一種地下室專用CCD光通信空氣凈化裝置的制作方法

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本發(fā)明涉及地下室通信領域，尤其是一種地下室專用CCD光通信空氣凈化裝置。

背景技術：

太陽能（solar energy），是指太陽的熱輻射能（參見熱能傳播的三種方式），主要表現(xiàn)就是常說的太陽光線。在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風能、化學能、水能等。

太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的，來自太陽的輻射能量。

人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽能轉(zhuǎn)變成化學能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代演變形成的一次能源。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內(nèi)部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

隨著白光 LED 器件的發(fā)展，可見光通信技術得到了越來越多的重視?？梢姽鉄o線通信系統(tǒng)主要由光信號發(fā)射端和光信號接收端組成。這種技術運用到構建地下室無線網(wǎng)路通信的具有巨大的優(yōu)越性，地下室無線傳感器網(wǎng)絡由多個低成本、低功耗、多功能的集成化微型傳感器節(jié)點組成，這些傳感器節(jié)點構成無線網(wǎng)絡，具有數(shù)據(jù)采集、無線通信和信息處理的能力，將多個此類傳感器節(jié)點布置在一個特定的區(qū)域內(nèi)，可形成無線傳感器網(wǎng)絡,它們通過特定的協(xié)議，高效、穩(wěn)定、準確的進行自組織，并通過各傳感器節(jié)點協(xié)作進行實時測量、感知和采集各種海洋要素的信息，利用無線通信技術將觀測信息實時傳輸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術方法的不足，提供了一種低功耗、體積小、低成本，具有計算能力和通信能力的基于可見光通信的家用設備。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術方案：

一種地下室專用CCD光通信空氣凈化裝置，包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、處理器模塊、接收天線、光探測器、信號處理電路、電源電路、空氣凈化裝置、LED發(fā)送/接收模塊、傳感器模塊、串口通信模塊、電源模塊、電源電路、光鑰匙模塊；所述中央處理器連接光鑰匙模塊、接收天線、光探測器、信號處理電路、電源電路、空氣凈化裝置；

所述空氣凈化裝置包括微控制器、加濕器開關以及光接收模塊，所述光接收模塊從空氣凈化裝置組中接收LED通信信號，對所述LED通信信號處理后獲得控制指令，并將所述控制指令輸送到微控制器，所述微控制器根據(jù)所述控制指令生成加濕器開關的執(zhí)行指令，所述加濕器開關是電磁繼電器，所述電磁繼電器與加濕器的加濕裝置連接；

所述空氣凈化裝置還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能凈化器根據(jù)控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發(fā)出執(zhí)行指令，獲得加濕器內(nèi)的水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號，微處理器對所述水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號進行放大、測量、A/D 包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質(zhì)進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅(qū)動光耦驅(qū)動電機，控制其導通與轉(zhuǎn)速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉(zhuǎn)的時候，電機處于對應檔的轉(zhuǎn)速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅(qū)動光耦，驅(qū)動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉(zhuǎn)換為控制指令；包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質(zhì)進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅(qū)動光耦驅(qū)動電機，控制其導通與轉(zhuǎn)速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉(zhuǎn)的時候，電機處于對應檔的轉(zhuǎn)速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅(qū)動光耦，驅(qū)動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉(zhuǎn)換為控制指令。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調(diào)制方式，光源將調(diào)制好的光信號以高速、明暗變化的規(guī)律進行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調(diào)制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合 C++軟件編程進行發(fā)射端的軟硬件設計，實現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻100fps 以上、高靈敏度、高響應度 CCD 相機；相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收；所述充電插口設置于閉合門的側端；

所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設備、LED燈、接收天線、光探測器、信號處理電路；所述信號調(diào)制設備負責調(diào)制生成原始的電信號；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測器是可見光波段響應較好的 CCD光電轉(zhuǎn)換器件；所述接收天線是可變倍數(shù)的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸；

