用于船舶的可見光通信裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于船舶的可見光通信裝置，包括：用于發(fā)出光信號(hào)的發(fā)送模塊和用于接收光信號(hào)的接收模塊；所述發(fā)送模塊包括：多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的發(fā)光二極管LED；所述LED中設(shè)有用于降低所述LED的半功率角的第一透鏡；所述接收模塊包括：用于接收光信號(hào)的光電探測器和用于匯聚平行光的第二透鏡；所述第二透鏡位于所述光電探測器的前端。上述裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在船舶之間的可見光通信，且能夠提高船舶間通信的可靠性。
【專利說明】用于船舶的可見光通信裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，尤其涉及一種用于船舶的可見光通信裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，一般指波長在400到700納米之間的光，利用這個(gè)帶寬范圍內(nèi)的光進(jìn)行通信的技術(shù)即為可見光通信技術(shù)。近年來，發(fā)出可見光的發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)的性能不斷提高，使LED具有效率高、光通量大、帶寬窄、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使基于LED的可見光通信成為可能。
[0003]LED的可見光通信是以LED作為光源，以光電轉(zhuǎn)換器件或者光學(xué)成像器件作為光電探測器，以大氣為傳輸媒質(zhì)，將發(fā)送信號(hào)調(diào)制在LED發(fā)出的可見光上進(jìn)行通信的無線光通信技術(shù)。這種通信技術(shù)有通信安全性高、無需無線電頻譜認(rèn)證、無電磁干擾、信道帶寬大、傳輸速率高。
[0004]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用于室外的可見光通信系統(tǒng)，如圖1所示，圖1中可見光通信系統(tǒng)包括:發(fā)送模塊和接收模塊；所述發(fā)送模塊包括編碼單元、LED驅(qū)動(dòng)單元和LED ；所述接收模塊包括:光電探測器、前置放大器、濾波單元、數(shù)據(jù)恢復(fù)單元、解碼單元。
[0005]發(fā)送模塊把發(fā)送信息轉(zhuǎn)換成高低變化的電流，LED驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)電流流過LED，調(diào)制LED出射光的功率，LED發(fā)出攜帶發(fā)送信息的可見光。
[0006]接收模塊的光電探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，前置放大器對電信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，并經(jīng)過濾波單元濾除電域噪聲，數(shù)據(jù)恢復(fù)單元從濾除電域噪聲的濾波單元中恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過解碼單元得到發(fā)送信息。
[0007]然而，應(yīng)用于室外遠(yuǎn)距離的可見光通信系統(tǒng)，一方面隨著距離的增長其性能會(huì)下降，并且可見光通信系統(tǒng)內(nèi)部采用的濾波、匯聚、耦合器件會(huì)帶來部分光學(xué)損耗；另一方面，可見光通信系統(tǒng)還會(huì)受到外部天氣條件因素，如雨、雪、霧衰減的影響。
[0008]若將上述可見光通信系統(tǒng)應(yīng)用于船舶之間進(jìn)行通信，其缺陷包括:船間通信距離遠(yuǎn)，信號(hào)衰減大，通信傳輸媒質(zhì)中的湍流影響明顯，嚴(yán)重影響船舶檢可見光通信的高速穩(wěn)定傳輸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種用于船舶的可見光通信裝置，實(shí)現(xiàn)在船舶之間進(jìn)行通信，且提高船舶間通信的可靠性和穩(wěn)定性。
[0010]本發(fā)明的用于船舶的可見光通信裝置，包括:
[0011]用于發(fā)出光信號(hào)的發(fā)送模塊和用于接收光信號(hào)的接收模塊；
[0012]所述發(fā)送模塊包括:多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED ;所述LED中設(shè)有用于降低所述LED的半功率角的第一透鏡；
