CN103986518B - 基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统及方法。该系统包括：发送可见光信号的发送设备(1)、接收可见光信号的接收设备(2)和存储播放设备(3)，所述发送设备(1)将音频数据调制到LED灯上，并利用LED灯其转换成光信号后发送出去，所述接收设备(2)接收所述发送设备(1)发出的光信号并将其还原成音频数据，所述存储播放设备(3)用于将还原的音频数据进行存储和播放。利用本发明提出的上述方案，可以在家庭、商场等安装LED照明灯的休闲区域提供音频广播服务。

Description

基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统及方法

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统及方法。

背景技术

LED由于其极高的响应速度和较高的调制带宽而具备照明和通信的双重功能，随着白光LED在照明领域的普及，对白光LED在通信领域的研究也越来越深入。相比于传统的射频通信，可见光通信具有无需频谱认证、安全性和可靠性高、无电磁污染等特点，在飞机、矿井、医院等地方都能有较好的应用。近两年，国内外研究人员在可见光通信的调制技术、均衡技术以及LED带宽的提高方面都有一些新的进展(参考例如文献1和文献2)。

文献1：Ahmad Helmi Azhar，Tuan-Anh Tran，Dominic O’Brien.A Gigabit/sIndoor Wireless Transmission Using MIMO-OFDM Visible-Light Communications[J].IEEE Photonics Technology Letters.2013，25(2)∶171～174。

文献2：Rongling Li，Yuanquan Wang，Chanjuan Tang et al.Improvingperformance of750-Mb/s visible light communicationsystem using adaptiveNyquist windowing[J].Chinese Optics Letters，2013，11(8)∶080605-1～080605-4。

目前在可见光音频通信系统方面的研究还比较少见，本发明提供了一种可见光通信音频存储广播控制的方法，采用掉电非易失存储设备，例如SD卡、CF卡等，在满足音频文件实时广播的同时还能实现数据的长期保存，为LED音频通信提供一种可能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统及其实现方法，利用LED能够传输高速信号的特性，实现对音频信号从PC端到音频解码器的传送，并且使用掉电非易失存储设备SD卡对信息进行流控制，在接收端将数据以二进制的形式写入SD卡，在保证能够流畅播放的前提下从SD卡中读取数据并播放。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其包括：发送可见光信号的发送设备(1)、接收可见光信号的接收设备(2)和存储播放设备(3)，所述发送设备(1)将音频数据调制到LED灯上，并利用LED灯其转换成光信号后发送出去，所述接收设备(2)接收所述发送设备(1)发出的光信号并将其还原成音频数据，所述存储播放设备(3)用于将还原的音频数据进行存储和播放。

根据本发明另一方面，其还提供了一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播方法，其特征在于，该方法包括：

将音频数据信号调制到LED灯上，并通过LED以光信号将其发送出去；

接收所述光信号，并将其转换成电信号，以还原出所述音频数据信号；

存储所还原的所述音频数据信号，并对其进行解码后播放。

(三)有益效果

本发明利用白光LED能够被高速调制的特性，设计了一种音频传输尤其是基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，成功实现了可见光在传输数据方面的另一种应用，应用于休闲娱乐场所，能够使LED在提供照明的同时也为人们提供听觉享受。同时，LED通信相比于传统的电磁无线通信具有绿色环保无污染的优点，该系统能在提供照明的同时提供音乐广播服务。

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是本发明提供的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统的总体示意图；

图2是本发明提供的发送设备1的结构框图；

图3是本发明提供的接收设备2的结构框图；

图4是本发明提供的SD卡终端存储设备3的结构框图；

图5是本发明提供的基于可见光通信的音频广播系统的实际应用示意图。

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，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，该系统包括：发送可见光信号的发送设备1、可见光信号接收设备2和SD卡终端存储设备3，该发送设备1用于对原始的音频数据进行串口通信协议打包，并利用开关键控(OOK)调制方式将其调制成LED能够识别的开关键控制信号，LED灯将其转换成亮灭变化的可见光信号；该接收设备2利用PIN型光电探测器检测白光LED的亮灭信号，转换成微弱电信号，电信号经由放大、滤波、整形处理之后解调还原成原始的音频数据；该SD卡终端存储设备3利用单片机将音频数据以二进制的形式写进SD卡，在保证能够流畅播放的前提下从SD卡中读取数据并播放。整个系统实现了音频信号从计算机端软件发出，经由可见光的传输到终端存储设备和音频解码设备，最终实现音频的播放。

如图2所示，发送设备1包括处理设备10、信号调制单元11、光源12、光源驱动单元13，处理设备10可以是计算机等具有处理、存储和发送功能的设备，音频原始信号在处理设备10上经过串口通信协议的包装之后，传输到信号调制单元11上作调制，此处的调制方式为OOK调制。经过调制的信号发送到光源驱动单元13即恒流偏置源上，为光源12提供相应的电流驱动，产生高速闪烁的可见光。此过程实现了音频原始信号到光信号的转换。

如图3所示，接收设备2包括光电转换单元20以及电信号恢复单元21，光电转换单元20为PIN型光电探测器，将检测到的光信号转换成微弱的电流信号，电信号恢复单元21将电信号经过放大电路、滤波电路、信号整形电路，最后输出与音频数据对应的方波再进行传送。此过程实现了光信号到电信号的恢复。

