基于以太网的可见光通信系统

基于单片机的可见光通信系统实验设计1. 实验目的：了解可见光通信技术的原理及应用，设计并实现单片机控制的可见光通信系统。

2. 实验原理：可见光通信技术是利用光的属性进行通信的一种新型通信技术，与无线电通信技术相比，可见光通信技术具有无线电磁波干扰小、安全性高、光源广泛、无电磁辐射等优点。

光通信通过编码、调制、解调和解码等方式将信息传输到信道上。

如图1所示，一个光源通过编码电路将信息转换成可见光信号，然后光源将光信号传输到相应的接收器上，接收器通过解码电路将信息从光信号中提取出来。

3. 实验器材：1）LED发光二极管（TX端）和光敏二极管（RX端）2）Arduino单片机3）电阻、电容等元器件4）电源4. 实验步骤：1）把TX端的LED连接到Arduino单片机的数字管脚上。

2）对发送的信息进行编码，比如ASCII码。

3）将编码后的信息转化成二进制数字。

4）用二进制数字控制LED的亮灭时间，并在TX端发送出来。

5）在RX端将接收到的可见光信号转换成电信号，并识别出其中的二进制数字。

6）解码二进制数字并转换成信息。

7）在RX端显示出信息。

5. 实验注意事项：1）实验中的光源和光敏二极管要放置在一定的距离内，避免直接光照射手眼。

2）发送端和接收端的波长要匹配。

3）需要设置适当的功率和亮度。

6. 实验拓展：1）可以在单片机中增加自适应亮度调节、自适应位宽调节等功能。

2）可以尝试对传输速度进行优化，提高传输速率。

7. 实验结论：通过单片机控制的可见光通信系统，可以将信息通过可见光传输到接收端，并将信息显示出来。

可见光通信技术在新型通信技术中具有较大发展前景。

可见光远距离通信系统的设计与实现——基于室外环境张轩，黄明，汪弈舟，李国诚，徐泽琨（北方工业大学，北京 100144）摘 要： 在高压输电线、飞机、高铁等强干扰特殊场景下，为解决无线通信会受到极大限制的问题，应用可见光的特征，设计一种利用可见光传输、判断、监测的通信系统。

使用LED灯作为光源，用菲涅尔透镜对光汇聚成束；在远距离接收端，去除背景光影响，对信道均衡处理，完成波形恢复重建。

设计案例研究表明：室外正午阳光环境/夜色下均可在50 m传输距离达到7 Mbps，在70 m传输距离达到1 Mbps实时稳定传输。

设计的通信系统可在诸多特定环境下进行正常通信，且具有很高的定向性和安全性，同时具有成本低廉、性能优越、使用价值高的特点。

关键词： 可见光通信系统；远距离；室外；信道均衡；抗干扰中图分类号：TP 311 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 (2019) 04-036-05工业技术创新 URL : http: // DOI : 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.04.007引言可见光通信（VLC ）是一种利用人肉眼可见频率的光线（波长400~760 nm ）进行传输的通信方式。

光波不会像传统电磁波那么易受周围电磁场干扰，且有较强的定向性，基于这种特殊性质，可见光通信具有极高安全性和抗干扰性，在军用、强电传输等领域有很高的应用价值。

可见光通信具有广阔的发展前景，近年来国内外投入大量财力和人力对其进行研究，可见光通信技术也因此得到了飞速的发展[1]。

当前，可见光通信领域更多的研究方向为高速传输，速率上已达到数百兆比特率，甚至在离线传输时能达到10 Gbps [2]，但这仅限于在室内的较为理想环境中，实用性较差。