[0013]所述接收模塊包括:用于接收光信號(hào)的光電探測器和用于匯聚平行光的第二透鏡；所述第二透鏡位于所述光電探測器的前端。
[0014]可選地，所述第二透鏡為菲涅爾透鏡。
[0015]可選地，所述光電探測器與所述第二透鏡之間設(shè)有用于透過紅色光的第一濾光片、用于透過綠色光的第二濾光片、用于透過藍(lán)色光的第三濾光片中的一種或多種。
[0016]可選地，所述光電探測器的外圍嵌套有不透光套筒。
[0017]可選地，所述LED和所述光電探測器間隔分布在同一信號(hào)燈上。
[0018]可選地，所述多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED包括:
[0019]發(fā)出藍(lán)色光信號(hào)的LED，發(fā)出紅色光信號(hào)的LED，發(fā)出綠色光信號(hào)的LED。
[0020]可選地，所述發(fā)送模塊采用半雙工工作方式，所述接收模塊采用半雙工工作方式。
[0021]可選地，所述發(fā)送模塊的編碼方式為下述編碼方式中的一種:
[0022]紅外編碼方式、脈沖位置調(diào)制(Pulse Posit1n Modulat1n,簡稱PPM)編碼方式、莫爾斯編碼方式。
[0023]可選地，所述發(fā)送模塊還包括:
[0024]第一上位機(jī)、第一電平轉(zhuǎn)換單元、第一單片機(jī)、編碼單元、所述LED的驅(qū)動(dòng)單元；
[0025]所述第一上位機(jī)的輸出端與所述第一電平轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述第一電平轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接所述第一單片機(jī)的輸入端，所述第一單片機(jī)的輸出端連接所述編碼單元的輸入端，所述編碼單元的輸出端連接所述LED的驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，所述LED的驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED發(fā)出可見光。
[0026]可選地，所述接收模塊還包括:
[0027]連接所述光電探測器的前置放大器、求和濾波單元、數(shù)據(jù)恢復(fù)單元、解碼單元、第二單片機(jī)、第二電平轉(zhuǎn)換單元和第二上位機(jī)；
[0028]所述前置放大器的輸入端連接所述光電探測器，所述前置放大器的輸出端連接所述求和濾波單元的輸入端，所述求和濾波單元的輸出端連接所述數(shù)據(jù)恢復(fù)單元的輸入端，所述數(shù)據(jù)恢復(fù)單元的輸出端連接所述解碼單元的輸入端，所述解碼單元的輸出端連接所述第二單片機(jī)的輸入端，所述第二單片機(jī)的輸出端連接所述第二電平轉(zhuǎn)換單元的輸入單元的輸入端，所述第二電平轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接所述第二上位機(jī)的輸入端。
[0029]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的用于船舶的可見光通信裝置，通過在發(fā)送模塊的LED中嵌設(shè)降低LED半功率角的第一透鏡，在接收模塊的光電探測器的前端設(shè)置用于匯聚平行光的第二透鏡，可使得可見光通信裝置應(yīng)用于船舶之間，實(shí)現(xiàn)了船舶之間的可見光通信，且能夠提高船舶間通信的可靠性和穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用于室外的可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的可見光通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3A為本發(fā)明中LED和第二透鏡間隔分布的示意圖；
[0033]圖3B為本發(fā)明中一個(gè)LED的一組第一透鏡的分布示意圖；
[0034]圖4A為本發(fā)明中發(fā)送模塊的LED的相對輻射功率譜的示意圖；
[0035]圖4B為本發(fā)明中接收模塊的一個(gè)濾光片透過率頻譜的示意圖；
[0036]圖5為多種數(shù)字調(diào)制方式性能比較示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明的可見光通信裝置的發(fā)送模塊的示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明的可見光通信裝置的接收模塊的示意圖；
[0039]圖8為本發(fā)明的可見光通信裝置的接收模塊輸出的信號(hào)示意圖；
