可見(jiàn)光通信在室外LED路燈上的實(shí)現

根據通信理論，減小判決中的誤碼率可從兩方面入手: 一是加大其輸入光功率; 一是提高信噪比。對于LED 路燈，由于LED 光源發(fā)出的是可見(jiàn)光，且發(fā)散角較大，對人眼睛基本無(wú)害、無(wú)電磁波傷害等優(yōu)點(diǎn)，其本身的大功率就已經(jīng)在一定程度上保證了系統的可靠性，最終結果將是接收端的信噪比決定全系統的通信性能。

圖3 信號解調

2. 4 Matlab 仿真( 圖4、圖5、圖6)

圖4 基帶信號，反碼信號，載波信號

圖5 基帶信號相乘，2FSK，疊加傳輸中產(chǎn)生的噪聲信號

圖6 相干解調與抽樣判決結果

將以上研究設計思路采用Matlab 進(jìn)行仿真，基帶信號速率采用100bps，考慮到可選擇元器件的限制，f1 選擇800Hz，f2 為1000Hz，仿真結果證明該方案可行。

3 測試系統及驗證

3. 1 測試系統

如圖7 所示，現場(chǎng)測試系統的組成包括內置光通信控制器的LED 路燈，光接收機，智能手機設備( 內置讀取數據顯示的應用程序) 。光接收機與智能手機間通過(guò)藍牙進(jìn)行數據傳輸，以確保在路燈現場(chǎng)測試的方便性。

圖7 現場(chǎng)測試系統

現場(chǎng)測試中，LED 路燈選擇某品牌大功率LED路燈，該路燈支持PWM 調光輸入的配套驅動(dòng)電源。光通信控制器直接采用深圳市致燁科技有限公司的單燈控制器，其支持PWM 調光輸出，可實(shí)時(shí)采集LED 路燈的電壓、電流、有功功率、功率因素、溫度等實(shí)時(shí)狀態(tài)數據，由于現場(chǎng)測試驗證中LED 路燈工作于開(kāi)關(guān)模式，且所選擇的信號調制工作速率較低，信號調制部分將由單燈控制器內部軟件完成，直接輸出2FSK 信號控制LED 燈開(kāi)關(guān)。由于所選器件所限，本文測試用的基帶信號速率為100bps，f1為800Hz，f2 為1000Hz，如果采用PIN 二極管，應可工作于更高的頻率，當然相應的電路設計也將更為復雜。

3. 2 光接收機

光接收機設計為手持式，大小相當手機，以便于現場(chǎng)操作及可移動(dòng)性。光傳感器選擇有兩個(gè)關(guān)鍵性指標，一是響應的光波強度范圍，二是響應速度。由于LED 路燈工作于室外，而室外充滿(mǎn)了各種各樣的其他可見(jiàn)光，同時(shí)白天及夜晚環(huán)境光亮度相差極大，因此在這種環(huán)境下工作的光傳感器需要具有極寬的響應范圍以及較高的靈敏度。而由于LED 路燈以f1 和f2 高頻率閃爍，因此光傳感器的響應速度應高于該頻率。本測試系統采用歐恩光電的ON9658，其測量范圍: 0 ～ 1000lx，響應時(shí)間達到Tr + Tf =4μS ( 圖8) 。

圖8 ON9658

考慮到路燈僅在夜間工作，光接收機僅設計為夜間工作，同時(shí)為避免其他可見(jiàn)光和相鄰路燈對于通信的影響，光接收機增加遮光罩設計，在實(shí)際應用中僅需指向相應路燈。

光接收機信號解調部分直接采用通用的FSK 解調芯片XR2211 完成相干解調，XR2211 為音頻鎖相環(huán)電路。

藍牙通信采用通用的藍牙轉串口通信模塊，方便將讀取的數據傳輸到智能手機設備中進(jìn)行展示。配套的智能手機內置程序基于安卓系統，采用JAVA 技術(shù)開(kāi)發(fā)。