可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是一种利用可见光频谱进行数据传输的技术。由于可见光通信具有支持通信和照明同时进行的能力，因此被认为是一种在地下矿井等复杂环境中实现有效通信的潜在接入技术。地下矿井环境不仅狭窄且复杂，而且在安全性和可靠性方面有着极高的要求。因此，准确地对VLC系统的信道特性进行建模，对于设计和评估VLC系统性能至关重要。 在地下矿井中，可见光通信面临着与其他环境不同的独特挑战。由于矿井内部复杂的空间结构和各种干扰的存在，VLC信道的路径损耗特性和时延扩散特性需要详细研究。路径损耗指的是信号在传输过程中由于传播距离和障碍物等因素造成的信号强度衰减。时延扩散描述的是信号在不同路径上传播到达接收端的到达时间差异，它会影响信号的接收质量。 本文介绍了一种专门针对地下矿井环境的可见光通信路径损耗信道模型。该模型基于递归信道模型，并通过考虑矿井巷道和工作面环境中的三种不同轨迹来确定路径损耗指数。考虑到不同数量的发射器，文中研究了视距（Line-of-Sight，LoS）和非视距（Non-Line-of-Sight，NLoS）两种通信场景。研究结果表明，在应用曲线拟合技术时，路径损耗在对数域上表现为线性行为。进而，导出了路径损耗与距离关系的表达式，并研究和分析了均方根（Root Mean Square，RMS）时延扩散。 在地下矿井可见光通信中，路径损耗信道模型的准确建立对于通信系统的设计和性能评估极为重要。路径损耗模型可以基于不同的传输环境和条件，通过测量和仿真等方法得到。在模型的建立过程中，需要考虑多种因素，如发射器和接收器的高度、矿井内障碍物的存在、以及光线在不同介质中的反射和散射等。 此外，研究还涉及到了时延扩散问题，即信号经过多个路径传输后到达接收端的时差问题。时延扩散对通信系统同步和信号重建至关重要，较大的时延扩散会导致信号失真和通信质量下降。通过分析RMS时延扩散，可以为设计通信系统提供依据，以优化系统参数，减少时延扩散带来的负面影响。 在地下矿井通信中，可见光通信系统不仅可以提供数据通信，还能作为照明设备，这为矿井通信提供了一种新的视角。由于矿井中存在有毒气体和尘埃，这要求通信系统必须具备高可靠性和稳定性。此外，可见光通信还具有安全性高的特点，因为它利用的是不可见光谱之外的频段，与无线电波通信相比，可见光通信的信号不会穿透矿井壁，降低了在其他区域产生干扰的风险。 地下矿井可见光通信的路径损耗信道模型的研究是实现地下矿井内通信系统设计与性能评估的关键。通过精确的信道建模，可以更好地理解地下矿井中可见光通信的物理传播现象，从而设计出更加稳定可靠的通信系统，满足矿井内通信对安全性和可靠性的严格要求。随着技术的不断发展，可见光通信在地下矿井中的应用将越来越广泛，对于提高矿井作业效率、保障矿工安全具有重要的意义。

可见光通信（Visible Light Communication, VLC）是一种利用可见光谱进行数据传输的技术，与传统的无线电频率通信相比，它具有不占用无线电频谱、无电磁干扰、安全性高等特点。本资料包主要关注的是基于大功率白光LED的VLC系统，以及如何结合51单片机实现接收和发送数据。 我们要理解51单片机在可见光通信中的作用。51单片机是8位微控制器的一种，因其内核为Intel 8051而得名，广泛应用于各种嵌入式系统中。在VLC系统中，51单片机作为核心控制单元，负责处理数据编码、调制和解调，以及驱动LED灯进行通信。 1. 数据编码与调制：在发送端，51单片机会接收到待发送的数据流，这些数据需要被转换成光信号。常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。在VLC中，脉冲宽度调制（PWM）是最常用的方式，通过改变LED亮度的持续时间来表示二进制数据的1和0。 2. 发送原理图：LED作为一个光源，其亮度可以被51单片机精确控制。通过编程，51单片机会根据预设的调制方式，快速开关LED，从而将数字信号转换为光信号。发送原理图通常包括数据接口、51单片机、驱动电路和LED光源部分，其中驱动电路用于确保LED能承受快速的开关操作且保持稳定亮度。 3. 接收原理图：在接收端，通常会使用光敏传感器（如光电二极管或CMOS图像传感器）捕获由LED发出的光信号，并将其转化为电信号。51单片机接收这个电信号，然后进行解调恢复原始数据。解调过程与调制相反，根据接收到的光强度变化，判断出1和0。接收端的原理图包括光敏传感器、前置放大器、滤波器和51单片机。 4. 网络连接：虽然51单片机处理能力有限，但可以通过扩展接口如串行通信接口（UART）或通用异步收发传输器（USART）与其他设备连接，形成简单的网络结构。例如，多个VLC节点可以通过UART互相通信，构建一个简单的光通信网络。 5. 光通信的优势与应用：VLC技术适用于无线通信受限的环境，如医院、飞机舱内等，避免了电磁干扰。此外，随着智能家居的发展，VLC也被用于智能照明系统，实现照明与通信的双重功能。 本压缩包可能包含的文件有电路设计图、源代码、原理图等，这些文件可以帮助读者深入理解51单片机如何驱动大功率白光LED进行可见光通信，以及接收端如何解析这些光信号。通过学习这些资料，开发者可以自行搭建VLC系统，进行实验验证和应用开发。