所述光鑰匙模塊內(nèi)設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計基于虛擬串口的秘鑰發(fā)送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發(fā)送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的 min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG 功能，經(jīng)過外部驅(qū)動模塊加載到空氣凈化裝置上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送；所述電源電路分別連接中央處理器和現(xiàn)場可編程門陣列電路；所述電源電路內(nèi)設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；所述處理器模塊控制LED光源發(fā)送和接收信息，并協(xié)調(diào)各外設單元工作；所述LED發(fā)送／接收模塊負責節(jié)點之間的通信；所述傳感器模塊負責目標區(qū)域信息的采集；所述串口通信模塊與計算機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)；所述電源模塊負責節(jié)點的能量供給。

所述的現(xiàn)場可編程門陣列電路，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內(nèi)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

所述處理器模塊采用低功耗的STM32F405RGT6嵌入式微處理器作為通信節(jié)點的主控芯片，該芯片體積小、質(zhì)量輕，計算能力能滿足系統(tǒng)要求，同時內(nèi)部資源豐富，集成了USART,GPIO和ADC等功能，所以處理器模塊只需要一塊芯片以及簡單的外圍電路從而實現(xiàn)體積小、質(zhì)量輕和計算能力的要求。

待發(fā)送密鑰為 TTL 電平信號，即+5V 表示高電平“1”，0V 表示低電平“0”；所述LED驅(qū)動模塊包括PNP 型貼片三極管 S8550 及其相關外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換；所述光鑰匙模塊一個一對多的裝置；光鑰匙是基于單片機 STC12C2052AD 設計的一種發(fā)送端。

所述LED發(fā)送/接收模塊中，選擇的光源是Luxeon III Enutter大功率藍光光源(3W)。該光源的特點主要為：光通量高；使用壽命可達5*104h；體積小；額定工作電流很大，大約為 350~700mA ；點亮時間小于100s。另外，本模塊將光源與鋁基板組合使用用以散熱，使用菲涅爾透鏡實現(xiàn)聚光。選用 ULN2803A作為LED的驅(qū)動芯片, ULN2803A是高壓大電流達林頓晶體管陣列電路，該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端導通。該芯片可以同時驅(qū)動８組負載工作，具有電流增益高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，非常適合作為LED光源的驅(qū)動。所述可見光接收模塊將接受的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，將采集數(shù)據(jù)提供至處理器?？紤]微型化原則，所以采用藍光增強型光電二極管PIN-10DP/SB作為接收元件，該元件具有100m²以上的感光面積，對于400~600m的波長（藍綠光波段范圍）較敏感，用于家用下水節(jié)點的接收器。

所述串口通信模塊針對Sink節(jié)點，使用主控芯片上的串行通信口 USART-Tx、USART-Rx ，輸出 TTL電平實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。電源模塊負責節(jié)點的能量供給，Sink節(jié)點通過串口與計算機端相連，能量可以認為是無限的，而普通節(jié)點則需要靠電池供電。

所述電源模塊采用電壓范圍為1.8V~3.6V的STM32F405RGT6為電源，采用２節(jié)五號電池來供電，并采用低噪聲、快速瞬態(tài)響應的LT1963EST-3.3為穩(wěn)壓芯片。LT1963EST-3.3穩(wěn)壓芯片的輸出電流在1.5V ，輸出電壓為3.3V，具有低噪聲、快速瞬態(tài)響應等特點。

該發(fā)明的有益效果：

應用人工智能專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等方法和技術,進行智能化、集成化、協(xié)調(diào)化、設計和實現(xiàn)的新一代的計算機管理系統(tǒng)。利用紫外線對室內(nèi)空氣進行殺菌與消毒的產(chǎn)品，采用運動傳感器和化學傳感器兩個傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的集成設計，使得本空氣凈化器具有自動采集與自動調(diào)整工作狀態(tài)的功能，實現(xiàn)了產(chǎn)品的智能化、節(jié)能性與環(huán)保的特點。另外遠程控制技術與可見光通信技術的結合，實現(xiàn)了對空氣凈化器的遠程設置和開啟關閉，使得空氣凈化器實現(xiàn)了遠程智能控制，并且與照明系統(tǒng)結合，實現(xiàn)了無線通信，獲得美觀、簡潔的用戶體驗。

