摘要：随着科技的进步与发展，光电通信已经成为我国行业发展的主流趋势，作为通信体系中的重要一环，本文在相关文献的查阅中以及个人经验的累积中对光电通信技术的应用进行了初步的解析与探讨，将当前的光电通信技术及线路设计进行了较为系统的分析，对于通信技术今后的发展目标和方向、以及具体应用进行初步的讨论。
关键词：光电通信；模式；线路设计
1 引言
对于基于光电通信的系统而言，首先需要明确的是光电通信信道的特性，通过与传统的WIFI、红外等收发模型进行对比，主要需要明晰主流LED光电通信系统的发射端发送原理、信号的调制特性以及基于可将光的光谱特性和空间传输特性。可以将光电通信系统分为两大模块，即可见光发送模块和可见光接收模块，而可见光的接收模块又可以分为信息接收模块和能量采集模块。可见光发送模块将电信号转化成高速变化的LED光，并将其发送至无线信道；信息接收模块接收信道中的LED光，并将其转化成电信号；能量采集模块收集室内的可见光，将其存储在蓄电池中为信息接收模块供电。得益于经济与科技的突破和发展，依据相关技术人员的不断努力，近年来，光电通信技术已经得到了里程碑式的发展。作为最重要的辅助设备，光电通信技术的使用率以及覆盖范围非常广泛，在各个行业以及各个领域都能够看到它的身影，而其在通信中也扮演了非常重要的角色。作为当前时代发展的大趋势，光电通信技术的推广应用已经成为了未来通信的主要潮流。而通信技术作为其中的重要环节，对于其实施发展有着重要的现实意义，正是因为其地位的重要性和需求的广泛性，为了提高通信的质量和效率，进行光电通信技术的应用是当前通信的发展必然诉求。
2 光电通信模式分析
2.1 光电通信原理
常用的光电通信模型一般是基于LED灯来搭建的，其中主要是白LED灯，其具有低能耗和较长使用寿命以及相对而言无电磁辐射等优点，且其具有高灵敏度，输出功率和驱动电压电流响动即时。从而白光LED光源是具有理想特性的发射端，可以通过调制输出电流即时改变输出光强进行发送信息。普通的光电通信模块与传统的无线通信模块具有极高的相似度，主要包括发送模块和接收模块。而与传统的无线通信模块不同的则是其发送端主要调制是光照强度调制，而接收端则是直接检测，相较而言更为直接。在光电通信系统的收发模型中，可见光发送模块和信息接收模块构成了光电通信系统的信息收发模型。在可见光发送模块中，欲发送的模拟信号经过信道编码器和数字调制器后，转化成数字信号，再经LED驱动电路驱动可见光光源（LED灯）产生迅速变化的LED光，并将其发送至无线信道；在信息接收模块中，光敏元件接收信道中的LED光，经过调理电路将其转化为数字信号，再经数字解调器和信道译码器转化成模拟信号输出，完成通信。
其中光发送模块主要包括信号处理及控制、编码器、调制器、驱动电路。其工作原理是将基带信号经过采集器处理之后进行编码、调制后，经过驱动电路加载到LED灯光源处进行发送。其中驱动电路是由偏置器经由编制电压带动，从而使得电信号转换为光信号以达到利用光通路传输信息的过程。最直观的处理结果就是用LED光源功率的强弱来表现信号的具体传输。光接收模块主要包括光敏元件、解调器和译码器。光敏元件将接收到的光信号转化为电信号在传输到调理电路，经过后置放大后在经过解调器解调。最后通过信号处理模块对解调后的电信号进行降噪和处理还原，并将还原的信号发送给输出端。
2.2 光电通信线路
本文针对可见光能量采集模块的各部分功能及原理进行电路设计，设计了基于BQ25504芯片的太阳能充电模块、基于MAX669的DC/DC升压模块以及基于ZS6366的充电管理模块，并选择18650锂离子电池存储收集到的能量。设计的能量采集模块的三部分电路与信息接收模块集成在同一块电路板上，并通过一个开关将两个模块连接起来，以实现能量采集模块为信息接收模块提供能量的VLC接收端的能量自给方案。同时，设计的能量采集电路输出端接有一个USB口，能为其他电子产品提供能量，大大增加了其使用价值。
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2.2.1 能量采集模块
根据可见光接收模块的功能模块组成及所涉及的原理，本设计分别选择BQ25504芯片和MAX6366芯片来实现太阳能充电模块和充电管理模块的功能，并选择18650锂离子电池存储采集到的能量。由于室内可见光辐照强度较弱，以及由于BQ22504芯片自身特点，太阳能充电模块的输出电压较低（2~2.5V），本设计在两模块之间插入一个基于MAX669的DC/DC升压模块，以满足充电管理模块的输入要求。
2.2.2 充电模块
BQ25504芯片是首款新型的智能集成的能量采集管理解决方案，其功耗极低，非常适合超低功耗应用的特殊需求。该器件经过专门设计，可对太阳能光伏板中生成的微瓦到毫瓦级超低功率进行采集和管理。BQ25504集成了能在低电压启动的DC-DC高效升压电路，能够满足对电源和运行具有严格要求的产品和系统的设计要求。DC-DC升压转换器能够在低至330mV的输入条件下启动，启动之后能不断地对太阳能光伏板的输出电压进行升压处理，而仅需80mV的电压就能维持升压转换器的工作。BQ25504芯片可以通过外部电阻（R_OC1和R_OC2）对最大功率点进行编程，并通过外部电容（CREF）保持。例如，对于最大功率点为开路电压的80%的太阳能光伏板，可通过R_OC1和R_OC2进行分压将其设置成VIN_DC电压的80%，此时系统会将VIN_DC电压值控制在采样基准电压附近。另外，最大功率点的控制也可由外部微处理器提供，这需要一个复杂的MPPT算法。
2.2.3 通信模块
ZS6366芯片是一款通信电源管理芯片，集成了通信管理、充电电池电量显示以及LED手电筒等功能。ZS6366芯片是以开关方式对电池充电，能够对锂电池进行包括预充电（涓流充电）、恒流充电和恒压充电的三段式充电，充电的浮充电压精度可达1%。ZS6366芯片对锂电池充电时的电流波纹小，并且具有较高的效率，在一定的外围器件的配合下，其充电电流可达2A甚至更高。同时，ZS6366芯片具有DC-DC升压限流功能，具有高达99%的升压精确度，同时升压转化效率达90%。ZS6366具有4个LED恒流驱动端口，能够智能显示充电电池的电量。芯片具有逻辑锁定功能，使电量指示更加稳定，同时集成了电池真实电压追踪技术，跟踪充电电池内部真实电量，防止充放电过程造成电压偏差。
3 总结
进行光电通信技术的应用，对工业自动化进行革新和完善，对于完善自动化技术，刺激行业改革，提高行业发展效率都有着极大的现实意义。通信技术作为工业自动化中的重要一环，还有着许多的发展空间。
参考文献:
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作者简介：
艾热姆古丽·吾斯曼（1994-04-05），女，维吾尔族，籍贯：南京，当前职务：学生，学历：本科
热依木·吾买尔（1994-08），男，维吾尔族，籍贯：新疆库尔勒市，当前职务：学生，学历：本科
努尔艾合麦提·图尔荪（1995-05），男，维吾尔族，籍贯；新疆喀什，当前职务：学生，学历：本科
论文作者:艾热姆古丽·吾斯曼,热依木·吾买尔,努尔艾合麦提·图尔荪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/7
标签：模块论文; 光电论文; 通信论文; 可见光论文; 能量论文; 电压论文; 芯片论文; 《防护工程》2018年第29期论文;