供高速高效的產(chǎn)品，同時(shí)增加了信息技術(shù)的使用要求。根據(jù)現(xiàn)有的發(fā)展形勢，本文提出了一種基于可見光通信的智能照明系統(tǒng)，這不僅能應(yīng)用更廣闊的地域范圍內(nèi)合理布設(shè)照明設(shè)備，還可以對光源照度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可以實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)進(jìn)行升級。高強(qiáng)度白光發(fā)光二極管（LED）也越來越多地被用作有效光源，將白色發(fā)光二極管替換為更高效的白熾燈和熒光燈。白光LED電源低、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。LED還可以用于高速數(shù)據(jù)通信，具有非常高的反應(yīng)靈敏度。（VSibrIghtCommmunications）VLC也具有照明和通信的優(yōu)勢。LED室內(nèi)照明和檢測，LED可見通信被認(rèn)為是技術(shù)上潛在的視角。當(dāng)然，目前可見光通信技術(shù)的發(fā)展也面臨著一些問題。

本文側(cè)重于智能工業(yè)照明應(yīng)用中可見光通信技術(shù)的探索和研究?；诎咨獿ED的可見光通信技術(shù)提供一種使用多功能和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)的新數(shù)據(jù)通信方法。

一、可見光通信技術(shù)特點(diǎn)

所謂的智能照明系統(tǒng)需要各種照明燈具，當(dāng)多條線路連接到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，智能照明系統(tǒng)有非常多的特點(diǎn)，有幾個(gè)重要的特點(diǎn)如下：

（一）自主分散控制

智能照明系統(tǒng)控制整個(gè)位置的控制模塊，允許系統(tǒng)的可靠性降低，在此過程中系統(tǒng)發(fā)揮重要的作用，通過標(biāo)識(shí)號與來自照明傳感器的每個(gè)照明或陣列的信息的輸出，從而實(shí)現(xiàn)自主分散控制。

（二）實(shí)現(xiàn)自主照明控制

在獨(dú)特的照明系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開關(guān)模式，可以依靠開關(guān)模式實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)，也可以切換設(shè)備來執(zhí)行所需的照明亮度。

第一，可見光通信是照明和通信的變化。①頻譜許可證已許可。可見光波長為380nm至780nm，具有整個(gè)無線頻譜。②電磁干擾可用于無線接入。③高功率和高速通信速度。LED可以運(yùn)行與LED的數(shù)據(jù)通信，因?yàn)橥ㄐ攀欠浅？斓模园坠釲ED可以同時(shí)被用于照明與通信，因此信息可以在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行傳播，并同時(shí)滿足照明的需求。此外，可見光通信還可以實(shí)現(xiàn)終端之間點(diǎn)對點(diǎn)通信。由于發(fā)散角較小，因此，可以有效地降低傳輸損耗，實(shí)現(xiàn)高速通信。陣列常常被用于信息顯示，若將相應(yīng)的信息調(diào)制到這些LED陣列上，則可便捷地將數(shù)據(jù)傳遞給用戶終端。

第二，其他無線通信技術(shù)具有自己的優(yōu)勢。例如，BLL接近無線通信技術(shù)。廣泛使用手機(jī)，耳機(jī)，筆記本電腦等設(shè)備。WIF非常適合大規(guī)模數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)移并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接通信。Digee目前用于智能秒表和家庭智能交換機(jī)，將這種無線通信協(xié)議設(shè)備與可見光通信，具有穩(wěn)定性和機(jī)密維護(hù)性好的特點(diǎn)，可見，可見光通信具有便捷性。

第三，白光LED是由光發(fā)出的，光發(fā)散角度很大，但對人體無害，所以可以使用更大的傳輸功率來傳輸信號，從而提高系統(tǒng)的可靠性。定位在接收單元上以檢查電子信號的照明裝置，然后恢復(fù)轉(zhuǎn)換成電信號和指定的起始信號。如果人們想獲得更好的結(jié)果，應(yīng)該使用連接LED，雖然它的光束很小，但發(fā)散角很大。光通信系統(tǒng)是一種可以同時(shí)發(fā)出的雙VLC系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以創(chuàng)建視覺網(wǎng)絡(luò)，VLC系統(tǒng)中的白色LED在連接和照明中起著重要作用。