[0040]圖9為本發(fā)明的可見光通信裝置的接收模塊的信息顯示的示意圖；
[0041]圖10為現(xiàn)有技術(shù)中可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射接收示意圖；
[0042]圖11為現(xiàn)有技術(shù)中可見光通信系統(tǒng)中發(fā)送模塊和接收模塊之間的距離引起的損耗的不意圖；
[0043]圖12為現(xiàn)有技術(shù)中可見光通信系統(tǒng)的半功率角引起的增益的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]圖2示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的可見光通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本實(shí)施例的可見光通信裝置包括:用于發(fā)出光信號(hào)的發(fā)送模塊和用于接收光信號(hào)的接收模塊；
[0045]在本實(shí)施例中，發(fā)送模塊包括:多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED ;所述LED中設(shè)有用于降低所述LED的半功率角的第一透鏡；
[0046]所述接收模塊包括:用于接收光信號(hào)的光電探測器；所述光電探測器的前端設(shè)有用于匯聚平行光的第二透鏡。
[0047]在本實(shí)施例中，第一透鏡可將LED的半功率角降低到30以內(nèi)，且第一透鏡和LED芯片連接，可將LED發(fā)出的可見光轉(zhuǎn)換為平行光，如圖2所示。
[0048]另外，在實(shí)際應(yīng)用中，可將LED和所述光電探測器間隔分布在同一信號(hào)燈上，為此，在光電探測器的外圍嵌套有不透光套筒。由此，可以防止發(fā)送模塊中的LED對光電探測器造成的近端串?dāng)_。為了進(jìn)一步防止近端串?dāng)_，LED和光電探測器可在信號(hào)燈上穿插分布/間隔分布，如圖3A所不。
[0049]應(yīng)說明的是，前述發(fā)送模塊中多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED可包括:發(fā)出藍(lán)色光信號(hào)的LED (對應(yīng)圖3A中的藍(lán)色LED)，發(fā)出紅色光信號(hào)的LED (對應(yīng)圖3A中的紅色LED)，發(fā)出綠色光信號(hào)的LED(對應(yīng)圖3A中的綠色LED)。特別地，本實(shí)施例中位于信號(hào)燈上的LED可為發(fā)出單色光信號(hào)的LED。也就是說，LED的驅(qū)動(dòng)單元控制LED發(fā)出單色光。
[0050]此外，由于LED和光電探測器位于同一個(gè)信號(hào)燈上，為了防止前述的近端串?dāng)_，可使發(fā)送模塊采用半雙工工作方式，所述接收模塊采用半雙工工作方式。另外，需要說明的是，在圖3A中顯示有了綠色接收透鏡、藍(lán)色接收透鏡、紅色接收透鏡，在實(shí)際應(yīng)用中，這三個(gè)接收透鏡均為菲涅爾透鏡。其中，綠色接收透鏡表示的含義為:第一，該綠色接收透鏡后面的濾光片(如下所述的第二濾光片)用于透過綠色光；第二，由于接收透鏡旁邊設(shè)置的是發(fā)出紅色光的LED和發(fā)出藍(lán)色光的LED (如圖3A所示)，為較好的防止近端串?dāng)_，該處區(qū)域的接收透鏡可用于接收綠色光。為此，在圖3中左上角區(qū)域設(shè)置為綠色接收透鏡。
[0051]相應(yīng)地，藍(lán)色接收透鏡表示的含義為:第一，該藍(lán)色接收透鏡后面的濾光片(如下所述的第三濾光片)用于透過藍(lán)色光；第二，由于接收透鏡旁邊設(shè)置的是發(fā)出紅色光的LED和發(fā)出綠色光的LED (如圖3A所示)，為較好的防止近端串?dāng)_，該處區(qū)域的接收透鏡可用于接收藍(lán)色光；為此，在圖3中右上角區(qū)域設(shè)置為藍(lán)色接收透鏡。
[0052]紅色接收透鏡表示的含義:第一，該紅色接收透鏡后面的濾光片(如下所述的第一濾光片)用于透過紅色光;第二，由于接收透鏡旁邊設(shè)置的是發(fā)出藍(lán)色光的LED和發(fā)出綠色光的LED (如圖3A所示)，為較好的防止近端串?dāng)_，該處區(qū)域的接收透鏡可用于接收紅色光。為此，在圖3中下方區(qū)域設(shè)置為紅色接收透鏡。
[0053]前述的LED可為紅綠藍(lán)三色LED。三色LED要比單色LED在通信信道中的抗湍流方面性能更好。這樣用三色LED通信可以減弱信道中湍流對信號(hào)的影響，提高信噪比，增加高速通信的可靠性。同時(shí)，單色LED與白光LED相比具有更窄的頻帶，可以進(jìn)一步通過光學(xué)濾波濾除背景光噪聲，提高信噪比。
