[实用新型]一种基于可见光的矿下语音通信系统

说明书

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种基于可见光的矿下语音通信系统。

背景技术

可见光通信的兴起主要基于固态照明器件LED的迅猛发展。白光LED照明技术日趋成熟，它具有节能环保、发光效率高、使用寿命长、能对抗电磁干扰等诸多优点，因此有多重优势的LED灯开始走进千家万户，在生产生活中得到了广泛的应用。可见光通信是利用LED器件的高速频率响应特性将其功能扩展到通信领域。而LED白光无线通信在矿井下的应用则更是一个全新的领域。

煤矿作为一个特殊的行业，生产工作主要在井下，其环境复杂恶劣且多变，目前用于矿下的通信网络主要有无线通信网络、有线通信网络和二者混合使用的通信网络。就有线通信网络而言，铺设通信电缆或者光纤无疑增加了工作量，而且井下巷道纵横交错，线路敷设复杂又易受到损伤和破坏，因此该通信方式在矿井下的应用受到很大的局限性。现有的无线通信主要是通过无线射频技术实现无线通信的，而电磁波的传输极易受到特殊环境的干扰，传输距离和通信质量将大大下降，而对于可见光通信则不存在电磁干扰。

可见光通信在矿井下通信环境中的应用具有明显的优势，煤矿工作面VLC能够克服井下复杂的通信环境和不断变化的通信空间，无自然光的干扰，它将载波频率上调到无线电波中的可见光频段，能非常好的解决无线射频通信频谱资源问题，又避免了无线电磁波的传播给煤矿井下环境带来的安全隐患，具有照明和通信双重功能，能量利用率大大提高，在实现正常照明功能的同时以光波为载体传输信息满足通信需求。VLC绕开了辐射和干扰，成为了多种安全性要求较高的封闭空间通信的宠儿。

发明内容

本发明的目的是针对井下现有通信网络存在有线网络易损坏，无线网络通信质量较差的特点，提出将可见光通信系统应用到煤矿工作面，开发出应用于矿井下基于可见光传输的语音通信系统。

为了达到以上效果，本发明一种基于可见光的矿下语音通信系统，技术方案是：

1、该通信系统由MIC采集语音模块、信号预处理模块、单片机信号处理模块、可见光发送电路、矿井下光无线信道和可见光接收电路构成；所述的信号预处理模块包括前置放大和音频滤波；所述的单片机信号处理模块包括AD采样和串口发送；所述的可见光发送电路包括LED调制驱动电路和LED光源；所述的可见光接收电路包括PIN 光电检测电路、串口接收、D/A转换、低通滤波电路、音频功率放大电路。

2、所述的信号预处理模块包括基本的前置放大电路和300～3400Hz的8阶音频滤波电路，采用了TI公司的RC4580芯片设计电路。

3、所述的单片机信号处理模块采用MSP430，预处理过的信号由MSP430内置的A/D模块采样后通过串口发送。

4、所述的LED光源采用反光杯。

5、所述的可见光接收电路采用SFH5440作为光电检测传感器，采用低功耗、单通道、8-bit分辨率的缓冲型电压输出数模转换器DAC5571，音频功率放大电路采用TLV320AIC3100。

附图说明：

为了更清楚的说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1是矿井下可见光音频系统的基本模型；

图2是矿井下可见光音频通信系统的结构；

图3是前置放大电路；

图4是PIN光电检测电路；

图5是低通滤波器电路；

图6是功率放大电路；

具体实施方式：

本发明的主旨是提出一种基于可见光的矿下语音通信系统，在照明的同时实现语音通信，有效解决了井下现有通信网络存在有线网络易损坏，无线网络通信质量较差的特点。

下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

一、矿井下可见光音频系统的基本模型

矿井下基于可见光传输的通信系统是一种应用可见光通信技术传语音的通信系统。其利用已有的照明系统，以自由空间作为传输介质，通过在工作面中加设基于LED照明灯的通信中继站，矿工佩戴具有收发信功能的LED矿灯作为移动节点，从而形成该矿下通信系统的无线通信链路。本章针对矿井下可见光音频通信系统的整体设计和系统实现进行研究，图1为矿井下可见光音频系统的基本模型。

二、矿井下可见光音频系统的结构