二、基于VLC的智能照明控制系統(tǒng)

可見光通信技術(shù)的智能化是中國科研人員不斷努力的結(jié)果，可見光通信技術(shù)在人們的生活中發(fā)揮著重要的作用?；ヂ?lián)網(wǎng)是中國社會(huì)普及的高科技技術(shù)，可見光通信技術(shù)的發(fā)展也朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)可以逐漸提升信息傳輸速率，方便企業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享。除此之外，網(wǎng)絡(luò)在國民日常生活中也很重要，可見光通信技術(shù)的發(fā)展使得企業(yè)發(fā)展更加快速，大多數(shù)人都會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息，加快社會(huì)發(fā)展。由此可見，互聯(lián)網(wǎng)的普及非常地重要?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)被稱為數(shù)字時(shí)代，方便人們處理信息，當(dāng)前的數(shù)字處理是最具代表性的。人們目前使用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，通過數(shù)字處理進(jìn)行傳輸信息，隨著因特網(wǎng)在人們生活中和信息傳輸中的應(yīng)用，對可見光通信技術(shù)需求不斷提高，所以可見光通信技術(shù)也是通信工程的一個(gè)重要特征。

文中的智能照明控制系統(tǒng)主要包括遙控設(shè)備、外部網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)關(guān)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、部分網(wǎng)絡(luò)控制等。部分網(wǎng)絡(luò)中繼單元和終端序列相同的位置使用可見光通信連接，來形成用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路。因此，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備地址的自動(dòng)記錄或?qū)崿F(xiàn)由設(shè)備終端收集的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在子網(wǎng)控制和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的雙絞線，智能網(wǎng)關(guān)不僅從子網(wǎng)控制處理數(shù)據(jù)，還可以對用戶進(jìn)行訪問，總體而言遙控器件框架對智能工業(yè)照明系統(tǒng)有著非常重要的作用。信息反饋單元經(jīng)由信道轉(zhuǎn)換單元發(fā)送到智能網(wǎng)關(guān)，用戶訪問服務(wù)器并執(zhí)行其他信息處理，信道轉(zhuǎn)換單元的信號主要是工業(yè)控制中最常用的通信信道，并且智能網(wǎng)關(guān)必須處理總線通信模塊。

（一）硬件設(shè)計(jì)

1.智能網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

處理器的功能，集成和成本性能與一些網(wǎng)絡(luò)控制單元電路處理器相匹配，可訪問傳輸/接收模塊、Wi-Fi模塊和以網(wǎng)組模塊最多可訪問16個(gè)。收集功能設(shè)置的反饋數(shù)據(jù)，例如，終端反饋數(shù)據(jù)、設(shè)備地址固件更新。一些網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備具有所有功能，可以實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)傳輸，完成設(shè)備控制、數(shù)據(jù)接收，并具備工業(yè)智能照明系統(tǒng)數(shù)據(jù)、管理等操作的轉(zhuǎn)換和管理特性。

處理器模塊使用32位STM32處理器控制智能網(wǎng)關(guān)中操作，為了收集網(wǎng)絡(luò)路由器，需要關(guān)閉智能網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)路由器的多個(gè)子中繼單元的數(shù)據(jù)。智能網(wǎng)關(guān)包括Wi-Fi模塊、以太網(wǎng)模塊和Jig?；诳梢姽獬上穸ㄎ幌到y(tǒng)，LED陣列作為傳播邊緣像素是用來使用的像素調(diào)制，過程使用圖像傳感器接收到的圖像，解調(diào)接收的數(shù)據(jù)以及傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線定位。

2.終端設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)