在室外，关于利用照明设施进行几十米甚至百米的实时传输的研究极少。

本文设计一种可见光通信系统，包括提出设计方案，以实现可见光通信在室外环境下的远距离实时传输。

基于STM32的室内可见光通信系统
封蔚鸿;葛冬;吴远兮;张而弛
【期刊名称】《移动信息》
【年(卷),期】2016(000)007
【摘要】提出了一种室内LED可见光通信系统.该系统利用STM32通过编程从端口产生编码调制后的电信号,该电信号驱动LED发送高速变化的光信号.在接收端,光信号被PIN二极管转换为电信号,电信号在经过解码之后还原出信源信息.
【总页数】3页(P77-79)
【作者】封蔚鸿;葛冬;吴远兮;张而弛
【作者单位】东南大学,江苏南京211189;东南大学,江苏南京211189;东南大学,江苏南京211189;东南大学,江苏南京211189
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.基于STM32室内可见光定位系统的实现 [J], 胡玉松
2.基于STM32的可见光通信系统之OOK调制技术 [J], 刘正翔
3.基于STM32的LED可见光通信系统 [J], 陈昊; 潘欣裕; 赵浩剀; 李凤
4.基于用户QoE的室内可见光通信系统接入策略 [J], 李永慧;鲍煦;李鹃;夏景;宋铁成
5.基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统灯源布局 [J], 周旭;张业荣
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LED照明通信系统的设计与实现崔远慧;包伟;牟俊;王智森【摘要】设计了一款用于室内点对点单向无线传输的光通信系统.该系统采用白光LED作为传输载体,STM32作为主控单元,开关键控驱动作为基本调制方式,在满足室内照明的前提下,设计了发射与接收装置电路、LED调制发射电路、接收解调电路、信号放大电路、电源模块电路.制作的样机系统最终实现了对26个字母连续每隔1s传输1000次,传输记录140cm、误码率为零的测试.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2016(040)002【总页数】4页(P33-36)【关键词】可见光通信;开关键控调制;LED;STM32【作者】崔远慧;包伟;牟俊;王智森【作者单位】大连工业大学集成测控技术研究所,辽宁大连116034;大连工业大学集成测控技术研究所,辽宁大连116034;大连工业大学集成测控技术研究所,辽宁大连116034;大连工业大学集成测控技术研究所,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】F276.3LED具有可频繁开关、连续调光及光电响应速度快等特点，人们在利用LED作为照明光源的同时，将信号调制到LED上进行无线传输的可见光通信（Visible Light Communication，VLC）技术已经成为研究的热点之一[1-3]。

1998年，香港大学的G.Pang首次提出采用LED交通指示灯作为通信光源，为车辆传输语音信号[4]，之后，各国的研究人员相继对白光LED作为通信载体进行细致的研究[5,6]。

2000年，Y.Tanaka,S采用LED台灯作为通信光源，对白光LED作为可见光通信光源进行了初步实验研究[7]。

2009年，H.Elgala,R.Mesleh等人研究了短距离室内可见光通信的信噪比和信道编码的误码率性能[8,9]。

国内在可见光通信领域的研究起步相对较晚，从2006年起，国内的暨南大学等高校的科研人员开始了对LED作为照明和通信光源的可行性研究[10,12]。

基于LED可见光通信系统设计与实现为演示可见光通信原理，设计了一款简易的基于LED的可见光通信系统，系统能够将输入的音频信号调制为可见光进行无线传输；接收端将光信号转换为携带信息的电信号，电信号再经滤波、解调、放大，最终还原出输入的音频信号。

标签：LED；无线通信；调制解调Abstract：In order to demonstrate the principle of visible light communication，a simple LED visible optical communication system is designed，which can modulate the input audio signal into visible light for wireless transmission. The receiving end converts the optical signal into an electrical signal carrying information，and the electrical signal is filtered，demodulated and amplified，and finally the input audio signal is restored.Keywords：LED；wireless communication；modulation and demodulation1 研究背景及意义目前比较成熟的可见光通信技术是光保真技术[1]，英文名LightFidelity（简称LIFI），是一种利用可见光进行数据传输的技术。

这项技术利用LED灯泡快速闪烁来传输数据，由于闪烁速度足够快，所以人的肉眼几乎感知不到灯泡的亮灭[2]。

相对于当前使用的WIFI通信技术[3]，LIFI通信技术具有以下几个方面的优点：频谱宽度方面，无线电波频谱很紧密，而可见光的频谱宽度约为400THZ，比无线电波多1000多倍；效率方面，无线电波基站的效率只有5%，大多数能量只是消耗在基站的冷却上，而LiFi的数据可以并行传输，提供照明的同时进行高速的数据传输，安全性方面，无线电波很容易被截取，而可见光不能穿墙，甚至不能穿过窗帘，所以LIFI提供了网络的隐私安全，方便等优点[4]。

