CN101938310A - 一种可见光通信控制系统及其实现方法 - Google Patents

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张建昆
陈雄斌
朱琳
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Abstract

本发明公开了一种可见光通信控制系统，该系统包括连接内外系统的主控制设备(1)、发送可见光信号的发送设备(2)和接收可见光信号的接收设备(3)，该主控制设备(1)通过内部总线连接于该发送设备(2)，该发送设备(2)采用LED照明灯作为光信号发射装置，该接收设备(3)利用带通滤波器滤出高低电平。该可见光通信控制系统可以嵌入到智能家庭、楼宇大厦、路灯、矿井等场合。本发明提供的调频调制发射方法，解决了通信信过程中，光源闪烁不稳定的问题，同时提供了方便的布线组网方式，并且接收装置简单可靠。

Description

一种可见光通信控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，具体地说涉及一种可见光通信控制系统及其实现方法，即利用大功率半导体照明灯组成网络，并对终端进行无线控制或者向终端传输数据的方法。
背景技术
近年来，随着白光发光二极管(light emitting diode，LED)的飞速发展，白光LED被公认为下一代照明灯。市面上用于照明的大功率白光LED灯迅速普及，由于LED能进行高速调制，利用LED在照明的同时进行通信成为可能。
在高速可见光通信过程中，由0和1组成的数据码流，含有较少的直流信号，因而平均光功率在变化人眼不可分辨。但是对于低速数据信号以及控制信号，例如红外编码信号，由于含有丰富的直流和交流成分，如果不经过复杂的编码，将引起LED灯出现人眼可辨的闪烁，影响照明效果，不利人眼健康。此外LED在不通信、高速通信和低速通信三种状态下切换时，由于平均光功率的变化也会引起LED闪烁。
可见光通信用于控制系统，受控终端需要单独采用接收装置，并且为了与外部网络连接，需要复杂的布线组网方式。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可见光通信控制系统及其实现方法，以解决可见光通信过程中，灯光闪烁、光源布线组网复杂、受控终端接收装置复杂的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种可见光通信控制系统，该系统包括连接内外系统的主控制设备1、发送可见光信号的发送设备2和接收可见光信号的接收设备3，该主控制设备1通过内部总线连接于该发送设备2，该发送设备2采用LED照明灯作为光信号发射装置，该接收设备3利用带通滤波器滤出高低电平。
上述方案中，所述主控制设备1包括：外部接口单元10，用于将外部网络或者总线接入本地系统，实现与外网的通信；控制单元11，用于实现外部网络和本地系统的集中控制，该集中控制至少包括数据的收发和处理。
上述方案中，所述发送设备2包括：总线接口单元(20)，用于该发送设备与该主控制设备之间的互联通信；调制单元21，用于将发送的信号调制后，通过光源发射；光源22，用于传递光信号；以及恒流驱动电路23，用于给光源提供恒流偏置。
上述方案中，所述光源22是白光LED灯。
上述方案中，所述发送设备，其信号调制方式采用调频方式，高低电平采用不同的频率调制。
上述方案中，所述接收设备3包括：光电转换单元30，用于光信号到电信号的转换；电信号放大单元31，用于微弱电信号的放大；带通滤波单元32，用于消除可见光干扰信号；以及信号整形和解调单元33，用于电信号的恢复。
为达到上述目的，本发明还提供了一种可见光通信控制系统的实现方法，该可见光通信控制系统包括主控制设备1、发送可见光信号的发送设备2和接收可见光信号的接收设备3，该方法包括：
主控制设备1与外部网络进行通信，以及对各个发送设备2进行控制；
发送设备2接收和响应来自主控制设备1的命令和数据，并通过调频的方式向接收设备3发送控制信号和数据；以及
接收设备3接收来自发送设备2的光信号，并将其转换成电信号后传递给终端控制器，完成控制信号和数据的传输。
(三)有益效果
本发明提供的这种可见光通信控制系统及其实现方法，解决了通信信过程中，光源闪烁不稳定的问题。同时提供了方便的布线组网方式，并且接收装置简单可靠。该系统可以嵌入到智能家庭、楼宇大厦、路灯、矿井、水下传感网络等场合，进行无线光学控制、数据传递、无线定位等。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中：
图1是本发明提供的可见光通信控制系统的结构示意图；
图2是本发明提供的主控制设备的结构示意图；
图3是本发明提供的发送设备的结构示意图；
图4是本发明提供的接收设备的结构示意图；
图5是本发明中调频通信和常见红外载波通信波形比较示意图；
图6是本发明实施案例一系统结构组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的可见光通信控制系统的结构示意图，该系统包括连接内外系统的主控制设备1、发送可见光信号的发送设备2和接收可见光信号的接收设备3，该主控制设备1通过内部总线连接于该发送设备2，该发送设备2采用LED照明灯作为光信号发射装置，该接收设备3利用带通滤波器滤出高低电平。
其中，如图2所示，主控制设备1包括外部接口单元10和控制单元11，外部接口单元10用于将外部网络或者总线接入本地系统，实现与外网的通信；控制单元11用于实现外部网络和本地系统的集中控制，该集中控制至少包括数据的收发和处理等。