第一，終端單元是系統(tǒng)的總核心。在照明控制中，必須檢查光學(xué)環(huán)境。從溝通的角度看，可視光線是作為通信媒介使用的，工廠的燈具在空間布局中為可視光線提供了良好的基本條件。可視光接收模塊是由舊節(jié)點(diǎn)發(fā)送的可視光信號，并配置為節(jié)點(diǎn)地址ID，在不將可見光放入模塊的情況下執(zhí)行的操作。已知終端設(shè)備使用端口數(shù)據(jù)使用兩個(gè)處理器使用USB2.0，SPI和UART接口。在訪問智能工廠管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時(shí)，BLE模塊用于連接到外部通信終端的能。

第二，將所有設(shè)備連接到封閉的通信網(wǎng)絡(luò)。工廠燈通常安裝在10米以內(nèi)?？梢姽鈧鬏斈K必須發(fā)送到3W，旨在可以看到高達(dá)40Mbps的光通信速度。該網(wǎng)絡(luò)可以支持可訪問性，使用訪問更多信息。良好的溝通促進(jìn)智能工廠，根據(jù)節(jié)點(diǎn)規(guī)則自動(dòng)生成浪費(fèi)環(huán)路通信環(huán)路，減少預(yù)置的地址作業(yè)負(fù)載。

（二）軟件設(shè)計(jì)

首先，智能網(wǎng)關(guān)軟件的主要功能是訪問管理子網(wǎng)控制設(shè)備或遠(yuǎn)程控制設(shè)備。切換至信息終端設(shè)備和遠(yuǎn)程控制設(shè)備。系統(tǒng)初始化后，讀取外部設(shè)置并確定如何執(zhí)行控制，包括子網(wǎng)單元和遠(yuǎn)程管理設(shè)備的檢測訪問管理。

其次，設(shè)置所需光的功率值，自動(dòng)設(shè)置所需光的光值，子網(wǎng)控制設(shè)備搜索。搜索信息包含數(shù)據(jù)包地址信息，可以閱讀反饋獲得光學(xué)信息。在計(jì)算所需的控制輸出后，“管理設(shè)置”信息被發(fā)送到子儀表上。控制定時(shí)器設(shè)置默認(rèn)值，等待控制定時(shí)器發(fā)送子網(wǎng)控制器。

再者，在手動(dòng)控制模式下，如果網(wǎng)絡(luò)端口是信號，則傳輸信息是單個(gè)網(wǎng)絡(luò)。亮度控制值在適當(dāng)?shù)脑O(shè)定時(shí)被設(shè)置，并且被發(fā)送給子網(wǎng)控制器。圖形窗口顯示分組的讀取反饋信息、光功率設(shè)置。在沒有信號的情況下，直接返回網(wǎng)絡(luò)端口判定。子網(wǎng)控制設(shè)備軟件設(shè)計(jì)子網(wǎng)控制設(shè)備是一種橋，將與負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的管理設(shè)備的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

最后，該系統(tǒng)將單個(gè)系統(tǒng)設(shè)置為可視通信網(wǎng)絡(luò)，如子網(wǎng)中繼單元的管理，連接智能網(wǎng)關(guān)并讀取。接口信息作為信息處理?？梢姽獾耐ㄐ判盘柾ㄟ^單元設(shè)備的處理，最后傳遞到終端設(shè)備。終端設(shè)備接收到信號后，并在短的時(shí)間內(nèi)傳遞到智聯(lián)網(wǎng)的開關(guān)控制器上，從而實(shí)現(xiàn)了信息處理。

可見，遙控設(shè)備軟件設(shè)計(jì)遙控設(shè)備主要用于實(shí)現(xiàn)照明裝置的靈活控制，遠(yuǎn)程控制設(shè)備軟件需要用戶需求，以保證系統(tǒng)的安全性。當(dāng)人們開設(shè)程序時(shí)，單擊出廠信息顯示、用戶認(rèn)證、接口信息顯示和出廠信息顯示當(dāng)前的照明水平和房間的亮度。這不僅完成了對燈光、照明裝置調(diào)整亮度，還根據(jù)照明設(shè)備的設(shè)置和環(huán)境變化增加了更多的節(jié)能管理功能。

