CN105490756A - 利用显示器背光实现无线数据传输的装置、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供利用显示器背光实现无线数据传输的装置、系统及方法。根据本发明的利用显示器背光实现的无线数据发送装置(20)，包括：数据存储单元(202)，存储将要发送的数据；主控单元(201)，读取数据存储单元(202)所存储的数据，并进行控制；信号调制单元(203)，在主控单元(201)的控制下使用预定的信号调制方法对所读取的数据进行调制以产生并输出序列开关脉冲信号；光源驱动电路(204)，根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号；显示器背光组件(205)，在背光驱动开关脉冲信号的驱动下发出序列亮暗信号。

Description

利用显示器背光实现无线数据传输的装置、系统及方法
技术领域
本发明一般地涉及无线数据传输的装置、系统及方法。更具体地，涉及利用显示器背光实现无线数据传输的装置、系统及方法。
背景技术
在各类电器设备都向智能化发展的数字化时代，设备之间相互通信、信息共享已成为现代工业，乃至人类生活需求的总趋势。在数据通信领域中，数据传输技术是其中最为重要，最为基础的技术。
各类数据传输技术已应运而生，其中包括如Modbus、CANbus、USB、Ethernet的有线数据通信，以及如WIFI、ZigBee、Bluetooth、NFC等的无线数据通信。
有线数据传输的这些方法都需要改变原有设备的结构，还需要加上驱动芯片和内存支持，有的还需要网络设施和各种保护措施，如抗静电保护、绝缘保护等，使系统成本显著增加。
无线数据传输的这些方法中天线的放置会受到各种限制，如屏蔽、干扰等，给EMC/EMI的设计带来困难。在无线数据传输方法中，还有一种光学图像法，如让显示器显示二维码，通过手机等移动终端进行摄像扫描来读取数据，这种方法虽然无须改变原有设备的硬件结构，但对显示器的显示性能有一定的要求，如需要显示器有较好的对比度和较大的像素点阵密度，这种要求造成光学图像数据传输方法无法应用于一些段码显示的仪表。另外在显示器上显示二维码占据了一定显示面积，也会影响了原来的显示内容，给实际使用带来影响。
在数字化时代，各种设备都需要有数据通信功能，通常在实现一种新的数据传输方法时都需要对原有的硬件体系进行修改，使原有的设备被迫淘汰，取而代之以新的设备，而在设备以旧换新时，通常会受到各种设施的限制，如空间尺寸、网络设施、环境等影响。
通常仪器仪表的显示器的背光只是用来对显示器的照明，提高显示器的可读性，它并不具备数据传输功能。然而本发明期望借助最近正在不断发展的可见光通信技术来克服现有技术中存在的问题，使得能够避免对原有设备硬件系统的改动，克服设备兼容性问题，便于技术的推广和使用。
发明内容
本发明的目的是推出一种新的数据无线传输系统和方法，在不改变现有设备的硬件结构的条件下利用设备中显示器的背光实现数据的无线传输，为用户读取和记录系统数据提供一种最方便，成本最低廉的解决方案，使用户在无需更换原有硬件设备的情况下使设备具备无线数据传输功能，使用户数据的智能化、网络化管理成为可能。
根据本发明的一方面，提供一种利用显示器背光实现的无线数据发送装置，包括：数据存储单元，存储将要发送的数据；主控单元，读取数据存储单元所存储的数据，并进行控制；信号调制单元，在主控单元的控制下使用预定的信号调制方法对所读取的数据进行调制以产生并输出序列开关脉冲信号；光源驱动电路，根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号；显示器背光组件，在背光驱动开关脉冲信号的驱动下发出序列亮暗信号。
其中，所述预定的信号调制方法为固定周期分脉冲调制的信号调制方法，在该固定周期分脉冲调制的信号调制方法中，脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
其中，所述预定的信号调制方法为可变脉冲周期法调制的信号调制方法，在该可变脉冲周期法调制的信号调制方法中，脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
其中，所述预定阈值为1％。
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及，主控单元定时或者按照需要来读取数据存储单元所存储的数据。
其中，主控单元、数据存储单元、信号调制单元、光源驱动电路、和显示器背光组件使用测量仪表中的相应组件来实现。
根据本发明的另一方面，还提供一种利用显示器背光实现的无线数据接收装置，包括光学探头，接收利用显示器背光发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；主控单元，进行控制；数字解码单元，在主控单元的控制下，使用预定的信号解调方法解调序列开关脉冲信号，产生被还原的数据；数字处理和显示单元，在主控单元的控制下，对被还原的数据进行处理。
