单片机控制led可见光通讯的设计
本文是基于单片机控制LED可见光通讯的设计，采用类似NCE的编码技术，PWM脉宽调制技术，以STC15F2K60S2单片机芯片，51系列单片机为控制芯片进行工程设计，基于发射模块和接收模块两大部分为主题，利用流程图分析了基于LED可见光通讯的单片机的设计的工作流程和工作方式，对整体系统进行优化设计，使用改进的国产的89系列芯片和和STC系列芯片，以方案设计、软件设计、流程图为内容，以89C52单片机芯片、FPGA芯片和STC15F2K60S2单片机芯片多个方案进行比较和筛选，选取了最优方案，使用改进的国产89系列和STC系列芯片，控制各模块的工作，对工程各模块结构、功能和程序设计进行设计，对各部分电路进行设计，以最优方法对工程进行优化。
目录
引言 1
一、基于单片机控制LED可见光通讯设计的原理及调制技术 3
（一）类似NCE编码技术 3
（二）PWM脉冲位置调制系统设计 4
二、整体方案及其设计 4
（一）整体系统 4
（二）方案论证 5
三、系统硬件设计 6
（一）主控芯片 6
（二）开关稳压电源电路 7
四、软件设计 11
（一）总程序框图 11
（二）编码程序 12
（三）接收解码程序 15
五、显示模块 18
（一）程序流程图 18
（二）显示具体程序 19
参考文献 21
引言
在我们生活里，可见光充斥着我们的生活，并且与生产生活紧密联系，我们是离不开可见光的，没有可见光的生活是无法想象的。人类科技水平正在不断提高，我们现在的科技水平已经超过了前人的水平，之前的通讯技术水平已经逐渐无法满足人们的需求，而且以前的通讯技术很多都占据了别人已经拥有已有的光波频带，现在已经不太可能拿原来的旧技术来开发新技术，但是可见光通讯技术是一种人类目前发现的一种全新的技术，它不占据现在拥有的光波频带，这种可见光技术是用光信号作为信息传递的载体，空气作为信息传播媒介的一种无线接入技术，它结合了现在拥有通讯技术和最新光技术。之前的无线光通讯技术是用自由空间光通讯技术和红外光波通讯技术两个部 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分一起构成的，在自由空间光通讯技术中，是激光作为信息通讯的主角，虽然它不占据现在已经有频谱，而且它的传输速率特别高，另外，可见光的频带比较宽，等等优点，但是作为一种新兴事物，它也有它的缺点，比如，可见光技术对外界对他的干扰较大，反应比较大，特别是遇到阴雨天，或刮风下雪，等等恶劣天气时间，可见光的通讯质量会会同以往正常的情况有着很大的下降趋势。另外，激光在使用使用时，会对人的身体产生不可忽视的伤害。另外，红外光波通讯技术是以红外线作为信息传递的载体，也对人体具有一定的伤害，而且它也有信息传输效率比较低，功率消耗很高，另外，还有信息通讯设备不方便移动等拥有的缺点。
现在，在全世界范围内，随着半导体行业的快速，并且高质量蓬勃发展，特别是在可见光传感器领域的技术慢慢成熟，基于LED可见光通讯技术已逐渐变成现实。
一、基于单片机控制LED可见光通讯原理及调制技术
（一）类似NCE编码技术
在本文中，类似NCE码采用38KHz的载波，采用PWM脉冲位置调制，每个字节由起始位、数据位、奇偶校验位，共同组成，根据占空比的不同，可以分别代表高电平和低电平，也就是1信号和0信号，一位的时间分别为2.25ms和1.12ms。
类似NCE码，传输一个“1”信号需要2.25ms的时间，一个脉冲对应的时间为0.56ms或1.15ms的连续载波，其中包括0.56ms的低电平和1.7ms的高电平。传输一个“0”信号，则需要传输1.12ms，其中包括0.56ms的低电平和0.56ms的高电平。如此一来，在接收信息的时候，2.25ms低电平代表0，1.12ms高电平代表1。图11为PWM脉冲位置调制示意图。
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图11 类似NCE编码示意图
此系统采用同步信号与结束奇偶校验信号类似NCE码的编码结构，9ms的高电平和4.5ms的低电平组成了这个同步信号，传输一个“1”，需要2.25ms的时间，传输一个“0”，需要1.12ms的时间，根据奇偶校验，发送1.7ms的高电平和0.56ms的低电平，或者0.56ms的高电平和0.56ms的低电平。当全部字符传输完毕业后，发送字符“#”，作为结束的标志。
（二） PWM脉冲位置调制系统设计
数据调制和LED外围的驱动电路两个部分共同构成脉冲位置调制，数据调制部分是在单片机里面实现的，调制部分则包括串口模块，数据缓存模块，PWM脉宽位置调制模块，上位机发送数据给串口，之后，数据会被缓存在数据缓存模块，然后，就轮到PWM脉宽调制模块进行数据读取工作，从而进一步调制，生成类似NCE编码的编码结构。
本文使用类似NCE编码的脉宽调制技术，每一个数据是由10位信息构成的，其中，拥有1个起始的标志位、1位奇偶校验位、8位数据位。以下是PWM脉宽位置调制技术的帧结构。图12 为PWM脉冲位置调制帧结构图。
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图12 PWM脉冲位置调制帧结构图
调制完成之后的数据，经过单片机的IO口，控制LED驱动模块工作，从而完全完成了数据的发射任务。
二、 整体方案及其设计
(一)整体系统
整个系统分为发射和接收两个部分，都是基于单片机及其外围电路实现。发射模块主要是把串口发射过来的数据加载在白光LED的光信号上。接收部分是通过传感器对微弱光信号的变化的识别，进行光电转换，对电信号进行滤波和放大。在通过比较器，设置合理的阀值，对该信号完成TTL电平的转换，最后单片机以下降沿中断的形式，完成对该输入信号的解码，并进行显示与把接收的数据发送给上位机。图21为系统框图，图22，23为原理图。
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图21系统框图
