一種帶有空間光通信功能的led照明系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種帶有空間光通信功能的LED照明系統，屬于LED照明與通信領域。
【背景技術】
[0002] LED比現有的白熾燈具有長壽命，高耐濕，耐低溫、功耗低和體積小等優點。LED被 用于全色顯示器，交通信號，以及許多其他手段的照明。現在，基于氮化銦鎵的高效藍光和 綠光LED已成為商用。通過混合三基色RGB，我們可以生產混光白光LED。這種白光LED被 認為是對未來的照明技術一種創新和挑戰。根據日本國際貿易和工業估計，如果LED取代 一半目前正在使用中的白熾燈和熒光燈，日本可以節省60%的電力并有效降低溫室氣體的 排放。在歐盟及美國等國家已經提出規劃，將LED作為21世紀新一代的照明技術。
[0003] 光無線通信技術是近十年來迅速發展的一種新型無線通信方式。相比其它短距離 通信，光無線通信技術的優勢是：綠色環保，照明、通信雙結合；光源帶寬寬，達400THZ ;通 信網絡簡易，安全性高。主要在于功能照明設施上增加數據傳輸輔助功能，將無線通信與室 內照明進行結合，實現對信息的上行下行的無線傳輸，構建了基于光空間傳輸的照明系統。 由于光輻射與日常生活息息相關，無論辦公場所還是商業或者私人場所中含有許多含有光 源的功能設備，所以光通信技術可以滿足移動通信網絡覆蓋范圍廣、鏈路質量高的要求，提 供隨時隨地的便捷數據服務。同時，光通信技術使用光這種特殊的傳輸介質，可以保證移動 通信網絡的安全性，包括網絡數據安全與用戶健康安全，使得用戶信息的私密性得到保障， 不能被其他用戶惡意截獲，而且使用者即使長時間處于移動通信網絡中，也不會對自身健 康造成影響。
[0004] 光無線通信技術是隨著照明光源支持高速開關而發展起來的一種新型通信方式， 可以有效的緩解當前射頻通信頻帶緊張的問題，為短距離無線通信提供了一種新的選擇方 式。室內可見光通信可以滿足用戶對通信鏈路安全、穩定、快速以及環保性等方面的要求， 為室內無線通信網絡提供了一種全新的寬帶接入方式。將基于照明光源的光無線通信技術 應用于下一代無線通信技術中是可行的，是構建室內無線通信系統的一個備用選擇，是對 現有無線射頻通信技術的一種有效補充。
[0005] 與此同時，由于光無線通訊正處在起步過程中，目前仍有許多技術上的瓶頸需要 攻克，譬如摻黃色熒光粉白光LED引入的時間延遲會影響LED的上升和下降時間，直接影響 了 LED調制帶寬的下降，以及多徑效應等等技術難題。
[0006]

【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于提供一種帶有空間光通信功能的LED照明系統，該系統具有傳 輸速度快、調制帶寬寬、兼顧照明和光通信、實現智能分時照明等優點。
[0008] 本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案： 為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種帶有空間光通信功能的 LED照明系統，包括光無線通信模塊、LED照明模塊、智能照明控制模塊；其特征在于光無線 通信模塊包括光發射模塊和光接收模塊，光發射模塊與LED照明模塊連接，光接收模塊置 于光學天線下，通過智能照明控制模塊總線，將光無線通信模塊和LED照明模塊連接。
[0009] 所述LED照明模塊前端電路包括：整流電路、有源功率因數校正電路、隔離變壓 器、輸出驅動電路；所述整流電路輸出端連接有源功率因數校正電路輸入端，有源功率因數 校正電路輸出端連接隔離變壓器輸入端，隔離變壓器輸出端連接輸出驅動電路輸入端，輸 出驅動電路輸出端連接LED燈。
[0010] 所述光無線通信模塊的光發射模塊包含可見光發射模塊、紅外光發射模塊、紫外 光發射模塊；所述光無線通信模塊的光接收模塊包含可見光接收模塊、紅外光接收模塊、 紫外光接收模塊；其中： 所述光發射模塊包括光電探測器、PWM調光電路，所述光電探測器輸出端連接PWM調光 電路輸入端，PWM調光電路輸出端連接LED燈； 所述光接收模塊包括前置放大器、時鐘提取電路和解碼器，前置放大器輸出端與時鐘 提取電路輸入端連接，時鐘提取電路輸出端和解碼器輸入端連接，解碼器輸出端連接網絡 上行輸入端。
[0011] 所述LED照明模塊包括RGB三基色白光LED燈、摻熒光粉白光LED燈、紅外光LED 燈、紫外光LED燈。
[0012] 所述智能照明控制模塊包括DALI控制器、DALI總線、DALI電子鎮流器，DALI控 制器輸出端通過DALI總線與光無線通信模塊、LED照明模塊連接，多個DALI電子鎮流器與 RGB三基色白光LED燈、摻熒光粉白光LED燈、紅外光LED燈、紫外光LED燈、可見光接收模 塊、紅外光接收模塊、紫外光接收模塊并聯。
[0013] 所述可見光接收模塊包括放置藍光濾光片。
[0014] 本發明采用上述技術方案，具有以下技術效果： 1.實現滿足IEEE 802. 15. 7通信標準，使其工作模式達到ΡΗΥΠ?，數據速率達12~96Mb/ So
