CN102611501A - 一种紫外光通信方法和紫外光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外光通信方法和紫外光通信系统，属于通信技术领域。所述方法包括：发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据语音编码信号对所述调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号；将所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。本发明通过将语音信号转换成语音编码信号，并通过语音编码信号控制紫外杀菌灯的亮暗，从而将语音信号转换为光信号，传输光信号，采用的紫外杀菌灯价格低廉，使用寿命长，实现了日盲区紫外光的通信能力。

Description

一种紫外光通信方法和紫外光通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种紫外光通信方法和紫外光通信系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，依托不同介质的通信系统都得到了不同程度的发展。目前常见的通信系统根据传播介质的不同大致分为三大类：射频通信系统、红外或激光通信系统和紫外光通信系统。其中，紫外光通信系统由于大气层中的臭氧对波长在200nm到280nm之间区域的紫外光有强烈的吸收作用，这个区域被叫做日盲区，到达地面的日盲区紫外光辐射在海平面附近几乎衰减为零，由于日盲区的存在，工作在波长290nm以内的紫外光通信系统将不会受到周围环境的影响，从而大大提高了紫外光通信系统的抗干扰能力。

现有技术中的紫外光通信系统采用紫外激光器或是紫外LED作为紫外光源，通过紫外激光器或是紫外LED的光源，在发射端将信息电信号调制加载到该紫外光载波上，已调制的紫外光载波信号利用大气信道进行传播。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

一方面，由于紫外激光器的价格昂贵、使用寿命短、脉冲重复周期对温度敏感以及不易低压高速驱动的缺陷，现有的紫外光通信系统不能应用于低成本、低功耗的环境。另一方面，由于受制造工艺的影响，现有紫外LED的功率过小，无法满足通信距离的要求，且价格昂贵。

发明内容

为了提高日盲区紫外光通信系统的发射功率和抗干扰能力，本发明实施例提供了一种紫外光通信方法和紫外光通信系统。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种紫外光通信方法，所述方法包括：

发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据语音编码信号对所述调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号；

将所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

其中，所述发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号之前，所述还包括：

将获取的交流电压转换为直流电压；

对所述直流电压进行升压处理，以启动所述紫外杀菌灯。

其中，所述根据所述语音编码信号对调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号具体包括：

将所述语音编码信号输入调制电路，根据所述语音编码信号控制调制电路的频率；

根据所述调制电路的频率控制所述紫外杀菌灯的亮暗以将所述语音信号转换成紫外光信号。

本发明实施例提供了一种紫外光通信系统，所述系统包括发射机和接收机，

所述发射机，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据所述语音编码信号对调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号，并将所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机；

所述接收机，接收所述紫外光信号，将所述紫外光信号转换为电信号，并对所述电信号进行处理输出语音信号。

其中，所述发射机包括启动模块、转换模块、控制模块和传输模块；

所述启动模块，用于将获取的交流电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压处理，以启动所述紫外杀菌灯；

所述转换模块，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号；

所述控制模块，用于根据所述转换模块得到的所述语音编码信号对调制电路进行调制，以控制连接所述调制电路的紫外杀菌灯的亮暗，将所述语音信号转换成紫外光信号；

所述传输模块，用于将所述控制模块得到的所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

其中，所述发射机还包括滤波模块，所述滤波模块连接所述启动模块，用于对获取的所述交流电压进行滤波处理。

其中，所述控制模块具体用于，将所述语音编码信号输入调制电路，根据所述语音编码信号控制调制电路的频率；根据所述调制电路的频率控制所述紫外杀菌灯的亮暗，以将所述语音信号转换成紫外光信号。

其中，所述接收机包括紫外光接收模块和光电转换模块；

所述紫外光接收模块，用于接收所述发射机发送的紫外光信号；

所述光电转换模块，用于将所述紫外光接收模块接收的所述紫外光信号转换为电信号。

其中，所述接收机还包括处理模块，用于对所述光电转换模块得到的电信号进行处理输出语音信号。

其中，所述接收机还包括滤波模块，与所述光电转换模块和所述处理模块进行连接，用于对所述电信号进行滤波处理后发送给所述处理模块

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将语音信号转换成语音编码信号，并通过语音编码信号控制紫外杀菌灯的亮暗，从而将语音信号转换为光信号，传输光信号，采用的紫外杀菌灯价格低廉，使用寿命长，实现了日盲区紫外光的通信能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中提供的紫外光通信方法流程图；