三、VLC在智能工業(yè)照明的應(yīng)用

根據(jù)以上的內(nèi)容描述，是基于可見光通信技術(shù)的智能照明控制管理系統(tǒng)，也可以利用系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建高速通信局域網(wǎng)。通過Internet的連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)訪問，可以在智能工業(yè)照明系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)算法，而且還可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)智能工業(yè)照明系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用。同時(shí)通過實(shí)現(xiàn)高精度定位算法來實(shí)現(xiàn)高精度定位并替換人工。此外，這種智能照明控制系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)符合工業(yè)未來創(chuàng)新革命的信息，結(jié)合實(shí)現(xiàn)倉庫管理，人類地區(qū)建設(shè)需求。理想的無線接入方式，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)獲取干擾技術(shù)和可見光已成為研究趨勢，將在未來傳播領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，將推動(dòng)信息社會(huì)的發(fā)展。

可見光信號是一個(gè)設(shè)備接著一個(gè)設(shè)備的信號，間隔大概為十米，作為信號傳輸，應(yīng)接收其信號。播放裝置可以通過單個(gè)可見光傳輸模塊，其中單個(gè)可見光傳輸模塊約3W計(jì)算約60W燈。目前對VLC技術(shù)的研究有許多需要解決的問題，可見，VLC仍然有更大的發(fā)展空間。下面將VLC實(shí)施路徑及來源等進(jìn)行分析：

①實(shí)時(shí)路徑：VLC發(fā)射器和接收器通過源方向信號傳輸，這是VLC由于強(qiáng)檢測信號強(qiáng)度，也就是說，它必須是一條線，這也是VLC的優(yōu)勢?？梢姽庑盘枱o法通過所有對象，因此它只能反映以下信息：當(dāng)光敏接收器以低發(fā)光強(qiáng)度水平接收光信號時(shí)，表示數(shù)據(jù)速率較低。因此，非視信號的能量低，數(shù)據(jù)速率低。

②來源：用作當(dāng)前VLC啟動(dòng)源的LED不是專業(yè)理想的VLC光源。當(dāng)前LED光源被認(rèn)為是使用照明而不是數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信并不理想。

③多路徑衰落：由于寬度波束輻射的影響，相同的信號可以在不同路徑中產(chǎn)生不同的路徑長度以使多徑衰落，從而產(chǎn)生干擾嚴(yán)重影響VLC性能。

如果發(fā)射器的傳輸角度大時(shí)，VLC產(chǎn)生背景光學(xué)干擾。背景光的變化降低了信噪比，這也是VLC面臨的嚴(yán)重問題。人們可以利用更好的接收器分離高信號衰減，例如，低信噪比質(zhì)量信號，但系統(tǒng)成本增加，可以相對簡單地從性質(zhì)和人造光源的干擾中除去光學(xué)濾波器。

與無線LAN無線網(wǎng)絡(luò)相比，可視通信系統(tǒng)可以在室內(nèi)使用照明設(shè)備而不是本地網(wǎng)絡(luò)基站的信號，未來的通信速度是幾兆字節(jié)。傳輸速率也可以比計(jì)算機(jī)和移動(dòng)信息終端的光纖通信時(shí)間更長。并在很長一段時(shí)間內(nèi)上傳，才能使用室內(nèi)指示器拍攝的信號功能，系統(tǒng)具有高安全性功能。在街道泄露信息時(shí)，由于不影響通信速度的計(jì)算機(jī)，使用無線通信可以自由使用系統(tǒng)（例如，電磁信號）。