另外，空氣凈化裝置能夠通過GSM通信模塊實現(xiàn)了遠程控制，用戶可以在回家之前啟動空氣凈化裝置，改善室內(nèi)空氣濕度，在離開家以后關閉，即使忘記出門之前關閉空氣凈化裝置，也可以通過手機發(fā)出控制指令，關閉空氣凈化裝置，這樣能夠合理規(guī)劃空氣凈化裝置的使用時間，延遲使用壽命以及節(jié)約能源。WIFI容易被電磁干擾，傳輸?shù)姆较虿豢煽兀艽a容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優(yōu)點。所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠?qū)Νh(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)，溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數(shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成，主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存，工作電源為+５Ｖ。其內(nèi)部有振蕩器的反相放大器，石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠，功能強大，使用方便，并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口，使用簡單方便，在實際使用中無需外部元件，直接利用數(shù)據(jù)總線供電，測量溫度范圍較大。因此，使用范圍較廣，用途較大。

光鑰匙和智能移動終端相結合，可以很好的運用Android系統(tǒng)開發(fā)手機AAP光密鑰軟件，Android系統(tǒng)是基于 Linux 的一個開源的操作系統(tǒng)，主要是使用在移動終端（手機和平板）中。Android系統(tǒng)和其他的系統(tǒng)平臺相比，有很大的優(yōu)勢。它的優(yōu)勢最主要的體現(xiàn)在它的開放性。Android系統(tǒng)是完全開源的系統(tǒng)，所有的愛好者和廠商都可以參與到 Android 系統(tǒng)的開發(fā)中來，這就為 Android 系統(tǒng)的發(fā)展打下了很好基礎。Android 系統(tǒng)已經(jīng)成為了全球裝機量第一大的系統(tǒng)。Android 系統(tǒng)的另一大優(yōu)勢就是基于谷歌公司的平臺，谷歌公司的地圖、搜索、郵箱等服務產(chǎn)品，能夠無縫的應用到 Andriod 系統(tǒng)中去。

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池組將進行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。本發(fā)明中所述基于可見光通信的家用下水節(jié)點采用STM32F405RGT6嵌入式微處理器作為通信節(jié)點的主控芯片，該芯片體積小、質(zhì)量輕，計算能力能滿足系統(tǒng)要求，同時內(nèi)部資源豐富，集成了USART,GPIO和ADC等功能，所以處理器模塊只需要一塊芯片以及簡單的外圍電路從而實現(xiàn)體積小、質(zhì)量輕和計算能力的要求。和傳統(tǒng)的水聲通信技術相比，可見光通信的家用下水節(jié)點具備低功耗、體積小、低成本，具有計算能力和通信能力，實用性廣泛，并且經(jīng)濟效益高，有巨大的市場前景。

遠距離可見光通信系統(tǒng)，在發(fā)射端采用了OOK調(diào)制方式，OOK 帶寬需求低，而且硬件實現(xiàn)最為簡單，解碼時候只需要通過直接檢測的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時0或者1；使得發(fā)射端成本合理；在接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻（100fps 以上）、高靈敏度、高響應度 CCD 相機；相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收。選擇 CCD 作為光探測器，其靈敏度和響應度比傳統(tǒng)的 PIN 光電二極管高很多。對比于傳統(tǒng)光電二極管，采用 CCD 相機可以使光源的位置可以在圖像中清晰的顯示出來，這樣，只要能夠判斷出信號的位置，將來可以使用多個光源，在接收端的接受能力之內(nèi)，成倍的提高傳輸速率。并且 CCD 作為光探測器還可以同時用于APT 通信系統(tǒng)當中。

采用基于可見光通信的家用下水節(jié)點構成無線網(wǎng)絡，具有數(shù)據(jù)采集、無線通信和信息處理的能力，將多個此類節(jié)點布置在一個特定的區(qū)域內(nèi)，可形成無線網(wǎng)絡,它們通過特定的協(xié)議，高效、穩(wěn)定、準確的進行自組織，并通過各節(jié)點協(xié)作進行實時測量、感知和采集各種海洋要素的信息，利用無線通信技術將觀測信息實時傳輸。

附圖說明

圖1是基于可見光通信的家用下水節(jié)點結構圖；

圖2是處理器模塊電路圖；

圖3是LED驅(qū)動器電路圖；

圖4是可見光接收模塊電路圖；

圖5是電源模塊電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的一種地下室專用CCD光通信空氣凈化裝置作進一步詳盡描述：