如图3所示，发送设备2包括总线接口单元20、调制单元21、光源22和恒流驱动电路23，其中，总线接口单元20用于该发送设备与该主控制设备之间的互联通信；调制单元21用于将发送的信号调制后，通过光源发射；光源22用于传递光信号；以及恒流驱动电路23用于给光源提供恒流偏置。光源22是白光LED灯或者其他形式的可见光源。发送设备2的信号调制方式采用调频方式，高低电平采用不同的频率调制。
如图4所示，接收设备3包括光电转换单元30、电信号放大单元31、带通滤波单元32和信号整形和解调单元33，其中，光电转换单元30用于光信号到电信号的转换，电信号放大单元31用于微弱电信号的放大，带通滤波单元32用于消除可见光干扰信号，信号整形和解调单元33用于电信号的恢复。
基于图1至图4所示的可见光通信控制系统，本发明还提供了一种可见光通信控制系统的实现方法，该可见光通信控制系统包括主控制设备1、发送可见光信号的发送设备2和接收可见光信号的接收设备3，该方法包括：
步骤1：主控制设备1与外部网络进行通信，以及对各个发送设备2进行控制；
步骤2：发送设备2接收和响应来自主控制设备1的命令和数据，并通过调频的方式向接收设备3发送控制信号和数据；以及
步骤3：接收设备3接收来自发送设备2的光信号，并将其转换成电信号后传递给终端控制器，完成控制信号和数据的传输。
图6示出了依照本发明第一实施例的可见光通信系统的结构框图。该实施例的系统包括智能家居系统和可见光通信控制系统。可见光通信系统的组成如图1所示，这里主控制设备1通过智能家居总线挂接在智能家庭系统中，作为子系统。由于智能家居的总线各个厂家有不同的标准，因此这里没有具体指出何种智能家居总线。
接下来，参照图6详细介绍可见光通信控制系统的具体组成。主控制设备挂接在智能家居系统后，还通过RS485总线与各发送设备2相连，用于和智能家居系统的通信，以及和可见光通信控制系统的内部发送设备2的通信。此处，系统内部也不局限与485总线，采用电力线载波等其他方式都是可行的。
本实例中的发送设备2为白色大功率LED等，信号的调制方式采用图5中w2的方式。发送设备2的结构如图2所示，不再详述。
本实例中的接收设备3前端光电信号处理采用图4所示结构，终端可以为家用电器，如电视机，影碟机，空调等。
下面通过具体介绍利用智能家居控制空调设备的过程，来阐述本实施例的数据通信操作过程。假想动作为调节某房间空调温度，首先在智能家居集中控制系统终端，给可见光通信系统控制系统发送某房间空调温度调节的命令；可见光通信控制系统中主控制设备接到命令之后，通过485总线给某房间的发送设备发送控制命令。发送设备接收到命令后将其调制后发送出去。某房间空调接收到光信号后，接收设备将光信号转换为电信号，给空调器，空调器执行相应的操作。
为了使照明灯在不发送信号，发送低速控制信号，发送高速信号不三种不同工作模式下，保持稳定的照明光强；为了降低接收设备的成本，以及与现有红外设备的兼容性，本发明提供了调频的通信的方法，即以不同的频率代表高低电平。图5中w1为SIR(低速红外通信)和各种红外控制信号的光信号波形，w2本发明采用的可见光信号的波形。接收设备，由于采用了，带通滤波器，只要w2的两个载波频率间隔足够大，接收设备就能准确还原数据。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可见光通信控制系统，该系统包括连接内外系统的主控制设备(1)、发送可见光信号的发送设备(2)和接收可见光信号的接收设备(3)，该主控制设备(1)通过内部总线连接于该发送设备(2)，该发送设备(2)采用LED照明灯作为光信号发射装置，该接收设备(3)利用带通滤波器滤出高低电平。
2.根据权利要求1所述的可见光通信控制系统，其特征在于，所述主控制设备(1)包括：
外部接口单元(10)，用于将外部网络或者总线接入本地系统，实现与外网的通信；
控制单元(11)，用于实现外部网络和本地系统的集中控制，该集中控制至少包括数据的收发和处理。
3.根据权利要求1所述的可见光通信控制系统，其特征在于，所述发送设备(2)包括：
总线接口单元(20)，用于该发送设备与该主控制设备之间的互联通信；
调制单元(21)，用于将发送的信号调制后，通过光源发射；
光源(22)，用于传递光信号；以及
恒流驱动电路(23)，用于给光源提供恒流偏置。
4.根据权利要求3所述的可见光通信控制系统，其特征在于，所述光源(22)是白光LED灯。
5.根据权利要求1所述的可见光通信控制系统，其特征在于，所述发送设备，其信号调制方式采用调频方式，高低电平采用不同的频率调制。
6.根据权利要求1所述的可见光通信控制系统，其特征在于，所述接收设备(3)包括：
光电转换单元(30)，用于光信号到电信号的转换；
电信号放大单元(31)，用于微弱电信号的放大；
带通滤波单元(32)，用于消除可见光干扰信号；以及
信号整形和解调单元(33)，用于电信号的恢复。
7.一种可见光通信控制系统的实现方法，该可见光通信控制系统包括主控制设备(1)、发送可见光信号的发送设备(2)和接收可见光信号的接收设备(3)，其特征在于，该方法包括：
主控制设备(1)与外部网络进行通信，以及对各个发送设备(2)进行控制；
发送设备(2)接收和响应来自主控制设备(1)的命令和数据，并通过调频的方式向接收设备(3)发送控制信号和数据；以及
接收设备(3)接收来自发送设备(2)的光信号，并将其转换成电信号后传递给终端控制器，完成控制信号和数据的传输。
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