如果人們需要Wi-Fi信號就能上網(wǎng)，國際前端通信技術(shù)在國內(nèi)傳輸網(wǎng)絡(luò)信號將在實(shí)驗(yàn)室中成功實(shí)施。研究人員已經(jīng)找到了網(wǎng)絡(luò)信號，四臺(tái)計(jì)算機(jī)，高達(dá)3.25g 1w LED燈珠和平均網(wǎng)絡(luò)速度為150米，是世界上最快的互聯(lián)網(wǎng)?？梢姽馔ㄐ欧Q為LiFi。無線信號設(shè)備有很多限制，而且世界各地?cái)?shù)以百萬計(jì)的大學(xué)都很昂貴，這有助于數(shù)以百萬計(jì)的基站改善信號。但大多數(shù)能量將被消耗5%，但大多數(shù)能量將被消耗。形成鮮明對比在世界上使用的燈泡，在傳統(tǒng)白熾燈中，世界上使用的燈泡特別是家庭光源排，光可以是無線發(fā)射器，其被添加到薄LED燈泡的微芯片。

要將Microchip連接到普通的LED燈泡，可以在每秒創(chuàng)建的那一刻顯示。因?yàn)轭l率太快無法找到，然而對于這些因素，也會(huì)使得光敏傳感器發(fā)生變化。人們把編碼作為光信號來進(jìn)行二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，這樣可以更加高效地進(jìn)行信號傳輸。光下的計(jì)算機(jī)通過特殊接收器集傳輸，與現(xiàn)有Wi-Fi相比，未來可見光通信是安全和經(jīng)濟(jì)的， Wi-Fi依靠無線傳輸功率的增加來提高局部電磁輻射。通過墻壁的無線信號和網(wǎng)絡(luò)信息是不安全的。這種安全風(fēng)險(xiǎn)是掃描可見光通信，頻譜增加了無線頻譜的帶寬和速度，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)置非常需要新的基礎(chǔ)設(shè)施。

所以，在科技信息的時(shí)代下，可見光通信技術(shù)是一種安全、經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)人員要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號的遷移。而且一個(gè)在線使用的間歇網(wǎng)絡(luò)信號的同時(shí)，作為一個(gè)無線電，這是一種電磁波，這種原理可以認(rèn)為是與網(wǎng)通信號的原理是一致的。

四、結(jié)束語

綜上所述，在工業(yè)時(shí)代，信息技術(shù)通過改造技術(shù)和創(chuàng)新革命，為智能工業(yè)照明提供了新的方法和手段?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)在智能工業(yè)中應(yīng)用發(fā)揮了極大的作用，對以后的工業(yè)照明設(shè)施提供了基礎(chǔ)。在這個(gè)科技的時(shí)代下，智能的工業(yè)照明系統(tǒng)更加完善，使得工業(yè)水平也有了提高，同時(shí)科技與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，應(yīng)用于人類社會(huì)，極大地提高了工業(yè)照明措施，現(xiàn)實(shí)與科技的結(jié)合使得科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類社會(huì)?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)在我國經(jīng)濟(jì)市場和社會(huì)生活中得到廣泛應(yīng)用，可見光通信技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，帶來各種科技產(chǎn)品，并服務(wù)于人們的工作和生活，提高人們的工作效率，希望可見光通信技術(shù)為全球做出更大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也希望可見光通信技術(shù)帶動(dòng)我國科學(xué)技術(shù)走向世界前列。

作者單位：王浩? ? 天津港第一港埠有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]牛衍方，孫德棟，龔桃榮，辛軍.可見光通信技術(shù)在智能工業(yè)照明中的應(yīng)用研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2017，28（05）：27-31.

[2]宋素真.可見光通信在煙霧及火焰檢測中的應(yīng)用研究[D].上海第二工業(yè)大學(xué)，2021.

[3]周穎.可見光通信混合非對稱限幅光正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)研究[D].江南大學(xué)，2021.

[4]亢令川. 陣列可見光通信移動(dòng)接收技術(shù)研究[D].戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)，2021.

[5]閆冬.集成可見光通信系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].天津大學(xué)，2020.