可见光通信技术(VLC)的原理和应用1. 简介可见光通信技术（Visible Light Communication，简称VLC）是一种无线通信技术，利用可见光波段传输数据。

与传统的射频通信技术相比，VLC具有更高的带宽和更低的功耗。

本文将介绍VLC的原理以及其在不同领域的应用。

2. 原理VLC利用LED等光源作为发送端和接收端的组件。

在发射端，将数字信号传输到LED，并将其转换为光信号。

在接收端，使用光敏电池或光敏二极管接收光信号，并将其转换为电信号，再进行解码。

VLC的原理可分为以下几个部分：2.1 调制VLC通常使用OFDM（正交频分复用）技术进行调制，将数据信号分成多个子载波进行传输，以提高传输效率和抗干扰能力。

2.2 编码和解码在发送端，使用多种编码技术对数据进行编码，以提高数据传输的可靠性和纠错能力。

在接收端，使用相应的解码算法进行解码，以还原原始数据。

2.3 光通信传输发送端通过LED将光信号传输到接收端。

由于光的传播速度较快，VLC可以实现高速率的数据传输。

2.4 光电信号转换接收端使用光敏电池或光敏二极管将光信号转换为电信号。

然后，通过相应的电子电路进行信号放大和解码。

3. 应用3.1 室内定位VLC可以用于提供室内定位服务。

通过在室内空间中部署VLC发射器，并在移动设备中安装相应的接收器，可以实现对移动设备的精确定位。

这对于室内导航和定位服务非常有用。

3.2 照明系统VLC可以与照明系统相结合，实现室内照明和数据传输的双重功能。

LED灯可以同时作为光源和通信设备，将数据传输到接收设备，并提供照明。

3.3 车联网VLC可以应用于车联网领域，用于车辆之间的通信和车辆与基础设施之间的通信。

通过在车辆和道路上部署VLC设备，可以实现车辆之间的高速数据传输和实时通信。

3.4 室外通信VLC不仅可以应用于室内环境，也可以用于室外通信。

在室外环境中，VLC可以为城市提供高速、安全的通信网络，并可以用于无线电和移动通信基站之间的连接。

可见光通信系统关键技术研究与应用实现随着信息技术的迅速发展，人们对于高速、安全、可靠的无线通信系统的需求日益增加。

而传统的无线通信技术，如Wi-Fi和蓝牙，因为频谱资源有限以及信号干扰等问题，逐渐难以满足这一需求。

与此同时，可见光通信技术以其独特的优势逐渐引起人们的关注。

可见光通信（Visible Light Communication, VLC）是一种基于可见光通信原理的无线通信技术，利用可见光的传输媒介，实现数据传输和通信。

与传统的无线通信技术相比，可见光通信具有以下几个突出的特点。

首先，可见光通信系统是一种新兴的绿色通信技术，主要利用LED （Light-Emitting Diode）作为光源，LED具有小巧、耐用、低功耗等优势，比较节能。

