采用LED光通信技术实现温度实时显示系统的设计

LED光通信，就是用LED光来实现无线通信，主要是靠发光二极管（LED）发出的高速亮灭闪烁信号来传输信息的。LED光通信具有传输数据率高，保密性强，无电磁干扰，无需频谱认证等优点。该技术现仍处于起步和摸索过程中，但其未来的应用将非常广泛，室内接入、交通控制、车辆无线导航等，凡是涉及到LED的场合都将是LED光通信技术的潜在应用。

1. 系统功能介绍

本系统主要包括CME-HR03 FPGA，温度传感器，光频转换器及LCD显示屏几个部分，其实现框图如下所示：

本系统中，首先由温度传感器经IIC接口将采集到的温度值传送给FPGA中做处理，之后经过UART协议将数据串行的传送给LED灯，以灯的亮灭闪烁表示数字数据，之后经光频转换器，将LED灯传送的信息转换为不同频率的方波，再经FPGA接收还原数据，最后送到16*2的LCD显示屏上进行温度值的实时显示。

在本设计发送模块中，温度传感器每次采集到的温度值一共9bit，传送数据格式为：起始位（0）+9bit数据+停止位（1），每次传输一共11bit数据。在发送端，我们启用波特率发生器来控制发送速率，1bit数据大约占25ms。

在接收端，我们采用5ms的时间间隔不停的对此方波信号进行上升沿计数，如果计数值大于所设阈值，则认为此时发送的数据为0，反之则为1;当接收端检测到数据的下降沿时，启动波特率发生器（大约25ms一个间隔），在波特率发生器输出高电平的第三个5ms间隔，即为数据的中间采样点，就这样在数据下降沿之后连续接收9bit数据送到LCD显示屏上，即为一次数据传输过程结束。

经过测试，该系统可以稳定可靠的实现基于LED光传输的温度值的实时传输及显示。

具体的工作原理如下图：

2. 硬件实现

该系统用到的器件主要有：

FPGA具有超低功耗，超小尺寸等特性，具有丰富的逻辑资源及用户可配置IO，逻辑性能高达200MHz，可被广泛的应用在消费电子、汽车电子、手持设备等不同领域。

温度传感器可支持任意时刻读写，温度精度为0.5度，其可采集的温度范围为-55度至125度。环境温度与采集的值的对应关系为：环境温度=采集值*0.5。

光频转换接收器可以接收的可见光波长范围为320nm~1050nm，该器件中含有一个光敏二极管和一个光频转换器，可将不同强度的可见光转换为占空比为50%的不同频率的方波。