[发明专利]一种长距离光子LIFI节能通信系统

权利要求书

1.一种长距离光子LIFI节能通信系统，其特征在于，包括信 号调制控制设备、一定发射功率和束散角的LED探照灯、接收天线、 光探测器、信号处理电路、显示终端、中央处理器、现场可编程门 阵列电路、电源电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可 编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、 电源控制器及直流供电电路；所述信号调制设备负责调制生成原始 的电信号；所述LED探照灯是单色的LED；所述光探测器是可见光 波段响应较好的CCD光电转换器件；所述接收天线是可变倍数的光 学镜头；所述信号处理电路与光探测器相适应，用于视频电信号的 处理，以及确定接收光斑的形状、大小和平均接收光功率；所述探 照灯和所述接收天线之间是大气信道，光源发出的光通过大气信道 进行传输。

2.根据权利要求1所述的一种长距离光子LIFI节能通信系统， 其特征在于，所述远距离可见光通信系统设备分为发射端和接收端； 所述发射端是OOK或PPM调制方式，光源将调制好的光信号以高 速、明暗变化的规律进行发射，所述光源是大功率低束散角阵列 LED；采用单片机控制所述发射端，实现字符串的发送；所述接收 端，采用CCD作为光探测器，相机以与光源相同帧频进行拍摄，且 CCD相机进行数据的采集和处理，将调制信号的规律呈现出来，得 到相应的灰度值，从而完成信息的传递过程，实现字符串的接收。

3.根据权利要求1所述的一种长距离光子LIFI节能通信系统， 其特征在于，所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑 模块CLB、输入输出模块IOB和内部连线三个部分；FPGA利用小型 查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触 发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构 成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元 模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块；FPGA 的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在 存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模 块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA 允许无限次的编程。

4.根据权利要求1所述的一种长距离光子LIFI节能通信系统， 其特征在于，所述光接收天线是一组光学镜头，与CCD相机相互配 合，配置电动变焦镜头和编码器，可以实现计算机控制自动变焦。

5.根据权利要求2所述的一种长距离光子LIFI节能通信系统， 其特征在于，所述远距离可见光通信系统还包括光信号数据采集处 理模块，用于通过编写的程序完成对LED发来的信号光的采集处理； 所述程序以MFC为框架编写，完成对从相机发送过来的图片信息的 分析和处理；当光源和相机的频率同步时，相机能够准确捕捉到光 源发送的信息。

6.根据权利要求2所述的一种长距离光子LIFI节能通信系统， 其特征在于，所述远距离可见光通信系统还包括可见光通信数据传 输模块，用于完成数据传输时的同步，与自适应传输模块配合，完 成速率可变自适应信息传输。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种长距离光子LIFI节能 通信系统，其特征在于，所述远距离可见光通信系统具体包括：

调制器，用于可见光通信发射端需要将基带信号调制到光载波 上，将信息先调制成电信号；所述调制器是51单片机系列或FPGA；

LED驱动，用于将电信号转化为光信号；所述LED驱动模块用 于完成对LED光源的驱动功能，同时将调至好的电信号转化为光信 号加载到LED光源上；所述LED驱动模块是51单片机，其触发方 式是TTL触发，完成对LED光源驱动；

LED，是可见光通信系统的发射装置，所述LED光源是功率大、 束散角小、白光的LED阵列；

LED控制器，用来控制光源和相机的设备，完成辅助功能；

大气信道，光源将调至好的信号光发射出去，通过大气信道传输， 传输过程中将受到大气信道的影响；

相机镜头，相机镜头即是接收天线，主要完成光信号的捕捉接收 功能，镜头能够进行变焦，变化接收视场角，可以放大或者缩小目 标；为了便于和CCD相机相互配合，配置了电动变焦镜头和编码器， 可以实现电脑控制自动变焦；

CCD相机，CCD是感光元器件，主要是将光信号转化为电信号 再成像；

所述CCD相机通过千兆以太网连接到电脑上，并通过程序完成图像 数据的采集和处理；

成像处理过程，用于将接收到的已调光信号进行接收成像，分析 其灰度光强度，解调出原始信息，完成信息接收；

显示终端，用于在示波器、电脑或者以文件形式对结果进行显示、 存储。