其中，预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
其中，所述预定阈值为1％。
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，光学探头定时或者按照需要来接收所述序列亮暗信号。
其中，对被还原的数据进行的处理包括：数据显示、数据存储、以及向更高级网络进行数据传输。
根据本发明的另一方面，还提供一种利用显示器背光实现的无线数据传输系统，包括如上所述的无线数据发送装置和如上所述的无线数据接收装置。
根据本发明的另一方面，还提供一种利用显示器背光实现的无线数据发送方法，使用预定的信号调制方法对将要发送的数据进行调制以产生并输出序列开关脉冲信号；根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号；在背光驱动开关脉冲信号的驱动下，显示器背光组件发出序列亮暗信号。
其中，所述预定的信号调制方法为固定周期分脉冲调制的信号调制方法，在该固定周期分脉冲调制的信号调制方法中，脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
其中，所述预定的信号调制方法为可变脉冲周期法调制的信号调制方法，在该可变脉冲周期法调制的信号调制方法中，脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
其中，所述预定阈值为1％。
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，定时或者按照需要来发送所述数据。
根据本发明的另一方面，还提供一种利用显示器背光实现的无线数据接收方法，包括：通过光学探头接收利用显示器背光发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；使用预定的信号解调方法解调序列开关脉冲信号，产生被还原的数据。
其中，预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
其中，所述预定阈值为1％。
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，光学探头定时或者按照需要来接收所述序列亮暗信号。
所述的无线数据接收方法还包括：对被还原的数据进行处理，所述处理包括：数据显示、数据存储、以及向更高级网络进行数据传输。
根据本发明的另一方面，还提供一种包括如上所述的无线数据发送装置的电表，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号。
根据本发明的另一方面，还提供一种对所述的电表的能耗读数进行抄录的光学抄录笔，包括：光学探头，放置在光学抄录笔的头部位置，读取电表利用电表显示器背光发送的序列亮暗信号并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；MCU，对序列开关脉冲信号进行解调和进一步的处理，以获得所需要的电表的能耗读数以及电表的识别号；抄录笔显示器，位于光学抄录笔的尾部，显示所获得的电表的能耗读数。
所述光学抄录笔，还包括：存储器，保存所获得的能耗数据；数据线接口，位于光学抄录笔的尾部末端，与上位机的数据接口相联，以将所获得的数据传输到上位机中。
所述的光学抄录笔，还包括：位于光学抄录笔上的按钮，通过操作按钮来切换电表的能耗读数的显示模式。
根据本发明的另一方面，还提供一种光学抄表系统，包括：至少一个电表，每一个电表包括如上所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；光学抄录笔。光学抄录笔包括：光学探头，读取电表利用电表显示器背光发送的序列亮暗信号并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；接收端微处理器，对序列开关脉冲信号进行解调和进一步的处理，以获得所需要的电表的能耗读数以及电表的识别号，电池，为光学抄录笔的各个组件提供工作电源。
所述的光学抄表系统中，所述光学抄录笔还包括：USB接口或WIFI模块中的至少之一，在接收端微处理器控制下，将所获得的电表的能耗读数以及电表的识别号传输到上位机中。
所述的光学抄表系统中，所述光学抄录笔还包括：灵敏度调节器，用于调节光学探头的灵敏度。