图2是本发明实施例2中提供的紫外光通信方法流程图；

图3是本发明实施例2中提供的紫外光通信的电路图；

图4是本发明实施例3中提供的紫外光通信系统的结构示意图；

图5是本发明实施例3中提供的紫外光通信系统的另一结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

对于紫外光通信系统，光源的选择非常重要，一般要求光源的发射光谱必须涵盖日盲区域，并且要有足够的发射功率，而非日盲紫外区域的光谱要尽可能降到最低，本发明实施例采用紫外杀菌灯作为调制信号的载体，将光信号传播出去。

参见图1，本发明实施例提供了一种紫外光通信方法，所述方法包括：

步骤101：发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据语音编码信号对调制电路进行调制，以将语音信号转换成紫外光信号；

步骤102：将紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

本发明实施例提供的方法，通过将语音信号转换成语音编码信号，并通过语音编码信号控制紫外杀菌灯的亮暗，从而将语音信号转换为光信号，传输光信号，采用的紫外杀菌灯价格低廉，使用寿命长，实现了日盲区紫外光的通信能力。

实施例2

参见图2，本发明实施例提供了一种紫外光通信方法，所述方法包括：

步骤201：发射机接收语音信号；

其中，发射机接收语音信号，并通过发射机的处理将该语音信号转换为光信号，进行光信号的传输。

步骤202：获取交流电压，将交流电压转换为直流电压，并对直流电压进行升压处理，以启动紫外杀菌灯；

优选地，本实施例中，获取220V交流电压，以启动紫外杀菌灯，包括：将220V交流电压通过桥式整流电路转换成310V直流电压，进一步地，通过升压电路将310V直流电压转换为紫外杀菌灯的启动电压，如紫外杀菌灯的启动电压为400V，则通过升压电路将310V电压升为400V电压，以驱动紫外杀菌灯的工作。

优选地，本发明实施例还在高压启动电路中采用隔离电源以减少彼此的干扰。

本实施例中，可选地，在将220V交流电压转换成直流电压之前，将该220V交流电压进行滤波处理，以减少电路上的电磁干扰。

步骤203：发射机将获取的语音信号转换为语音编码信号；

本实施例中，将语音信号转换成紫外光信号进行传输，需要将语音信号转换成语音编码信号，即将模拟信号转换为数字信号，其中将语音信号转换成语音编码信号的方法归纳起来可以分成三大类：波形编码、信源编码、混合编码。其中，波形编码比较简单，编码前采样定理对模拟语音信号进行量化，然后进行幅度量化，再进行二进制编码。可以通过非线性量化，前后样值的差分、自适应预测等方法实现数据压缩。信源编码又称为声码器，是根据人的发生机理，在编码端对语音信号进行分析，分解成有声音和无声音两部分，在解码端根据接收的参数再合成声音。混合编码是将波形编码和声码器的原理结合起来。

具体的将语音信号转换成语音编码信号属于现有技术，本实施例对此不做赘述，转换后的语音编码信号为由“0”、“1”组成的信号。

步骤204：发射机根据语音编码信号对调制电路进行调制，以控制连接该调制电路的紫外杀菌灯的亮暗得到紫外光信号；

本实施例中，在紫外杀菌灯前端连接一调制电路，将语音编码信号输入调制电路，根据语音编码信号对调制电路进行调制，从而控制调制电路的频率，并通过所述调制电路的频率控制所述紫外杀菌灯的亮暗。

本实施例中，紫外杀菌灯本身固有一个工作频率，但是为了实现通过紫外杀菌灯传输语音信号的目的，在该紫外杀菌灯前端设置一个调制电路，根据语音编码信号控制调制电路的频率，以达到控制紫外杀菌灯的亮暗的目的，使得紫外杀菌灯的亮暗能够得到语音编码帧的控制，实现了将语音信号调制到光载波上的效果，从而实现了紫外光通信。