1、如圖1所示，一種地下室專用CCD光通信空氣凈化裝置，包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、處理器模塊、接收天線、光探測器、信號處理電路、電源電路、空氣凈化裝置、LED發(fā)送/接收模塊、傳感器模塊、串口通信模塊、電源模塊、電源電路、光鑰匙模塊；所述中央處理器連接光鑰匙模塊、接收天線、光探測器、信號處理電路、電源電路、空氣凈化裝置；

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池組將進行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠?qū)Νh(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)，溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數(shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)具體包括：

調(diào)制器，用于可見光通信發(fā)射端需要將基帶信號調(diào)制到光載波上，調(diào)制器的作用就是要根據(jù)不同的調(diào)制方式，如 OOK 調(diào)制、PPM 調(diào)制等，將信息先調(diào)制成電信號。調(diào)制器硬件上可以采用常用的 51 單片機系列，為了達到更高的速度和精度的要求，還可以選擇 FPGA 等。

LED 驅(qū)動，用于將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。LED 驅(qū)動模塊用于完成對LED 光源的驅(qū)動功能，同時將調(diào)至好的電信號轉(zhuǎn)化為光信號加載到 LED 光源上。如 51 單片機，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對 LED 光源驅(qū)動。

LED，是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射裝置，為了滿足通信系統(tǒng)的需求，應盡可能選擇功率大、束散角小、白光 LED 光源。此外，選擇陣列形式 LED 光源可以增大光功率，而對束散角一般達到4度。

LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。

大氣信道，光源將調(diào)至好的信號光發(fā)射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。

相機鏡頭，相機鏡頭即是接收天線，主要完成光信號的捕捉接收功能，鏡頭能夠進行變焦，變化接收視場角，可以放大或者縮小目標。為了便于和 CCD相機相互配合，配置了電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現(xiàn)電腦控制自動變焦。

CCD 相機，CCD 是感光元器件，主要是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號再成像。

CCD 相機需能夠匹配光源的速率， CCD 相機能夠完成高幀頻采集。CCD 相機通過千兆以太網(wǎng)連接到電腦上，并通過程序完成圖像數(shù)據(jù)的采集和處理。

成像處理過程，用于將接收到的已調(diào)光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調(diào)出原始信息，完成信息接收。

如圖2所示，所述處理器模塊采用低功耗的STM32F405RGT6嵌入式微處理器作為通信節(jié)點的主控芯片，該芯片體積小、質(zhì)量輕，計算能力能滿足系統(tǒng)要求，同時內(nèi)部資源豐富，集成了USART,GPIO和ADC等功能，所以處理器模塊只需要一塊芯片以及簡單的外圍電路從而實現(xiàn)體積小、質(zhì)量輕和計算能力的要求。

如圖3所示，所述LED發(fā)送/接收模塊中，選擇的光源是Luxeon III Enutter大功率藍光光源(3W)。該光源的特點主要為：光通量高；使用壽命可達5*104h；體積小；額定工作電流很大，大約為 350~700mA ；點亮時間小于100s。另外，本模塊將光源與鋁基板組合使用用以散熱，使用菲涅爾透鏡實現(xiàn)聚光。選用 ULN2803A作為LED的驅(qū)動芯片, ULN2803A是高壓大電流達林頓晶體管陣列電路，該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端導通。該芯片可以同時驅(qū)動８組負載工作，具有電流增益高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，非常適合作為LED光源的驅(qū)動。

如圖4所示，所述可見光接收模塊將接受的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，將采集數(shù)據(jù)提供至處理器。考慮微型化原則，所以采用藍光增強型光電二極管PIN-10DP/SB作為接收元件，該元件具有100m²以上的感光面積，對于400~600m的波長（藍綠光波段范圍）較敏感，用于家用下水節(jié)點的接收器。

如圖5所示，所述電源模塊采用電壓范圍為1.8V~3.6V的STM32F405RGT6為電源，采用２節(jié)五號電池來供電，并采用低噪聲、快速瞬態(tài)響應的LT1963EST-3.3為穩(wěn)壓芯片。LT1963EST-3.3穩(wěn)壓芯片的輸出電流在1.5V，輸出電壓為3.3V，具有低噪聲、快速瞬態(tài)響應等特點。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。

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