一种Li-Fi收发器的制作方法

一种li-fi收发器
技术领域
1.本实用新型涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种li-fi收发器。


背景技术：

2.wi-fi是目前被广泛应用的无线通信技术，但随着无线通信设备的普及，wi-fi受制于有限的频谱资源，面临严重的信道拥挤所带来的干扰问题。li-fi是一种可以利用可见光、红外光等进行数据传输的无线通信技术，其所使用的可见光谱拥有丰富的频谱资源，可以从根本上解决信道拥挤的问题；但是作为新兴通讯技术，发展较为缓慢。
3.目前的li-fi收发设备并不能直接与现有wi-fi设备进行有效衔接。


技术实现要素：

4.本实用新型解决的问题是现有的li-fi收发设备无法与wi-fi设备有效衔接。
5.为解决上述问题，本实用新型提供一种li-fi收发器，其包括：
6.壳体和收发电路板，所述收发电路板设置在所述壳体内，其上设置有将wi-fi信号转换为光信号发送的发送组件和将接收的光信号恢复为wi-fi信号的接收组件，所述发送组件和所述接收组件内设置有与wi-fi设备连接的sma接口。
7.这样，可以直接与wi-fi设备连接，收发器可以将wi-fi电信号与可见光信号互相转化，进行高速、可靠的双向通信。
8.优选地，所述发送组件包括：
9.依次连接的所述sma接口、下变频电路、发射端后级放大电路、led驱动电路和led灯板。
10.优选地，所述接收组件包括：
11.依次连接的硅pin光电二极管、跨阻放大器电路、带通滤波器、接收端后级放大电路、上变频电路和所述sma接口。
12.优选地，所述收发电路板上还设置有环行器，所述环行器的端口依次与所述上变频电路、一个所述sma接口、所述下变频电路连通。
13.优选地，所述上变频电路的输出端口、下变频电路的输入端口与所述环行器的端口通过t形衰减器连接。
14.优选地，所述下变频电路上设置有下变频混频器电路，所述下变频混频器电路与所述锁相环电路、所述发送组件的sma接口连通。
15.优选地，所述上变频电路上设置有上变频混频器电路，所述上变频混频器电路与所述锁相环电路、所述接收组件的sma接口连通。
16.优选地，所述收发电路板上，锁相环两个输出端口分别连接上变频混频器电路和下变频混频器电路。
17.优选地，所述收发电路板上还设置有射频单刀双掷开关，其输入端与所述下变频混频器电路连接，其两个输出端分别与所述发射端后级放大电路、所述高阶低通滤波器连
接。所述高阶低通滤波器输出端连接微控制器。所述射频单刀双掷开关在所述微控制器的控制下可对所述下变频电路的输出端连接进行切换。
18.优选地，所述壳体背板上与所述硅pin光电二极管/所述led灯板对应位置处设置有开孔和通过螺纹套筒固定的聚光透镜。
19.优选地，所述收发电路板上还设置有oled屏幕，所述oled屏幕通过铜柱和螺丝固定于所述收发电路板且与所述收发电路板之间具有容纳空间。
20.优选地，所述led灯板由多颗0603封装led灯珠构成发光面。
附图说明
21.图1为根据本实用新型实施例的li-fi收发器的正面结构示意图；
22.图2为根据本实用新型实施例的li-fi收发器的背面结构示意图。
23.图中：1.壳体；2.下变频电路；3.led驱动电路；4.环行器；5.oled屏幕；6.锁相环电路；7.微控制器；8.微控制器程序调试、下载接口；9.温补晶振；10.上变频电路；11.插接于底板上的小板模块；12.接收器前端电路；13.电源接口；14-1/2/3.sma接口；15-1/2.t形衰减器；16.下变频混频器电路；17.射频单刀双掷开关；18.发射端后级放大电路；19.高阶低通滤波器；20.微控制器串型接口；21-1.系统复位按键；21-2/3.功能选择及控制按键；22.微控制器usb接口；23.系统状态指示灯；24.拨码开关；25.上变频混频器电路；26.板对板连接器；27.接收端后级放大电路；28.带通滤波器；29.跨阻放大器电路；30.硅pin光电二极管；31.散热风扇；32.led灯板；33.单颗0603封装led灯珠。