为了使本领域的技术人员能够更加清楚本实施提供的技术方案，现举例如下：

如图3所示紫外光通信的发射机的示意图，本实施例中使用STM32微控制器为核心处理芯片，其中，CMX638语音编解码芯片获取到语音信号，并将语音信号转换为语音编码信号；STM32微控制器从CMX638语音编解码芯片处获取该语音编码信号后，将语音编码信号输入到L6384高压驱动模块的第一端口，L6384的输出端口分别于MOS管和电容电阻相连，两个MOS管之后连接电容L1的一端，电容L1的另一端和电感C5的一端，C5的另一端与紫外杀菌灯相连，本实施例中的紫外杀菌灯的启动电压是400V，其中L6384、和与L6384的输出端口连接两个MOS管、电容、电感和电阻组成了调制电路，MOS管Q1的一个输入端输入400V电压，作为紫外杀菌灯的启动电压。本实施例中，将220V交流电输入到升压电路中，升压电路包括滤波电路、桥式整流电路和PFC功率因数校正电路，220V交流电经过滤波电路滤除电磁干扰，在经过桥式整流电路将220V交流电变成310V直流电，最后再通过PFC功率因数校正电路将310V电压升到400V。400V电压虽然能驱动紫外杀菌灯的工作，但是调制电路还可以进一步控制紫外杀菌灯的亮暗，具体的，STM32微控制器获取到语音编码信号后，将语音编码信号输入到L6384高压驱动模块的第一端口，L6384第一端口的输入的信号控制L6384输出端口5、6、7、8输出的信号，进一步地，输出端口输出的信号再控制两个MOS管的开或关，从而控制调制电路的频率，调制电路的频率直接影响紫外光的亮暗，从而使得紫外杀菌灯的亮暗能够得到语音编码帧的控制，实现了将语音信号调制到光载波上的效果，从而将紫外光信号传输给接收机。

其中，本发明实施例采用电子镇流器芯片，如采用L6384芯片，该芯片是一种高端和低端管的高压驱动芯片，L6384芯片具有相当大的电流驱动能力，这些都来源于内部版权电路。

升压电路是用来提供高电压的一个必须电路部分。这种功能通常使用一个有源PFC升压变换器实现。这里，本发明实施例采用L6561芯片作为控制芯片，来实现PFC升压变换。

步骤205：发射机将紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机；

其中，本发明实施例通过以紫外日盲区的光谱为载波，将语音编码信号调制加载在紫外光上转换为紫外光信号，通信系统的发射机和接收机通过初定位和调整，然后以近地大气为信道来传输信息。

优选地，在发射机的发射端口设置有日盲区域下的滤光片，以减少通信信息的干扰和提高信息的安全性。

步骤206：接收机将接收的紫外光信号转换为电信号；

其中，接收机包括紫外光接收模块和光电转换模块，紫外光接收模块接收到发射机发送的紫外光信号后，将光信号发送给光电转换模块，由光电转换模块将该紫外光信号转换为电信号。

实际应用中，该紫外光接收模块可以为宽视野接收器；光电转换模块的种类较多，如各种光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池和当成电倍增管等。但对于日盲紫外区域波长来说，最好的光电转换器件还是光电倍增管。其中，光电倍增管的采集效率很高，配合相应的宽视野采集器可以检测到非常微弱的紫外信号。紫外滤光片主要作用是滤除外界可能存在的干扰光波信号，减少信息的干扰和提高信息的安全性。

优选地，接收机中还采用隔离电源以减少彼此的干扰。

步骤207：接收机对电信号进行处理输出语音信号。

其中，接收机进行光电转换后，还将光电转换得到的微弱电信号经前置放大、鉴频、解调及解码等处理后还原成相应的语音或文件信息。

实际应用中，该步骤通过STM32微控制器对电信号进行数据处理，并记录处理后的电信号，并将该电信号显示给PC，输出音频信号。

优选地，接收机可以对电信号进行滤波处理后输出语音信号。

本发明实施例提供的方法，通过将语音信号转换成语音编码信号，并通过语音编码信号控制紫外杀菌灯的亮暗，从而将语音信号转换为光信号，传输光信号，采用的紫外杀菌灯价格低廉，使用寿命长，实现了日盲区紫外光的通信能力。

