一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统

摘要

本发明公开了一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统，包括可见光发射单元和可见光接收单元，可见光发射单元把VCU中产生的一些电信号，以车载LED发出的高速调制可见光为信息载体，把电信号转化为光信号，并向自由空间发射这种光信号；可见光接收单元使用透明玻璃式太阳能面板对可见光进行探测，接收光载波信号，解码后得到车辆信息，并把这些信息传给VCU。与现有技术相比，本发明系统通过光信号的发送和接收来使得车与车之间建立通信，操作简单，无电磁干扰、可靠性高。同时本发明系统采用了透明玻璃式太阳能面板作为光信号的采集装置，集透明、挡风、充电和采集信号为一体，大大减少硬件的设置，节省了硬件成本和能源。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车通信技术领域，具体涉及一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统。

背景技术

随着电池技术的发展和环保节能理念的传播，电动汽车越来越受到消费者的青睐，同时也是政府大力支持的项目。电动车的设计越来越智能化，除了单车的智能系统外，车与车之间的智能通信系统也十分重要。车和车之间的通信可以共享一些数据信息，使前后左右的车辆能根据收到的信息做出正确的应答。

目前V2V(vehicle-to-vehicle，车对车)通信的研究主要联合使用无线通信技术、传感器技术、GPS技术以及各种无线广播协议。传统无线通信技术的使用容易给车载电子导航等精密仪器带来电磁干扰，驾驶员长期处在系统产生的电磁辐射环境下健康容易受到影响，同时无线广播协议的使用容易产生广播风暴、信息泄露以及疲劳驾驶。可见光通信技术基于可见光发光二极管，利用汽车前尾灯发出的肉眼察觉不到的高速速率调制的光载波信号来对信息进行调制和传输，然后利用光电二极管等光电转换器件接受光载波信号并获得信息。

LED可见光通信属于绿色通信，不存在电磁辐射，对人身非常安全，同时信号光源发射功率高。在可见光LED通信系统中，由于通信光源是与自然光完全一样的非相关可见光，因此一般情况下无需限制发射功率；可见光通信系统需要的器件比射频系统少得多，这将会大大降低成本，且LED光源的高发光效率使得数据传输要求的功耗可以忽略不计。

另外，可见光通信技术正逐步成熟，对于标准化的制定也在不断更新和改进；我国对于可见光通信的研究也投入了大量的人力和物力，清华大学和复旦大学等在可见光通信方面都取得了一定的研究成果；伴随着5G的到来，可见光通信无疑会成为下一代主流通信技术。伴随着透明太阳能电池板的研究也取得很大进展，密歇根州立大学的研究人员研发出了一种完全透明的太阳能集中器，它可以将任何窗口或玻璃转化成光伏太阳能电池。

公开号为CN105978990A的中国专利提出了一种基于可见光通信的汽车见实时通信系统及通信方法，包括若干光端机、控制器、信息写入装置、信息读取装置以及存储器，通过光信号的发送和接收来帮助人们与其它车辆中的人们建立实时的通信或“对话”，最终能够以语言或者其它更加清晰的方式来提示司机。该通信系统也是基于可见光，但是对于光的接收需要增加新的装置，要设计新的控制模块，在硬件上需要投入较大成本，而且对于接收到其他车辆传来的信号后，不能直接做出应急反应。同时该系统仅仅满足车与车之间的通信功能，在储能方面没有涉及。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统，光接收采用透明玻璃式太阳能面板，集信号采集和充电为一体，光发射采用汽车的前后LED车灯，在紧急情况下使智能电动车无人操作下能够直接做出反应，避免交通事故的发生。

一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统，与智能电动车的VCU(Vehicle Control Unit，车辆控制单元)相连接，该系统包括可见光发射单元和可见光接收单元；其中，所述可见光发射单元用于将VCU所产生的电信号中关于车速、方向、与前后车距离、车身尺寸以及GPS坐标等信息调制加载至可见光中，进而利用LED车灯向周围进行发射；所述可见光接收单元用于探测周围的可见光并对采集到的光载波信号进行解调得到周围车辆的交通状态信息，并将这些信息传送给VCU。

优选地，所述可见光接收单元采用透明玻璃式太阳能面板，即将智能电动车前后左右的挡风玻璃板均改装为透明玻璃式太阳能面板，该太阳能面板既作为光载波信号的采集装置，同时也作为光能的吸收装置，从而为智能电动车的电源系统充电。

进一步地，所述透明玻璃式太阳能面板包括光接收器和解调器，当太阳能面板的光接收器接收到从LED车灯发出的光载波信号，则将其转化为电信号，然后由解调器将该电信号转化为编码数据，进而通过CAN总线发送给VCU。