[0015] 2.實現白光、紅外光、紫外光分時分工照明，滿足不同情況下對照明以及無線通 信的需求，并為未來物聯網無線發展提供無線保障。
[0016] 3.對于最主要情況下的白光LED照明，使用三基色RGB白光LED，避免熒光粉作用 引入額外時間延遲，導致LED調制帶寬下降；同時為了滿足功能照明的需求，設置摻熒光粉 白光LED作為照明補充。
[0017] 4.采用數字可尋址照明接口技術DALI，對上述光源進行智能控制，提高照明效率 以及節約能源。
[0018] 5.采用PffM調光技術對LED燈進行加載信號，通過改變LED燈的亮度改變下行帶 寬。
[0019] 6.采用菲涅耳透鏡以及藍光濾波片，提高了光電探測器靈敏度，減少背景光噪音 的干擾。
【附圖說明】
[0020] 下面結合附圖及具體的實施方式對本發明作進一步說明。
[0021] 圖1為本發明一種帶有空間光通信功能的LED照明系統的模塊示意圖； 圖2為本發明發射模塊整流電路的電路圖； 圖3為本發明發射模塊有源功率因數校正電路的電路圖； 圖4為本發明發射模塊PffM調光電路的電路圖。
[0022] 圖5為智能照明數字可尋址照明接口技術（DALI)的示意圖。
[0023] 圖中標號說明：U1為NCP1606芯片，U2為PT4115芯片，Rl至Rll為第一至第^^一 電阻，Cl至C8為第一至第八電容，Dl至D9為第一至第九二極管，Tl為變壓線圈，L2為電 感，U2A為光敏三極管、U2B為發光二極管，Rsense為電流檢測電阻，Ql為金屬-氧化物半導 體場效應晶體管。
[0024] 具體實施方法 下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明： 圖1中，包括可見光無線通信模塊、LED照明模塊、智能照明控制模塊；所述可見光無 線通訊模塊包括光發射模塊和光接收模塊，所述光發射模塊包括RGB三基色白光LED、紅外 光LED、紫外光LED、PffM調光電路和可見光光電探測器；所述光接收模塊包括藍光濾波片、 菲涅耳透鏡、藍光光電探測器、紅外光光電探測器、紫外光光電探測器、前置放大器、主放大 器、均衡器、判決器、解碼器；所述LED照明模塊包括整流電路、APFC電路、隔離變壓器、輸出 驅動電路、摻熒光粉白光LED ;所述智能照明控制模塊包括DALI總線、DALI主控制器、DALI 電子鎮流器；交流220V輸入整流電路輸入端，整流電路輸出端連接APFC電路輸入端，APFC 電路輸出端連接隔離變壓器輸入端，隔離變壓器輸出端連接輸出驅動電路輸入端，輸出驅 動電路輸出端連接摻熒光粉白光LED輸入端構成LED照明模塊；通信用光纖光信號輸入可 見光光電探測器的輸入端，可見光光電探測器的輸出端連接PWM調光電路的輸入端，PWM調 光電路的輸出端連接并聯的RGB三基色白光LED、紅外光LED、紫外光LED構成光發射模塊； 接收到的光信號通過菲涅耳透鏡根據DALI主控制器選擇進入連接藍光濾波片的藍光光電 探測器輸入端、紅外光光電探測器輸入端或紫外光光電探測器輸入端，藍光光電探測器輸 出端、紅外光光電探測器輸出端或紫外光光電探測器輸出端連接前置放大器輸入端，前置 放大器輸出端連接主放大器輸入端，主放大器輸出端連接均衡器輸入端，均衡器輸出端連 接判決器輸入端，判決器輸出端連接解碼器輸入端，解碼器輸出端輸出信號至網絡構成光 接收模塊；DALI主控制器根據用戶控制通過DALI總線連接分別并聯DALI電子鎮流器的 RGB三基色白光LED、紅外光LED、紫外光LED、藍光光電探測器、紅外光光電探測器、紫外光 光電探測器構成智能照明控制模塊。
[0025] 圖2中，由橋式整流電路組成，可將交流電轉換為直流。由4個整流二極管組成橋 式電路，當單向交流電壓在正半周時，整流二極管VDl和VD2導通，電流流經VDl和VD2負 載，回到交流電源負端，當VD1、VD2正向導通時，VD3、VD4因加反向電壓而截止；在交流電壓 的負半周，VD3、VD4導通，電流流經VD3、VD4,回到交流電源的負端；負載在在一個周期內都 有電流流過，且為一個方向；經過橋式整流電路后輸出直流電壓310V。
[0026] 圖3為有源功率因數校正電路（APFC)，有源功率因數校正電路控制芯片為 NCP1606,主要有誤差放大器、RS觸發器、電流檢測邏輯、零電流檢測電路、推拉式驅動輸出 級、啟動定時器和輸出過電壓保護電路組成；由引腳1:FB，系統輸出電壓反饋網絡輸出端、 引腳2: control，調節模塊端口，引腳3:Ct，芯片導通時間調節端口，引腳4:Cs，MOSFET電 流采樣引腳，引腳5: ZCD，芯片過零檢測引腳，引腳6: GND，參考地，引腳7: DRV驅動信號輸出 引腳，引腳8: Vcc電源輸入端引腳組成。由橋式整流電路輸出310V直流電，NCP1606的8號 引腳Vcc -端連接第一電阻Rl連接直流電源輸入，一端連接3號二極管D3，3號二極管為肖 特基二極管；3號二極管D3同時與2號電容C2、3號