实施例3

参见图4，本发明实施例提供了一种紫外光通信系统，所述系统包括发射机301和接收机302，

发射机301，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据语音编码信号对调制电路进行调制，以将语音信号转换成紫外光信号，并将紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机302；

接收机302，接收紫外光信号，将紫外光信号转换为电信号，并对电信号进行处理输出语音信号。

其中，参见图5，发射机301包括启动模块3011、转换模块3012、控制模块3013和传输模块3014；

启动模块3011，用于将获取的交流电压转换为直流电压，并对直流电压进行升压处理，以启动紫外杀菌灯；

转换模块3012，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号；

控制模块3013，用于根据转换模块得到的语音编码信号对调制电路进行调制，以控制连接调制电路的紫外杀菌灯的亮暗，将语音信号转换成紫外光信号；

传输模块3014，用于将控制模块得到的紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

其中，发射机301还包括滤波模块，该滤波模块连接启动模块3011，用于对获取的交流电压进行滤波处理。

其中，控制模块具体用于，将语音编码信号输入调制电路，根据语音编码信号控制调制电路的频率；根据调制电路的频率控制紫外杀菌灯的亮暗，以将语音信号转换成紫外光信号。

其中，接收机302包括紫外光接收模块3021和光电转换模块3022；

紫外光接收模块3021，用于接收发射机发送的紫外光信号；

光电转换模块3022，用于将紫外光接收模块接收的紫外光信号转换为电信号。

另外，接收机302还包括处理模块3023，用于对光电转换模块得到的电信号进行处理输出语音信号。

另外，接收机还包括滤波模块，与光电转换模块和处理模块进行连接，用于对电信号进行滤波处理后发送给处理模块。

本发明实施例提供的系统，通过将语音信号转换成语音编码信号，并通过语音编码信号控制紫外杀菌灯的亮暗，从而将语音信号转换为光信号，传输光信号，采用的紫外杀菌灯价格低廉，使用寿命长，实现了日盲区紫外光的通信能力。

本实施例提供的系统，具体可以与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紫外光通信方法，其特征在于，所述方法包括：

发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据语音编码信号对所述调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号；

将所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机将获取的语音信号转换成语音编码信号之前，所述还包括：

将获取的交流电压转换为直流电压；

对所述直流电压进行升压处理，以启动所述紫外杀菌灯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述语音编码信号对调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号具体包括：

将所述语音编码信号输入调制电路，根据所述语音编码信号控制调制电路的频率；

根据所述调制电路的频率控制所述紫外杀菌灯的亮暗，以将所述语音信号转换成紫外光信号。

4.一种紫外光通信系统，其特征在于，所述系统包括发射机和接收机，

所述发射机，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号，根据所述语音编码信号对调制电路进行调制，以将所述语音信号转换成紫外光信号，并将所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机；

所述接收机，接收所述紫外光信号，将所述紫外光信号转换为电信号，并对所述电信号进行处理输出语音信号。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发射机包括启动模块、转换模块、控制模块和传输模块；

所述启动模块，用于将获取的交流电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压处理，以启动所述紫外杀菌灯；

所述转换模块，用于将获取的语音信号转换成语音编码信号；

所述控制模块，用于根据所述转换模块得到的所述语音编码信号对调制电路进行调制，以控制连接所述调制电路的紫外杀菌灯的亮暗，将所述语音信号转换成紫外光信号；

所述传输模块，用于将所述控制模块得到的所述紫外光信号通过紫外大气通道发送给接收机。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发射机还包括滤波模块，所述滤波模块连接所述启动模块，用于对获取的所述交流电压进行滤波处理。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制模块具体用于，将所述语音编码信号输入调制电路，根据所述语音编码信号控制调制电路的频率，根据所述调制电路的频率控制所述紫外杀菌灯的亮暗，以将所述语音信号转换成紫外光信号。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述接收机包括紫外光接收模块和光电转换模块；

所述紫外光接收模块，用于接收所述发射机发送的紫外光信号；

所述光电转换模块，用于将所述紫外光接收模块接收的所述紫外光信号转换为电信号。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接收机还包括处理模块，用于对所述光电转换模块得到的电信号进行处理输出语音信号。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接收机还包括滤波模块，与所述光电转换模块和所述处理模块进行连接，用于对所述电信号进行滤波处理后发送给所述处理模块。

Images