相对于传统的无线通信技术所使用的射频信号，可见光通信可以在不增加电磁辐射干扰的前提下实现无线传输。

其次，可见光通信潜在的频谱资源非常丰富，可见光频谱范围宽，不受频谱的限制。

此外，与其他无线通信技术相比，可见光通信频谱资源也相对较为稳定，不易受到干扰。

再次，可见光通信系统具有较高的安全性。

可见光通信的传输介质即空气，在可接收范围内的传输数据不会渗透到隔壁空间，有效防止了信息的泄露，增强了通信的安全性。

在可见光通信系统中，有几个关键技术对其性能和可靠性起着重要的作用。

首先是调制技术。

调制是指将数字信号转化为可见光通信所需的光强调制信号。

常见的调制技术有两种：直接调制和间接调制。

直接调制是通过控制LED的电流，使其在开启和关闭之间进行切换，实现信息的传输。

间接调制是利用一些特殊的技术，如OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）来实现调制过程。

适合的调制技术可以提高系统的传输速率和稳定性。

其次是接收技术。

接收技术是指接收端如何准确地解析接收到的光强调制信号，并还原成数字信号。

常见的接收技术有两种：直接检测和相干检测。

VLC系统在室内视频传输中的应用白云鹏;徐成波【摘要】In order to realize a rapid and safe access mode between equipments, the Ethernet video transmission and indoor visi-ble light communication principle are combined to achieve a one-way visible light video transmission system. This paper puts for-ward a method using 4B5B, NRZI and UDP protocol, then uses the CDR (Clock and Data Recovery) chip to recovery synchronous clock and data. Finally, it designs a transmitting circuit and receiving circuit, and tests the performance of CDR and overall system. The results demonstrate that the system based on 4B5B can realize video transmission at 1M distance.%为了实现设备之间快速、安全的通信接入，将以太网视频传输与室内可见光通信原理相结合，实现了单向可见光视频传输系统。

提出了对视频数据进行4B5B和NRZI编码，利用UDP协议进行传输，并由CDR （Clock and Data Recovery）芯片恢复同步时钟数据。

最终，设计了发送电路和接收电路，并对时钟恢复和系统整体性能进行了测试。

测试结果表明，基于4B5B 编码的可见光视频传输系统可以实现1M距离以内的以太网视频传输。

可见光通信系统方案设计作者：李丽来源：《科学与财富》2019年第07期摘要：随着无线通信技术的井喷式发展，传统的无线通信技术已无法满足人们对高速率数据传输的需求。

基于LED的可见光无线通信技术凭借其丰富频谱资源、无电磁辐射、网络安全、绿色节能等诸多优势成为未来无线通信技术的发展方向之一。

本文对可见光通信技术原理进行了研究，设计了一种可见光通信系统方案，系统发射机将用户信息封装成数据帧，控制LED驱动电路快速切换光照强度，实现电光信号转换。

系统接收机采用光敏二极管感知光强，提取光信号所携带的数据比特。

最后搭建环境验证了所设计的可见光通信系统方案的合理性。

关键词： LED;可见光通信;绿色节能一、前言照明技术高速发展至今，人类照明光源技术经理了三次革新，第一次照明光源变革为光源寿命的大幅提升，即寿命较短的白炽灯变革为寿命较长的荧光灯;第二次照明光源变革为响应速率的大幅提升，响应速率较慢的荧光灯变革为响应速率更快的节能灯;第三次照明光源变革是LED照明技术的诞生，不仅大幅度地提升了发光效率、使用寿命、响应速率，而且LED工作电压低、光强度易调节、成本低廉。

LED凭借其诸多优点迅速得到市场认可，截止2018年LED在全球照明市场中的占比已达到60%，随着LED技术的不断改善，未来LED将广泛应用于各个领域。

随着无线通信技术的井喷式发展，人们日常工作、生活和学习中使用的智能终端所产生的数据成指数增长，对无线通信技术的传输速率的提出了更高的要求。

现阶段的无线通信技术面临着无线电频谱资源紧缺和电磁信号易受干扰等困境，致使传统的无线通信技术已无法满足人们对高速率数据传输的需求。

LED光源的响应时间达到纳秒级，此特性使得LED能够实现信息的高速调制，因此基于LED的可见光无线通信技术应运而生。

截止目前，可见光通信技术仍存于初级阶段，尚未有成熟的可见光通信系统解决方案，基于此，本文将对可见光通信系统方案设计展开研究。

电子设计工程Electronic Design Engineering第29卷Vol.29第10期No.102021年5月May 2021收稿日期：2020-07-14稿件编号：202007074作者简介：林定君（1990—），男，湖北黄冈人，硕士，工程师。

研究方向：电子电路设计、雷达信号处理等。

太赫兹波是指电磁频率在0.1~10THz(波长在3mm~30μm)之间的电磁波，波段介于微波与远红外光之间。

20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和检测手段,科学家对该波段电磁辐射性质的了解非常有限。

近年来超快激光技术的发展为太赫兹波脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源,使太赫兹辐射的研究蓬勃发展。