根据本发明的另一方面，还提供一种智能手机抄表系统，包括：至少一个电表，每一个电表包括如上所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；数据接收端装置，由智能手机形成。数据接收端装置包括：智能手机的摄像头，拍摄电表的显示器屏的图像；以及内置于智能手机的应用部件，分析所拍摄图像背景的亮暗时序获得电表显示器背光组件发出的序列亮暗信号，对序列亮暗信号进行处理和解调，以获得所需要的电表的能耗读数以及电表的识别号，并对电表的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
根据本发明的另一方面，还提供一种智能手机抄表系统，包括：至少一个电表，每一个电表包括如上所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；数据接收端装置，包括：外置的光学探头，探测电表的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号输出，其中光学探头的输出接口组件为与智能手机的耳机插口兼容的耳机插头；智能手机，经过耳机插头接收到与经由光学探头转换的电信号，通过手机内置的应用软件对上述电信号进行处理和解调，以获得所需要的电表的能耗读数以及电表的识别号，并对电表的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
所述的智能手机抄表系统中，数据接收端装置还包括：灵敏度调节器，用于调节光学探头的灵敏度。
根据本发明的另一方面，还提供一种智能手机抄表系统，包括：至少一个电表，每一个电表包括如上所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；数据接收端装置，数据接收端装置包括：外置的光学探头，探测电表的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号，通过光学探头内置微处理器的固件对上述电信号进行处理和解调，以获得所需要的电表的能耗读数以及电表的识别号，其中光学探头的输出接口组件为与智能手机的USB插口兼容的USB插头；智能手机，经由USB插头接收所获得的电表的能耗读数以及电表的识别号，并对电表的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
所述的智能手机抄表系统中，数据接收端装置还包括：灵敏度调节器，用于调节光学探头的灵敏度。
本发明实现的数据无线传输系统和方法与现有技术相比有以下优点：
1.利用光学传输方法，排除了电子方面的干扰，自动具备电器隔离功能；
2.不改变原有产品的硬件设计，不需要专用的驱动芯片，不增加产品的硬件成本，有利于产品推广；
3.不改变显示器的显示内容，不妨碍用户阅读屏幕；
4.可以很方便实现数据由设备到智能手机的传输，从而使设备数据从本地管理转而向云端管理的转变成为可能。
附图说明
通过以下仅作为示例的并且结合附图的所写描述，对于本领域一位技术人员来说，本发明的示例实施例将更好理解并且更明显，附图中：
图1示出了根据本发明的实现无线数据传输的显示器。
图2示出了根据本发明的数据无线传输系统的详细框图。
图3示出了根据本发明的分脉冲调制的波形实例。
图4示出了根据本发明的可变周期脉冲调制法波形实例。
图5示出了应用根据本发明的数据无线传输系统的第一实施例——光学抄表系统。
图6示出了图5的光学抄表系统的组成示意框图。
图7示出了应用根据本发明的数据无线传输系统的第二实施例——手机抄表系统。
图8示出了图7的手机抄表系统的第一组成示意框图；
图9示出了图7的手机抄表系统的第二组成示意框图；以及
图10示出了图7的手机抄表系统的第三组成示意框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实现无线数据传输的显示器。如图1所示，显示器1的背光都是由若干串发光二极管(LED)10通过导光板20把LED发出的点光源转化成面光源而形成，当对LED10施加高电位电压时，LED10导通而发光，当对LED10施加低电位电压时，LED10截止而光熄灭，通常背光组件的驱动由一串连续的高低电位脉冲信号组成，从而使LED10连续地发光和熄灭，由于脉冲信号的频率较高(大于100Hz)，而人眼有视觉残留效应，因而人眼将不会觉察不到光源的闪烁，而是看到连续发光的光源。这与现有技术中显示器的背光发光一样。
与现有技术中显示的背光发光不同的是，本发明可以对背光组件的脉冲驱动信号进行调制，使脉冲驱动信号中含有需要传输的数据，根据本发明，可以在点亮背光组件的同时把数据通过光源的发光和熄灭序列信号传输出去。
根据本发明，在接收数据时，把光学探头放置在显示器的前面，光学探头通过光电转换还原出脉冲开关电信号，并通过解码程序从脉冲开关电信号中解析出被调制的数据，这样就实现了利用显示器背光对数据的传输和接收。