具体实施方式
24.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
25.本技术实施例提供了一种li-fi收发器，用以与现有wi-fi设备进行有效衔接。如图1和图2所示，其为根据本实用新型实施例的li-fi收发器的正面结构示意图和背面结构示意图；其中，所述li-fi收发器，包括：
26.壳体1和收发电路板，所述收发电路板设置在所述壳体内，其上设置有将wi-fi信号转换为光信号发送的发送组件和将接收的光信号恢复为wi-fi信号的接收组件，所述发送组件和所述接收组件内设置有与wi-fi设备连接的sma接口。
27.其中，sma(subminiatureversiona)接口是一种连接方式，也称为sma连接器。适用于频率范围直至26.5ghz的微波领域的应用，用作射频信号的连接，它具有频带宽、性能优、高可靠、寿命长的特点。其有两种形式，标准的sma是一端“外螺纹 孔”，另一端“内螺纹 针”；反极性rp-sma是一端“外螺纹 针”，另一端为“内螺纹 孔”。
28.这样，发送组件与wi-fi设备通过sma接口连接，将wi-fi信号转换为光信号发送出去；接收组件与wi-fi设备通过sma接口连接，接收的光信号恢复为wi-fi信号传输给wi-fi设备。
29.这样，可以直接与wi-fi设备连接，收发器可以将wi-fi电信号与可见光信号互相转化，进行高速、可靠的双向通信。这样，所述li-fi收发器可以兼容802.11wi-fi协议。
30.其中，电路板通过铜柱和螺丝固定于壳体上。
31.优选地，采用3d打印外框和亚克力面板插接的壳体设计，简洁美观，对内部电路起到很好的保护作用。
32.优选地，所述发送组件包括：
33.依次连接的所述sma接口(14-1)、下变频电路2、发射端后级放大电路18、led驱动电路3和led灯板32。
34.其中，led驱动电路3，其可以提供静态的偏置电压，使led维持常亮状态。使用射频mos作为电压控制电流源(vccs)，将前级信号的电压变化转化为通过led的电流变化。使用dc-dc电压转换芯片而不是普通ldo芯片作为led供电，以减少发热量，提高系统安全性和稳定性。
35.优选地，所述接收组件包括：
36.依次连接的硅pin光电二极管30、跨阻放大器电路29、带通滤波器28、接收端后级放大电路27、上变频电路10和所述sma接口(14-3)。
37.优选地，所述收发电路板上还设置有环行器4，所述环行器的端口依次与所述上变频电路10、一个所述sma接口(14-2)、所述下变频电路2连通。
38.这样，通过环行器可以将上变频电路接收光信号并转化得到的wi-fi信号通过sma接口(14-2)发送给wi-fi设备，可以将wi-fi设备的wi-fi信号通过sma接口(14-2)发送给下变频电路2，以便于转化为光信号发射出去，形成环行器方案。其中，环行器的作用是将wi-fi的发射、接收两个不同方向的信号汇总到同一个sma接口而不相互干扰。
39.其中，环行器4，其可以通过回流焊炉、热风枪等工具焊接于预留的pcb焊盘上。
40.优选地，所述上变频电路的输出端口、下变频电路的输入端口与所述环行器的端口通过t形衰减器连接。
41.这样，通过改变t形衰减器(15-1/2)最上部电阻的焊接方向，可以实现对环行器单接口和收发分离双接口两种通信方案的兼容。当t形衰减器(15-1/2)电阻焊接于环行器4端，sma接口(14-1)与下变频电路2的连接以及sma接口(14-3)与上变频电路10的连接将被切断，此时为环行器方案；当t形衰减器(15-1/2)电阻焊接于对应的sma接口(14-1/3)端，环行器4与下变频电路2、上变频电路10的连接将被切断，此时即为收发分离方案。
42.优选地，所述下变频电路2上设置有下变频混频器电路16，所述收发电路板上还设置有依次连通的所述下变频混频器电路16、高阶低通滤波器19、微控制器7、锁相环电路6，所述下变频混频器电路与所述锁相环电路、所述发送组件的sma(14-1)接口连通。