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针对光线在大角度偏转时菲涅耳损耗大、光强均匀性差等问题，提出了基于最优双偏转能量映射和贝塞尔曲线多参数优化的双自由曲面透镜设计算法，并利用该算法设计了基于板上芯片型（COB）发光二极管（LED）的双自由曲面透镜，该透镜可应用于可见光通信系统的光学发射端。以大面积发光面的COB LED作为光源，通过控制自由曲面透镜内外两个表面上的入射光线偏转角的比例关系（即偏转系数），可降低菲涅耳损耗。构建了出光角分别为180°和260°的大角度均匀光强分布的双自由曲面透镜，其光强均匀度分别为0.92和0.90，其光能利用率分别为89.4%和85.9%。将单自由曲面透镜和双自由曲面透镜的光学性能作对比，结果表明，单自由曲面透镜可实现出光角范围为120°~180°、光强均匀度超过0.85以及光能利用率超过85%的光分布，双自由曲面透镜在达到同样的光强均匀度和光能利用率时，可实现出光角范围为100°~260°之间的均匀光强分布。因此，利用双自由曲面透镜能够实现更大范围出光角的均匀光强分布，从而满足可见光通信系统的光学发射端的光分布要求。

白光发光二极管(LED)的窄调制带宽限制了可见光通信(VLC)的系统容量。非正交多址接入(NOMA)技术通过功率复用可提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和NOMA技术, 设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单个LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时, 推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配、增益比功率分配和静态功率分配方法, 研究系统平均和速率随LED半功率角、光电检测器的视场角(FOV)和功率分配因子的变化规律。仿真结果表明, 系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的变化而变化, 可以通过优化半功率角、FOV和功率分配因子达到系统平均和速率最大化。

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可见光通信开题报告.doc

针对发光二极管(LED)技术和成像通信分析技术的成熟发展,结合井下人员定位系统定位精度的需求,提出了一种基于可见光通信与摄像仪图像采集分析技术的煤矿井下人员定位方法。该方法利用井下防爆摄像仪采集LED矿灯的可见光信号图像,识别与矿灯绑定的矿井人员编码信息;利用可见光图像识别算法,确定矿井人员的位置信息,定位矿井人员。试验验证表明:系统定位误差不大于0.4 m,响应时间不大于0.368 s,该定位方法能够有效提高位置定位精度和实时性。

蓝光在海水中具有良好的传输特性，使得水下可见光通信的优势明显，针对水下高速无线通信的需求，提出了一种基于蓝光LED的水下双向通信测试系统设计方案，完成了系统的整体硬件设计，并进行了下水测试。结果表明，该系统实现了水下通信链路60 MHz的带宽拓展，并在水下5 m距离实现了双向可靠通信。该系统验证了水下高速可见光双向通信的可行性，为今后研究基于可见光的水下高速无线通信奠定了基础。

多个参考点光源间的信号相互干扰，使得室内可见光通信定位系统的精度不高。为此提出一种基于码分多址（CDMA）调制的可见光定位算法，利用扩频码的正交性，对每个发光二极管（LED）所发出的身份识别（ID）信息进行扩频处理，在克服了码间干扰的同时，提升了信道的容量。接收端由自适应滤波器分辨出解扩后的ID信息以及对应的信号强度，根据ID信息确定定位的位置区域，根据衰减强度确定定位点与各LED的距离，利用接收信号强度（RSS）三角定位算法实现接收机的定位，并采用分集接收技术来提高接收增益以提升定位的精度。仿真结果表明，该定位系统最大误差为6.18 cm，超过88%的定位点的测量精度被控制在5 cm以内。该系统不仅实现了较高精度的定位，而且易于控制、稳定性好，具有广阔的应用前景。