[0054]LED的選型主要從電光轉(zhuǎn)換效率、最大直流電流、封裝類型等角度來考慮。三色LED的封裝一共有兩種形式，第一種是多芯片LED，另外一種是單芯片LED。這兩種封裝LED的數(shù)據(jù)手冊會(huì)給出光通量大小，一般不會(huì)給出出射光光功率。LED作為可見光通信的光源，重點(diǎn)考慮LED的輸出功率。光通量和光功率有如下關(guān)系:

【權(quán)利要求】
1.一種用于船舶的可見光通信裝置，其特征在于，包括:用于發(fā)出光信號(hào)的發(fā)送模塊和用于接收光信號(hào)的接收模塊； 所述發(fā)送模塊包括:多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的發(fā)光二極管LED ;所述LED中設(shè)有用于降低所述LED的半功率角的第一透鏡； 所述接收模塊包括:用于接收光信號(hào)的光電探測器和用于匯聚平行光的第二透鏡；所述第二透鏡位于所述光電探測器的前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二透鏡為菲涅爾透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電探測器與所述第二透鏡之間設(shè)有用于透過紅色光的第一濾光片、用于透過綠色光的第二濾光片、用于透過藍(lán)色光的第三濾光片中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電探測器的外圍嵌套有不透光套筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述LED和所述光電探測器間隔分布在同一信號(hào)燈上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED包括: 發(fā)出藍(lán)色光信號(hào)的LED，發(fā)出紅色光信號(hào)的LED，發(fā)出綠色光信號(hào)的LED。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送模塊采用半雙工工作方式，所述接收模塊采用半雙工工作方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送模塊的編碼方式為下述編碼方式中的一種: 紅外編碼方式、脈沖位置調(diào)制PPM編碼方式、莫爾斯編碼方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送模塊還包括: 第一上位機(jī)、第一電平轉(zhuǎn)換單元、第一單片機(jī)、編碼單元、所述LED的驅(qū)動(dòng)單元； 所述第一上位機(jī)的輸出端與所述第一電平轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，所述第一電平轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接所述第一單片機(jī)的輸入端，所述第一單片機(jī)的輸出端連接所述編碼單元的輸入端，所述編碼單元的輸出端連接所述LED的驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，所述LED的驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)發(fā)出光信號(hào)的LED發(fā)出可見光。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接收模塊還包括: 連接所述光電探測器的前置放大器、求和濾波單元、數(shù)據(jù)恢復(fù)單元、解碼單元、第二單片機(jī)、第二電平轉(zhuǎn)換單元和第二上位機(jī)； 所述前置放大器的輸入端連接所述光電探測器，所述前置放大器的輸出端連接所述求和濾波單元的輸入端，所述求和濾波單元的輸出端連接所述數(shù)據(jù)恢復(fù)單元的輸入端，所述數(shù)據(jù)恢復(fù)單元的輸出端連接所述解碼單元的輸入端，所述解碼單元的輸出端連接所述第二單片機(jī)的輸入端，所述第二單片機(jī)的輸出端連接所述第二電平轉(zhuǎn)換單元的輸入單元的輸入端，所述第二電平轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接所述第二上位機(jī)的輸入端。
【文檔編號(hào)】H04B10/116GK104079352SQ201410264509
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】張明倫, 趙鵬, 賈銀杰, 朱賀田, 王超, 郭旭景 申請人:北京郵電大學(xué)