图2示出了根据本发明的数据无线传输系统的详细框图。如图2所示，根据本发明的数据无线传输系统包括数据发送端装置20和数据接收端装置30。其中数据发送端装置20包括仪表主控单元201、仪表数据存储单元202、信号调制单元203、光源驱动电路204、和显示器背光组件205组成；数据接收端装置30包括光学探头301、数字解码单元302、接收端主控单元303、数字处理和显示单元304组成。
在数据发送端装置20中，仪表主控单元201定时或按照需要来读取仪表数据存储单元202存储例如与仪表测量读数相关的数据，控制信号调制单元203对所读取的数据进行调制以产生序列开关脉冲信号，信号调制单元203将序列开关脉冲信号输出到光源驱动电路204，光源驱动电路204根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号以驱动显示器的背光组件205发出序列亮暗信号。数据发送端装置20所包含的仪表主控单元201、仪表数据存储单元202、信号调制单元203、光源驱动电路204、和显示器背光组件205均使用现有技术中的仪表中的相应组件来实现，不需要在仪表中增加额外的硬件组件。
当然，数据发送端装置20所包含的仪表主控单元201、仪表数据存储单元202、信号调制单元203也可以不使用现有技术中的仪表中的相应组件来实现，例如使用专用模块来实现。
在数据接收端装置30中，光学探头301定时地或者按照需要来探测到显示器背光组件205发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，得到序列开关脉冲信号。在接收端主控单元303的控制下，序列开关脉冲信号被数字解码单元302解调，得到与仪表主控单元201所读取的数据对应的被还原的数据。接收端主控单元303控制数字处理和显示单元304，并对接收到的被还原的数据进行处理，这些处理包括：数据显示、数据存储、以及向更高级网络进行数据传输以达到仪表数据的智能管理和更高级的信息处理。
在信号调制方面，为了避免显示器背光闪烁，本发明提出了一种被称为固定周期分脉冲调制的信号调制方法，在该方法中，脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
为了使不管是发数字比特位“0”还是数字比特位“1”，显示器背光组件205的亮度效果一样，可以进一步使第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
图3示出了上述的根据本发明的固定周期分脉冲调制的波形实例，例如，采用在一个周期内连续发送两个较小宽度的矩形波脉冲来表示一种数字比特位状态(例如比特位“0”)，采用在一个周期内发送一个较大宽度的矩形波脉冲来表示另一种数字比特位状态(例如比特位“1”)，大脉冲的宽度等于两个小脉冲宽度之和，因而不管是发数字比特位“0”还是数字比特位“1”，显示器背光组件205的亮度效果是一样的。
本发明提出了一种信号解调的方法，根据上述固定周期分脉冲调制的调制方法进行反向解调处理。
在信号调制方面，为了避免显示器背光闪烁，本发明还提出了一种被称为可变脉冲周期法调制的信号调制方法，在该方法中，脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。在发送数字比特位的脉冲周期中，脉冲低电平的时间可以相等，也可以不等。图4示出了根据本发明的可变脉冲周期法调制的波形实例。
由于在发送数字比特位时背光亮度小于不发送数字比特位时的背光亮度，为了使人眼不会察觉发送数字比特位时背光亮度略暗的影响，要保证发送数字比特位期间的脉冲低电平时间足够短，由于脉冲低电平时间足够短(例如发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于1％)，脉冲低电平状态对背光亮度的影响可以或略不计，因而人眼不会察觉发送不同数字比特位对背光亮度的影响。
本发明还提出了一种信号解调的方法，根据上述可变脉冲周期法调制的调制方法进行反向解调处理。
上述的固定周期分脉冲调制和解调方案以及可变脉冲周期法调制和解调方案仅仅是举例说明，本发明不限于此。本发明也可以采用其他的调制和解调方案，只要能够满足实际要求即可。
图5示出了应用根据本发明的数据无线传输系统的第一实施例——光学抄表系统。
在一些没有网络设施的场所，工作人员需要对安装在现场的电能表定期进行抄录以统计电能消耗，工作量很大，比较繁琐，由于目前电力系统对用电消耗采用阶梯计费，这就更加增加了抄录人员的工作量，而且在有些情况下电表安装位置比较高，不便观察，而在这种场合下，使用光学抄录笔就能很方便地解决上述问题，如图5的电表现场图所示，图5中，示出了多个带显示器的电表50和一只正在抄录电表数据的光学抄录笔51。
