基于可見光通訊技術的Ra-Fi產品設計

唐世民　顏廷堅　李盛源　張明路　吳貴芳　王曉紅

摘 要：主要介紹由STC89C52RC單片機為基礎部件設計形成的基于可見光通訊技術的Ra-Fi產品設計方案，本文將圍繞系統的總體結構設計、系統各模塊技術設計為中心來闡述，從而使信號發射源變為可見光源，并將有特制微芯片的LED燈控制安裝在裝置中，通過其亮、滅，發出肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息，并在終端輸出。該技術具有建設便利、光源易得能耗低并且安全的優勢，可以更大程度上滿足人類發展的需求，Ra-Fi產品設計將會為網絡時代開啟一場新革命。

關鍵詞：單片機;Ra-Fi;可見光通訊技術;信息傳輸;模塊設計

1 概述

近年來，隨著現代科技的發展，人們已經大體脫離以往運用飛鴿書信的通訊方式。4G通訊的飛速發展和5G通訊的嶄露頭角更大的方便了人們的生活方式，與此同時也出現了諸多問題影響其使用。首先對于我國來說，現代通訊的普遍使用是基于大約500萬個信號塔建設完工，成本比較高，而且信號塔發射的電波對人們的健康造成一定影響，但是在沒有網絡覆蓋的地域，又無法進行通訊;其次，網速也是現代通訊的一大痛點;再者，由于電磁波可以穿透物體有被截取信息的可能性，使用者對于信息的安全存在質疑。本文將設計研發出一種基于可見光通訊技術的Ra-Fi產品來解決以上問題。

2 系統總體結構設計

Ra-Fi產品的設計采用模塊化設計思想，以STC89C52RC單片機為控制器，與光電檢測器相連，還與可見光通信路由器相連接。利用光電接收器對可見光進行采集，把這些采集到的光信號通過光電檢測器轉換成電信號，再將電信號送給STC89C52RC單片機，并將電信號由單片機送到與此相連的可見光通訊路由器進行簡單處理，使其調制為光信號，通過白光LED發射，在終端可見光適配器上解調出信息并實現無線通迅。系統的模塊圖如下圖所示。

3 系統各模塊技術設計

3.1 光源接收模塊

該模塊采用光電接收器進行對光的接收和處理，并將其轉化為光信號。本模塊在少光或者微光的前提下，與波分復用器配合使用，采用光電接收器與波分復用器配合使用具有的優勢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。并且可以相對簡化網絡結構，使網絡連接變得更加穩定，避免用戶在使用時出現連接不穩定、掉網的狀況。因為光是沿直線傳播的，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 光源檢測模塊

采用光電檢測器引腳與接收器相連，以此來接收光信號，再由檢測器內部外加反向偏壓的PN結的作用下將光信號轉變成電信號。光電檢測器的選取：PIN光電探測器。

3.3 電路模塊

采用前置放大電路作為對光信號的處理電路，對光信號進行放大，最后再還原成原來的信號。選擇接近理想運算放大器的芯片：AD8571集成運算放大器。將芯片裝入檢測器中，對光信號轉化為的電信號進行放大恢復等處理。

3.4 控制（中樞）模塊

采用STC89C52RC單片機為控制器。該系統采用單片機構成具有判斷、運算、控制和計數的裝置，單片機在系統中主要起到一個承上啟下的過渡作用。STC89C52RC單片機可以很好的實現對系統的控制和管理要求。

3.5 調制模塊

該系統采用可見光通訊路由器來起到對處理之后的電信號的調制作用。在路由器中，通過可見光編碼技術對光進行編碼成為有信息的光信號，隨后進行調制，便將光信號發送出去。調制的方法也有許多，這里簡單介紹兩種調制方式。第一種，使用開關進行調制控制，可以使用BAN10M-TFR光電感應開關，實現有光自動進行調制，簡單來說即收到光信號為1，若無光信號則為0。第二種方式是正交頻分復用的方式，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，是一種理想的調制方式。

3.6 解調模塊

解調模塊則是在終端上對收到的光信號進行接收、解調，即反向的調制、編碼，形成手機、電腦等終端設備可以識別的段碼、信號，然后進行使用。解調的方式如同上文所提到的調制模塊所提到的方式相同，也可以使用開關進行反向調制，或使用OFDM進行解調。之后，終端設備即可識別使用。

4 結語

本文設計的基于可見光通訊技術的Ra-Fi產品可以實現對可見光的充分利用，同時也能很好的改善現代通訊的一些弊端。產品技術成熟后，可以應用到生活中的方方面面，例如：海底探測、多人場所、醫院交通等。以STC89C52RC單片機為核心控制器，以光電接收、檢測處理和電信號的調制為核心技術設計出的該產品，具有建設便利、光源易得、傳輸速度快、綠色健康、信息安全等優勢，其價值顯而易見。利用可見光通訊技術設計的Ri-Fi產品將會廣泛應用到廣大人民群眾中，它的出現將會為網絡時代開啟一場新革命。

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