进一步地，所述可见光接收单元包括PIN型光探测器、放大器、滤波器以及解调器；其中，PIN型光探测器用于探测周围的可见光并将采集到的光载波信号转化为微电流信号，放大器则对该微电流信号进行放大，滤波器则对放大后的微电流信号进行滤波，解调器则对滤波后的微电流信号进行解调得到周围车辆的交通状态信息，进而通过CAN总线发送给VCU。

进一步地，所述VCU对可见光接收单元提供的信息进行相应处理分析后，在车载显示屏上可视化显示周围车辆及其相关信息，并根据这些信息通过智能语音进行提示和预警，并在紧急情况下对车辆进行强制性控制。

进一步地，所述可见光发射单元包括LED调制驱动模块以及LED车灯；其中，VCU将携带有车速、方向、与前后车距离、车身尺寸以及GPS坐标等信息的电信号通过CAN总线传送给LED调制驱动模块，所述LED调制驱动模块以LED车灯所发出的可见光作为载体并将电信号中的相关信息调制加载至可见光中，进而驱动LED车灯向周围进行发射。

与现有技术相比，本发明基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统通过光信号的发送和接收来使得车与车之间建立通信，操作简单，无电磁干扰、可靠性高。同时本发明系统采用了透明玻璃式太阳能面板作为光信号的采集装置，集透明、挡风、充电和采集信号为一体，大大减少硬件的设置，节省了硬件成本和能源。

附图说明

图1为本发明智能电动汽车之间的通讯示意图。

图2为本发明智能电动汽车的信息传输示意图。

图3为本发明智能电动汽车的设计示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提出了一种基于LED可见光通信的智能电动车V2V通信系统，使得车辆与车辆之间可通过该系统进行通讯，如图1所示。该通信系统包括可见光发射单元和可见光接收单元，可见光发射单元用于把汽车VCU中产生的一些电信号(这些电信号所携带的信息包括但不限于：汽车的速度、方向、与前后车的距离、车身高度和宽度、GPS信息等)以车载LED发出的高速调制可见光为信息载体，把电信号转化为光信号，并向自由空间发射这种光信号；可见光接收单元用于对光电信息进行探测，接收光载波信号，解码后得到车辆基本信息和交通信息，并把这些信息传给电动汽车的VCU，使汽车根据接收到的信息做出相应的操作。

其中，可见光发射单元包括LED调制驱动模块和LED发射模块(即LED车灯)，车辆VCU将交通信息简单快速编码成电信号，编码后的电信号经CAN总线传至LED调制驱动模块加载到车载LED灯上调制为可见光信号。

本实施方式中可见光接收单元采用透明玻璃式太阳能面板，即在电动车的前面、后面和侧边都安装该透明式太阳能面板，这种透明的太阳能电池面板可以作为光信号的采集装置，同时也能通过吸收光信号，给电动车进行充电。

透明玻璃式太阳能面板包括光接收器和解调器，当光接收器接收到从LED车灯发出的光信号，则把光信号转化为电信号，然后由解调器将该电信号转化为编码数据，通过CAN总线发送给智能电动车的VCU。

如图2所示，本实施方式V2V通信系统的具体信息传输过程如下：

(1)信息采集阶段：车辆在使用过程中，除了车辆的宽和高以及型号等基本信息外，还会出现一些动作信息(如速度的改变，方向的转换，GPS定位信息等)，这些信息是会实时变化的，而某一辆的行驶信息的改变会影响与它行驶在同一路段上周围的车辆行为的变动。在本实施方式中由于智能电动汽车控制系统比较简单，VCU模块控制了整车的行为，这些信息经由VCU相关模块进行编码。

(2)信息发送阶段：VCU对信息进行编码后，通过CAN总线传递到LED调制驱动模块，并由LED车灯发射出去。

(3)信息接收阶段：利用可见光接收单元即透明玻璃式太阳能面板采集前车或者是后车发送的可见光，该玻璃式太阳能面板可以把采集到的光信号转化为电信号，并把电信号传至VCU的控制电路中，使电动车做出一定的提示或者应急操作。玻璃式太阳能面板除了与VCU的控制模块相连外，还与智能电动车的供电源相连，在满足信号接收和转化的同时，也可以对电池进行充电。

如图3所示，本实施方式智能电动汽车包括安装在车身正前方挡风处的太阳能车窗1、安装在后面的太阳能车窗2、安装在侧边的太阳能车窗3以及安装在车身前后两端的LED车灯4和5。LED车灯4和5将加载有车辆信息的可见光信号向自由空间发射，前太阳能车窗1可以接收来自前方车辆发来的光信号，后太阳能车窗可以接收来自后面车辆发来的光信号，车窗3则接收左右两侧的车辆，或者是斜后方车辆发送的光信号。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。