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图22发射模块原理图。
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图23接收模块原理图。
（二）方案论证
目录
引言 1
一、基于单片机控制LED可见光通讯设计的原理及调制技术 3
（一）类似NCE编码技术 3
（二）PWM脉冲位置调制系统设计 4
二、整体方案及其设计 4
（一）整体系统 4
（二）方案论证 5
三、系统硬件设计 6
（一）主控芯片 6
（二）开关稳压电源电路 7
四、软件设计 11
（一）总程序框图 11
（二）编码程序 12
（三）接收解码程序 15
五、显示模块 18
（一）程序流程图 18
（二）显示具体程序 19
参考文献 21
引言
在我们生活里，可见光充斥着我们的生活，并且与生产生活紧密联系，我们是离不开可见光的，没有可见光的生活是无法想象的。人类科技水平正在不断提高，我们现在的科技水平已经超过了前人的水平，之前的通讯技术水平已经逐渐无法满足人们的需求，而且以前的通讯技术很多都占据了别人已经拥有已有的光波频带，现在已经不太可能拿原来的旧技术来开发新技术，但是可见光通讯技术是一种人类目前发现的一种全新的技术，它不占据现在拥有的光波频带，这种可见光技术是用光信号作为信息传递的载体，空气作为信息传播媒介的一种无线接入技术，它结合了现在拥有通讯技术和最新光技术。之前的无线光通讯技术是用自由空间光通讯技术和红外光波通讯技术两个部 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分一起构成的，在自由空间光通讯技术中，是激光作为信息通讯的主角，虽然它不占据现在已经有频谱，而且它的传输速率特别高，另外，可见光的频带比较宽，等等优点，但是作为一种新兴事物，它也有它的缺点，比如，可见光技术对外界对他的干扰较大，反应比较大，特别是遇到阴雨天，或刮风下雪，等等恶劣天气时间，可见光的通讯质量会会同以往正常的情况有着很大的下降趋势。另外，激光在使用使用时，会对人的身体产生不可忽视的伤害。另外，红外光波通讯技术是以红外线作为信息传递的载体，也对人体具有一定的伤害，而且它也有信息传输效率比较低，功率消耗很高，另外，还有信息通讯设备不方便移动等拥有的缺点。
现在，在全世界范围内，随着半导体行业的快速，并且高质量蓬勃发展，特别是在可见光传感器领域的技术慢慢成熟，基于LED可见光通讯技术已逐渐变成现实。
一、基于单片机控制LED可见光通讯原理及调制技术
（一）类似NCE编码技术
在本文中，类似NCE码采用38KHz的载波，采用PWM脉冲位置调制，每个字节由起始位、数据位、奇偶校验位，共同组成，根据占空比的不同，可以分别代表高电平和低电平，也就是1信号和0信号，一位的时间分别为2.25ms和1.12ms。
类似NCE码，传输一个“1”信号需要2.25ms的时间，一个脉冲对应的时间为0.56ms或1.15ms的连续载波，其中包括0.56ms的低电平和1.7ms的高电平。传输一个“0”信号，则需要传输1.12ms，其中包括0.56ms的低电平和0.56ms的高电平。如此一来，在接收信息的时候，2.25ms低电平代表0，1.12ms高电平代表1。图11为PWM脉冲位置调制示意图。
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图11 类似NCE编码示意图
此系统采用同步信号与结束奇偶校验信号类似NCE码的编码结构，9ms的高电平和4.5ms的低电平组成了这个同步信号，传输一个“1”，需要2.25ms的时间，传输一个“0”，需要1.12ms的时间，根据奇偶校验，发送1.7ms的高电平和0.56ms的低电平，或者0.56ms的高电平和0.56ms的低电平。当全部字符传输完毕业后，发送字符“#”，作为结束的标志。
（二） PWM脉冲位置调制系统设计
数据调制和LED外围的驱动电路两个部分共同构成脉冲位置调制，数据调制部分是在单片机里面实现的，调制部分则包括串口模块，数据缓存模块，PWM脉宽位置调制模块，上位机发送数据给串口，之后，数据会被缓存在数据缓存模块，然后，就轮到PWM脉宽调制模块进行数据读取工作，从而进一步调制，生成类似NCE编码的编码结构。
本文使用类似NCE编码的脉宽调制技术，每一个数据是由10位信息构成的，其中，拥有1个起始的标志位、1位奇偶校验位、8位数据位。以下是PWM脉宽位置调制技术的帧结构。图12 为PWM脉冲位置调制帧结构图。
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图12 PWM脉冲位置调制帧结构图
调制完成之后的数据，经过单片机的IO口，控制LED驱动模块工作，从而完全完成了数据的发射任务。
二、 整体方案及其设计
(一)整体系统
整个系统分为发射和接收两个部分，都是基于单片机及其外围电路实现。发射模块主要是把串口发射过来的数据加载在白光LED的光信号上。接收部分是通过传感器对微弱光信号的变化的识别，进行光电转换，对电信号进行滤波和放大。在通过比较器，设置合理的阀值，对该信号完成TTL电平的转换，最后单片机以下降沿中断的形式，完成对该输入信号的解码，并进行显示与把接收的数据发送给上位机。图21为系统框图，图22，23为原理图。
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图21系统框图
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图22发射模块原理图。
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图23接收模块原理图。
（二）方案论证
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