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基于LED光数据传输的温度实时显示系统


作者:京微雅格应用工程师 安玛丽


摘要: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。


本文提出了以京微雅格低功耗FPGA HR(黄河)系列为主控制器,以温度传感器,LED灯,光频转换器,LCD屏等为外围电路的基于LED光数据传输的温度实时传输及显示方案,实现了可靠的温度值实时传输和显示。


关键字:LED,光通信,FPGA,温度显示


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京微雅格HR系列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:


京微雅格HR(黄河)系列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。



硬件演示链接:


http://www.capital-micro.com/article.php?id=227




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