由于太赫兹波的独特性质,它在物理、生物、化学、生物制药、材料科学和电子工程等许多领域得到了应用[1]。

太赫兹人体安检技术是利用太赫兹波对日常衣物材料（如棉、麻、化纤等）特殊的穿透性，并结合各种成像技术，就可以对人体隐匿物品进行检测[2]。

和目前的隐匿物探测技术相比，光学/红外探测技术无法穿透衣物和包裹层探测隐匿违禁物；X 射线和CT 探测系统具有很好的穿透性，但其高辐射会伤害人体；金属安检门无法对非金属违禁物检测，而且也无法定位；手持式金属探测器无法检测非金属违禁物，而且检测方式为接触式，容易造成被检人员的被侵犯感。

被动式太赫兹技术，不能检测人体生理特征细节，不侵犯被检测人员的隐私，同时也能分辨非金属违禁物和显示违禁物的藏匿位置[3]。

由于大面阵太赫兹探测器实现难度很大，导致系统像元数有限，如果直接扩大光学视场则势必降低系统的空间分辨率，系统很难同时满足大视场和高分辨率的要求，必须通过扫描的方式以扩大视场[4-6]。

基于以太网的太赫兹成像系统电路设计林定君，鲁斌（中国电子科技集团公司第五十研究所，上海200331）摘要：文中介绍了一套针对被动太赫兹成像系统研制的基于Ethernet 通信的电路系统。

电力通信网络中可见光通信技术的研究随着社会的不断发展，我们的生活中越来越离不开电力网络的支持，而电力通信网络作为其中的一种重要形式正在越来越广泛地应用于我们的生活中，比如电力通信系统，人工智能智能电网，智能家居等，其中，通信网络作为电力通信网络的重要组成部分，其稳定性、可靠性、安全性等方面，都成为了制约其进一步优化的关键问题。

近年来，随着可见光通信技术在无线通信领域的快速发展，越来越多的研究人员开始研究在电力通信网络中引入可见光通信技术，以提高其通信效率和安全性。

一、电力通信网络的特点可见光通信技术最重要的应用之一是在电力通信网络中的应用。

电力通信网络是指利用高压输电线路、电缆、变电站等电力设施来传输数据或信息，其中，通信网络是其重要的组成部分。

电力通信网络的传输距离近，网络拓扑结构复杂，信号干扰较大，同时信号传输速率也较慢。

此外，还存在着网络稳定性、可靠性、安全性等方面的问题。

因此，为了提高电力通信网络的性能和稳定性，可见光通信技术被引入其中，其可广泛应用于变电站、配电室、电力线路、室内照明网等各个环节。

二、可见光通信技术在电力通信网络中的应用可见光通信技术是指利用LED等光源，通过调制光源的亮度和频率来传递信息的一种通信技术，与无线电通信技术相比，其具有无电磁辐射、抗外界干扰等优点。

在电力通信网络中，可见光通信技术可广泛应用于以下几个方面。

1、配电室监测系统配电室在电力系统中起到了重要的作用，主要用于改变电能的形式，对电能进行保护和控制，通过可见光通信技术，配电线路内的变化情况可以被实时监测和控制，及时发现问题并进行修复，提高了配电系统的安全性和稳定性。

2、电力线路监测系统电力线路监测系统主要用于对电力线路的运行状态进行监测，其不仅可以对电力线路的运行情况进行监测，同时也可以对电力线路上的故障问题进行及时处理。

通过可见光通信技术，电力线路上的重要信息可以被传递到监测中心，及时发现问题并进行修复，保证电力线路运行的稳定性和安全性。

可见光通信成功实现远距离信号传递
佚名
【期刊名称】《《军民两用技术与产品》》
【年(卷),期】2010(000)007
【摘要】日本Outstanding Technology公司开发出一种可见光通信系统．并成功实现了远距离信号传递。

【总页数】1页(P18-18)
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.一种多路视频信号分时远距离传输方法的实现 [J], 罗旭;廉小亲;王涛;李康飞;张晓力;段振刚
2.利用光通信技术实现以太网MAC-MAC远距离互连 [J], 刘华;王昆;高方亮;张洪波
3.关于实现RS-232全信号远距离传输的应用 [J], 许平峰
4.单收站多媒体信号远距离传输与多点传播的实现 [J], 徐美红;孙鹏;张杏容
5.利用TMDS均衡技术实现HDMI信号的远距离传输 [J], 李朝锋;杜连芳;孙述桂因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。