[发明专利]一种基于可见光通信的家用下水节点

说明书

技术领域

本发明涉及水下通信领域，尤其是一种基于可见光通信的家用下 水节点。

背景技术

众所周知，海洋占地球表面积的70％以上，海洋中不但蕴藏着丰富 的资源，而且对全球气候变化、人类经济以及社会发展都有着重大影 响。尽管人类从远古时期就开始了对海洋的探索活动，但是迄今为止， 人类对大部分海域的了解都非常有限，许多海域仍然处于未知状态。 因此，发展先进的海洋探测高技术对人类了解、利用和开发海洋 具有重要的意义。

随着白光LED器件的发展，可见光通信技术得到了越来越多的 重视。可见光无线通信系统主要由光信号发射端和光信号接收端组 成。这种技术运用到构建水下无线网路通信的具有巨大的优越性， 水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微 型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采 集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在 一个特定的区域内，可形成无线传感器网络，它们通过特定的协议， 高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行 实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术 将观测信息实时传输。

目前，水声通信技术是实现水下目标间无线通信的最成熟的技 术。但是，声波在水中的衰减和声波频率的平方成正比，另外， 声波在水中传输速度慢，导致信号延迟大；海洋背景噪声大导致信 噪比小。因此，水声通信无法满足当前传感器网络、水下探测中普遍 采用的视频、音频等信号的实时传输的需求；另外，水声系统设备昂 贵、体积大、功耗大，也无法满足水下通信系统对小体积、低功耗 以及低成本的需求。因此，采用基于可见光通信的家用下水节点具 有广阔的运用前景。

发明内容

本发明的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种 低功耗、体积小、低成本，具有计算能力和通信能力的基于可见光 通信的家用下水节点。

为实现上述发明目的，提出了如下技术方案：

一种基于可见光通信的家用下水节点，一种基于可见光通信的 家用下水节点，包括处理器模块、LED发送/接收模块、传感器模块、 串口通信模块以及电源模块；所述处理器模块控制LED光源发送和 接收信息，并协调各外设单元工作；所述LED发送/接收模块负责 节点之间的通信；所述传感器模块负责目标区域信息的采集；所述 串口通信模块与计算机连接，实现数据的收发；所述电源模块负责 节点的能量供给。

所述处理器模块采用低功耗的STM32F405RGT6嵌入式微处理器 作为通信节点的主控芯片，该芯片体积小、质量轻，计算能力能满 足系统要求，同时内部资源丰富，集成了USART，GPIO和ADC等功能， 所以处理器模块只需要一块芯片以及简单的外围电路从而实现体积 小、质量轻和计算能力的要求。

所述LED发送/接收模块中，选择的光源是LuxeonIII Enutter大功率蓝光光源(3W)。该光源的特点主要为：光通量高； 使用寿命可达5*104h；体积小；额定工作电流很大，大约为 350～700mA；点亮时间小于100s。另外，本模块将光源与铝基板 组合使用用以散热，使用菲涅尔透镜实现聚光。选用ULN2803A作 为LED的驱动芯片，ULN2803A是高压大电流达林顿晶体管阵列电路， 该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端导通。该芯片可 以同时驱动8组负载工作，具有电流增益高、温度范围宽、带负载 能力强等特点，非常适合作为LED光源的驱动。所述可见光接收模 块将接受的光信号转化为电信号，将采集数据提供至处理器。考虑 微型化原则，所以采用蓝光增强型光电二极管PIN-10DP/SB作为接 收元件，该元件具有100m²以上的感光面积，对于400～600m的波 长(蓝绿光波段范围)较敏感，用于家用下水节点的接收器。

所述串口通信模块针对Sink节点，使用主控芯片上的串行通信 口USART-Tx、USART-Rx，输出TTL电平实现数据的收发。电源 模块负责节点的能量供给，Sink节点通过串口与计算机端相连， 能量可以认为是无限的，而普通节点则需要靠电池供电。