43.其中，所述锁相环电路6在所述微控制器7的控制下分时输出至少一个设定频率的本振信号；下变频混频器电路16对所述本振信号和输入的wi-fi信号进行混频，得到中频信号；高阶低通滤波器19对所述中频信号进行滤波；所述微控制器7上设置有a/d转换器，所述a/d转换器对滤波后的所述中频信号进行采样；所述微控制器7根据不同设定频率所对应的采样结果确定所述wi-fi信号占用的wi-fi信道。
44.在此需要说明的是，在信道检测过程中，锁相环电路6在所述微控制器7的控制下遍历输出各个信道中心频率的本振信号。在系统正常工作时，锁相环电路6将在所属微控制器7的控制下输出固定工作频率的本振信号。
45.其中，锁相环电路6，其输出信号频率通过三线式串行接口受控于微控制器7，锁相环基准信号由温补晶振9提供。
46.优选地，所述收发电路板上还设置有射频单刀双掷开关17，其输入端与所述下变频混频器电路16连接，其两个输出端分别与所述发射端后级放大电路18、所述高阶低通滤波器19连接。
47.这样，射频单刀双掷开关17受微控制器7控制，当设备处于正常工作状态时，射频单刀双掷开关7将连接下变频混频器电路16和发射端后级放大电路18；当设备处于信道自动检测状态时，射频单刀双掷开关17将连接下变频混频器电路16，和高阶低通滤波器19。
48.这样，在需要检测输入的wi-fi信号所占用的wi-fi信道时，将中频信号输入高阶低通滤波器进行滤波和后续处理，从而准确检测出所占用的wi-fi信道；在检测出wi-fi信道后，进行中频信号的输出。这样，通过单刀双掷开关的切换，下变频混频器电路16可以辅助实现wi-fi信道检测和中频信号输出两个互相独立的功能，大大增加li-fi收发器的使用灵活性。
49.优选地，所述壳体背板上与所述硅pin光电二极管/所述led灯板对应位置处设置有开孔和通过螺纹套筒固定的聚光透镜。
50.优选地，所述收发电路板上还设置有oled屏幕，所述oled屏幕通过铜柱和螺丝固定于所述收发电路板且与所述收发电路板之间具有容纳空间。
51.其中，oled屏幕5，其通过铜柱和螺丝固定于电路板上，屏幕排线通过排针与预留在电路板上的排母插接，屏幕高于电路板的设计可以为微控制器7和锁相环电路6以及温补晶振9留出空间，使器件布局更加紧凑合理，节约pcb用料，降低成本。
52.优选地，所述led灯板由多颗0603封装led灯珠构成发光面。
53.其中，微控制器7，其可以控制射频单刀双掷开关17的通断方向；对来自高阶低通滤波器19的信号进行ad采样，通过代码逻辑判断当前wi-fi信道；控制oled屏幕5的刷新显示；控制锁相环电路6的输出信号频率；检测锁相环电路6的锁定状态；控制系统状态指示灯23的亮灭；检测拨码开关24的通断状态；检测功能按键(21-2)、(21-3)是否被按下并做出响应；通过三线式串行接口控制插接于底板上的小板模块11。
54.其中，带通滤波器28，其通带带宽与wi-fi信道带宽一致。
55.其中，插接于底板上的小板模块11通过板对板连接器26插接于底板上，不同小板模块11设计有不同的功能，方便用户根据不同的应用场景进行更换。
56.其中，在发热区域加装散热风扇，保证用户使用安全，延长设备使用寿命。
57.其中，在收发器led和光电二极管开孔处加装透镜，提高有效通信距离。
58.其中，透镜使用螺纹套筒固定于壳体底板，方便用户更换，以调整有效通信距离和信号覆盖范围。
59.其中，支持通过按键调整wi-fi信道，以及使用拨码开关改变上电默认wi-fi信道。
60.其中，支持wi-fi信道自动检测，收发器会测量各个wi-fi信道的信号强度，根据测量结果对当前wi-fi设备的工作信道进行判断并自适应调整锁相环信号频率，提高设备易用性。
61.其中，采用oled屏幕，显示设备运行时间、当前锁相环输出频率、锁相环锁定状态、当前wi-fi信道、拨码开关状态等信息，清晰直观。
