【STM32+ESP8266 】之+LiFi局域网通信系统

北冥 · 发表于 2016-7-30 23:47:45

本帖最后由北冥于 2016-10-26 21:50 编辑

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作者：北冥

LiFi局域网通信系统
开篇之前请容我先稍微跑一下题，先花一点点篇幅向大家简单介绍什么是LiFi：

LiFi就是利用可见光实现无线通信和上网，通过LED灯发出人眼不可见的快速闪烁的光线来实现信息（0和1的二进制数据）的传输。相对于传统的WiFi，LiFi有如下优点（下面都是我自己总结的，请大家补充指正）：
1、可见光频段的带宽大，上网速度秒杀WiFi。这个也是LiFi应用的最主要优点，如下图是半年前的一篇央视新闻：

秒速下片！

话说这条新闻一出，LiFi概念股应该又涨了不少

。

2、在部分应用场景下，LiFi相对WiFi更适合。比如飞机上WiFi的会干扰电子设备。在海里由于海水是良导体，射频信号会迅速衰减，而用可见光的话就会避免这些问题。

3、LiFi的保密性更好，光线照不到的地方自然不会泄密。

4、在LED灯泡的大力普及下，LiFi的铺设相对容易。

LiFi的优点还有很多。国外美德日英都取得不错的进展，在国内据我了解，复旦大学和解放军信息工程大学在此领域研究颇深。在未来的十年到二十年会是一个巨大的商业点。

下面进入主题，无数大神在LiFi的发展道路上披荆斩棘，硕果喜人，不过现在能看到可以演示的系统却是凤毛麟角，小弟不才，在此演示一下我做的一套最简单的LiFi系统Demo。先上视频：
http://v.youku.com/v_show/id_XMTYyMDc1MjgzMg==.html
[ 项目介绍 ]
首先说一下系统的设计思路：
1、系统的目标是用可见光的方式实现简单的局域组网，进而实现文字通信，类似一个“QQ聊天”的功能。
2、系统设计有一个服务器（用于数据接收与转发）和三个客户端（作为通信的基本单位，设为1号、2号、3号）。
3、系统的最终功能是，1、2、3号中的某一个客户端可以与其他任何一个客户端进行文字通信，也可以群发。
4、系统使用了esp8266 WiFi模块，之所以要用它，是因为在可见光通信中，可见光一般仅仅作为数据下载时使用，而不在数据上传时使用。想象一下使用LiFi上网的情景，在数据下载时手机或电脑可以接收头顶LED灯发出的光线，但是在数据上传时，手机和电脑也要发出光线的话就不合适了，因为会晃闪人眼。所以，数据上传一般采用传统的WiFi或者是红外通信方式，在本系统中，我们采用的是基于ESP8266模块WiFi上传方式。
5、根据以上描述，我们对本系统的框架大致有了比较清晰的认识了，它的工作流程是：
假设1号client想要给3号client发消息，首先1号client先把消息通过WiFi发送给server，同样需要发给server的还有自身ID和目标ID。server收到1号client发来的信息之后，将信息进行编码与调制，然后通过驱动电路把信息用可见光的方式发射出来。3号client通过光电传感器采集到光信号之后，读取到信息的目的ID与自身ID相符合，则接收信息然后做后续处理。

整个系统安装使用示意图如下：

分析设计系统的框架和功能要求之后，就可以开始制作了，制作的步骤如下：

1、焊接制作
有了以上的三个图纸，就可以得到钢网和PCB板了。在焊台上利用钢网向PCB上刷锡膏，然后用镊子贴片，然后就可以放置到回流焊机里面加工了。就用下面这个家伙自动焊接：

下面爆照加工好的板子：
client靓照:

server靓照:

系统全家福：

加上电源和灯泡：

2、编程调试
整个系统大约可以分为ABC三个功能模块：
A：client和server与PC的接口部分：
这部分就是简单的串口通信，PC端用串口调试助手就可与系统通信了。
B：WiFi通信部分：
这部分功能代码其实ESP8266在AP模式下实现client和server的WiFi通信的驱动。
C：光通信部分：
通信部分主要用OOK方式实现信号的调制解调，在硬件驱动稳定工作前提下不难实现。

调试完毕后，就可以爆工作照啦！！
系统工作演示：

信息收发演示1：

信息收发演示2：

当然汉字也可以可以的：

详细的演示还请移步上面的视频。。。

在本文的末尾，在总结一下可见光通信的优点：

更多资讯请移步维基和百度百科，或在Google搜索“LiFi”。
LiFi-维基百科
LiFi(可见光无线通信)-百度百科

LiFi具有巨大的应用潜力和不可预估的商业价值，但是短时间内还无法产业化，主要受制于存在双向传输困难、产业链各环节缺少协同、市场定位不清晰等因素。不过技术革新的脚步从来都不会停止，“灯光上网”的时代就在你我眼前。

最后上一张爱丁堡大学光纤无线通信教授Harald Haas的工作帅照，以及他在TED的演讲链接：