如图4所示，SD卡终端存储设备3包括单片机、SD卡31以及音频解码播放器32，单片机MSP430负责与SD卡31和音频解码播放器32进行通信，将音频数据部分或全部存储于SD卡中，再从中读取并发送到音频解码播放器。单片机与SD卡之间通过采用SD一线模式进行通信，首先对SD卡内原始数据进行擦除，从零地址开始存储数据；写数据采用单块顺次写方式，写入SD卡速率至少为单片机接收数据速率的十倍，单片机接收数据和写SD卡数据两个操作同时进行，节省运行时间；读取SD卡数据为单块顺次读方式，读出数据发送到音频解码器端，读取SD卡数据和音频解码同时进行，但需在保证解码器端音频解码不失真的前提下；最终由耳机输出音频信号。此过程中SD卡等外部存储设备或存储芯片作为存储单元，音频解码播放器包括但不限于硬件解码播放器或计算机等设备上的软件播放器。

所述SD卡还可以是CF卡等掉电非易失性存储器。

基于图1至图4所示的可见光音频存储与广播控制系统，本发明还提供了一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播控制的方法，该方法包括：

步骤1：发送设备1将音频数据经过编码后将其调制到LED灯上，LED以光信号将其传送出去；

步骤2：接收设备2接收来自发送设备的光信号，转换成电信号，经过处理和解调后，还原出所述音频数据信号，并将其发送到终端控制设备3；

步骤3：终端控制设备3接收来自接收设备2的音频数据信号，对其进行存储，并对其进行解码后播放。

图5为依照本发明的第一实施例画出的系统示意图。该实施例中使用计算机端作为数据发送源，所传输的数据为mp3格式或wav格式的音频数据，通过串口调试软件对数据进行XMODEM协议的打包再进行传输。

在本实施例中，采用的光源为荧光型白光LED，信号调制方式为OOK调制。

在本实施例中，光电转换过程如图3所示，采用的光电转换单元为PIN型光电探测器。

本实施例的终端控制设备采用MSP430单片机，解码播放芯片为VS1003，主控设备和解码播放芯片之间通过SPI同步串行外设接口进行通信。

本实施例的存储单元采用SD卡，利用SD卡通信模式的SD一线模式进行通信，读写SD卡方式为单块读写，将数据进行部分或者全部的存储，再从SD卡中读取音频数据到音频解码端进行播放，在满足音频文件实时广播的同时还能实现数据的长期保存。

所述串口通信协议包括XMODEM协议、RS232协议。

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，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 (9)

1.一种基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其包括：发送可见光信号的发送设备(1)、接收可见光信号的接收设备(2)和存储播放设备(3)，所述发送设备(1)将音频数据调制到LED灯上，并利用LED灯将其转换成光信号后发送出去，所述接收设备(2)接收所述发送设备(1)发出的光信号并将其还原成音频数据，所述存储播放设备(3)用于将还原的音频数据进行存储和播放；

所述存储播放设备(3)包括：

单片机(30)，用于接收还原后的音频数据，并将其传送至存储卡(31)进行存储，同时从存储卡(31)上读取音频数据发送至音频解码播放器(32)；

存储卡(31)，用于对从单片机(30)接收到的音频数据进行部分或全部的数据存储；以及

音频解码播放器(32)，接收单片机(30)发送的音频数据并进行播放；

所述存储播放设备(3)利用所述单片机(30)将音频数据以二进制的形式写进存储卡(31)，在保证能够流畅播放的前提下从存储卡中读取数据并播放。

2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其特征在于，所述发送设备(1)包括：

处理单元(10)，用于将音频数据按照预定的协议进行编码并传送给信号调制单元(11)；

信号调制单元(11)，用于对编码后的音频数据作开关键控调制后传输至光源；

LED灯(12)，用于发射调制后的信号；以及

光源驱动单元(13)，用于给光源(12)提供电源驱动。

3.根据权利要求1所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其特征在于，所述接收设备(2)包括：

光电转换单元(20)，用于探测光信号并将其转换成相应的电信号；

电信号恢复单元(21)，用于对光电转换单元(20)输出的电信号进行放大、滤波和整形，并将其解调还原成音频数据。

4.根据权利要求2所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其特征在于，所述处理单元(10)为具有处理、存储和发送功能的设备，其用于对音频数据进行串口通信协议编码。

5.根据权利要求1所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其特征在于，所述音频解码播放器(32)为音频解码器，用于对音频数据进行解码、数模转换后进行播放；所述存储卡为掉电非易失性存储器。

6.根据权利要求1所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其中，所述发送设备(1)通过开关键控调制方式将音频数据调制成LED灯能够识别的开关键控制信号，LED灯根据所述开关键控制信号以亮灭变化的可见光信号将其发送出去。

7.根据权利要求4所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其中，所述串口通信协议包括XMODEM协议、RS232协议。

8.根据权利要求3所述的基于可见光通信的单片机音频存储与广播系统，其中，所述光电转换单元(20)为PIN型光电探测器。

9.一种利用权利要求1所述的系统进行单片机音频存储与广播的方法，其特征在于，该方法包括：

将音频数据信号调制到LED灯上，并通过LED灯以光信号将其发送出去；

接收所述光信号，并将其转换成电信号，以还原出所述音频数据信号；

存储所还原的所述音频数据信号，并对其进行解码后播放。