62.其中，采用可插拔小板设计，用户可以根据应用场景或实验需求选择agc、短路线等不同模块实现对收发器的功能扩展，小板运行参数可以通过连接微控制器的三线式串行
接口进行调整，提高设备在面对不同应用场景时的适应性和灵活性。
63.其中，支持对用户参数设置的自动保存，方便用户快速恢复断电前的运行状态。
64.其中，支持使用环行器或收发分离两种通信方案，用户可以根据使用场景选择跳线电阻的焊接方向，从而改变通信方案，提高设备对不同信号源的兼容性。
65.这样，所述壳体由3d打印外框、亚克力面板等部分组成，用于保护内部电路板。所述壳体在电路板发热区域安装有散热风扇，以提高系统可靠性,及延长设备使用寿命。所述壳体在led灯板和硅pin光敏二极管开孔处安装有透镜，透镜使用螺纹套筒固定于壳体背板上，方便用户更换。通过更换透镜可改变有效通信距离和信号覆盖范围。
66.其中，所述电路板集成锁相环作为本地振荡器，提高了系统的便携性、易用性和可靠性。所述电路板集成微控制器，支持按键、拨码开关两种方式进行信道切换，且支持信道自动检测，以提高系统易用性。所述电路板具有独立的led灯板设计，方便用户更换，可以延长系统的整体使用寿命。拓展小板模块采用板对板连接器插接于底板上，用户可以根据具体应用场景选用合适的模块展开实验。所述电路板兼容使用环行器单接口或通过收发分离的独立接口连接到信号源，用户可以通过改变跳线电阻的焊接方向，在上述两种通信方案中切换。信号源可以是商用wi-fi网卡或者是软件无线电(sdr)平台。
67.其中，所述oled屏幕通过螺丝和铜柱固定于电路板正面，屏幕连线通过排针和排母插接到电路板上。所述oled屏幕用于显示当前锁相环频率、wi-fi信道、运行时间、锁相环锁定状态、拨码开关状态等信息，清晰直观。
68.其中，设备上电时会检测拨码开关的通断状态，确定默认工作信道，并设置对应的锁相环工作频率，设备正常运行时将轮询检测拨码开关的通断状态，若此时用户改变拨码开关通断状态，设备将根据特定编码规则设定工作频率，即时生效。当用户短按按键21-2，设备将进入小板模块参数设定界面，以agc模块为例，微控制器将通过三线式串行接口控制板上dac的输出电平，从而控制agc的上限增益，如果5秒钟内没有检测到用户按键操作，设备将自动保存用户配置的模块参数并退出参数设定界面，返回主界面。当用户短按按键21-3，设备将进入信道自动检测模式，微控制器7将控制射频单刀双掷开关17切断下变频混频器电路16与发射端后级放大电路18的连接，接通下变频混频器电路16与高阶低通滤波器19，此后，微控制器对低通滤波后的信号进行ad采样，获取当前工作频率下的信号强度，在该模式下，微控制器将改变锁相环输出信号频率，对所有信道依次进行评估，根据代码逻辑对当前wi-fi工作信道进行判断。信道检测工作完成后，设备将向用户报告判断结果，如果判断成功，则自动跳转到所述判断结果所指示的wi-fi信道工作频率，并重新接通下变频混频器电路16与发射端后级放大电路18。当用户长按21-2或21-3中任意一个按键三秒，设备将忽略拨码开关预设的信道值，进入手动配置状态，用户可以通过按键21-2和21-3对所有信道进行滚动选择，如果5秒钟内没有检测到用户按键操作，设备将自动退出手动配置状态。
69.其中，通信开始前，需要将li-fi收发器的工作信道调整为与信号源一致。当使用li-fi收发器进行通信时，以环行器通信方案为例，需要将wi-fi设备的天线接口通过同轴线连接到li-fi收发器的环行器sma接口(14-2)，并将通信双方的li-fi收发器相背放置，确保双方各自的硅pin光电二极管30能够接受到来自对方led灯板32的照射。
70.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.本技术中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见前述所述实施例的部分说明即可。
72.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。