根据本发明的光学抄表系统，每个电表50在安装时，都给它们一个唯一的识别号，并且电表50中包含图2所示的数据发送端装置20的各个组件。其中电表50中的与仪表数据存储单元202对应的存储单元(未示出)存储电表唯一识别号和与电表50测量的能耗数据。图5中所示的电表50就硬件组成而言与现有技术中的电表一样。
根据本发明如图2、3所述的工作原理，电表50通过电表的显示器背光把能耗数据连同其自身的识别号一起通过根据本发明的光学方法传输出来。
图5所示的光学抄录笔51的头部装有光学探头，它读取电表50利用其显示器背光发送的序列亮暗信号并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号，光学抄录笔51的里面装有嵌入式MCU，可以对序列开关脉冲信号进行解码和进一步的处理，以获得所需要的电表能耗读数以及电表的识别号，在光学抄录笔51的尾部装有显示器，用户可以按动笔上的按钮来切换显示抄录得到的电表50中的各项能耗读数的显示模式。并且，光学抄录笔51还包括用于自动保存能耗数据的存储器。抄录笔51的尾部末端留有数据线接口，可与电脑的USB接口相联，这样就可以把抄录到的数据传输到电脑中。
图6示出了图5的光学抄表系统的具体组成示意框图。根据本发明的光学抄表系统包括电表60和读取电表的能耗数据的光学抄录笔61。尽管图6中仅示出了一个电表60，但显然的是，根据本发明的光学抄表系统包括至少一个电表。由于电表60的硬件组件与现有技术中的硬件结构一致，具体可参见图2的数据发送端装置20的描述，所以图6中省略了放置在电表60内部的数据发送端装置的描述，而仅以一个电表形象示出。
图6所示的光学抄录笔61包括光学探头611、接收端微处理器612、电池617以及诸如USB接口613以及WIFI模块614之类的用于将电表的相关读数传输给上位数据处理装置(未示出)的输出接口组件。此外光学抄录笔61还包括调节光学探头611的灵敏度的灵敏度调节器616以及用于WIFI模块进行通信的WIFI天线615。
在光学抄录笔61中，光学探头611探测到电表的显示器背光发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，得到序列开关脉冲信号，其中所接收的序列亮暗信号中调制有电表的能耗数据以及电表自身的识别号。在接收端微处理器612的控制下，序列开关脉冲信号被解调，得到与电表60的能耗数据以及电表自身的识别号的数据相对应的被还原的数据。接收端微处理器612控制USB接口613或WIFI模块614以将被还原的数据传输给上位数据处理装置(未示出)，从而能够对电表数据进行智能管理和进行更高级的信息处理。电池617为光学抄录笔61的各个组件提供工作电源。
图7示出了应用根据本发明的数据无线传输系统的第二实施例——手机抄表系统。
图7所示的手机抄表系统与图5所示的光学抄表系统的应用场合一样，都是对带显示器的电表70的能耗数据进行抄录，因此，位于电表70侧的数据发送端装置与图5中所描述的完全一样。图7所示的手机抄表系统与图5所示的光学抄表系统的不同之处在于数据接收端装置的实现方式。
图7中所示的抄表系统利用智能手机进行光学脉冲读取和解调，然后利用手机中存储的手机应用程序对电表的数据进行各种处理，并可实现把数据传输到云端，实现更高级别的信息管理。
利用手机读取电表的显示器背光发送的光学脉冲的方式有很多种，如：
方式1：具体如图8所示，直接利用手机摄像头811拍摄电表80的显示器屏的图像，通过分析所拍摄图像背景的亮暗时序获得电表显示器背光组件发出的序列亮暗信号，再通过手机内置的应用软件部件812对序列亮暗信号进行处理和解调，以获得与电表80的能耗数据以及电表80自身的识别号的数据相对应的被还原的数据，并对被还原的数据进行各种数据分析和应用。
方式2：如图9所示，利用外置光学探头911探测电表90的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号输出，把光学探头的输出接口组件设计成与手机92的耳机插口兼容的插头，把光学探头911的插头经由耳机插口连接到手机92后，手机92就可以接收到与电表90的显示器背光组件发送的序列亮暗信号相应的、经由光学探头911转换的电信号，通过手机92内置的应用软件把上述电信号解调成与电表的能耗数据以及电表自身的识别号的数据相对应的被还原的数据，并对被还原的数据进行各种数据分析和应用。
方式3：如图10所示，利用外置光学探头1011探测电表100的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号，通过光学探头1011内置微处理器的固件把电信号解调成与电表的能耗数据以及电表自身的识别号的数据相对应的被还原的数据，并通过USB接口传输到手机102中，用户可以通过编写手机应用软件对数据进行处理和分析，或则把数据传送到更高级的网络。
下面对上述三种方式进行详细描述。
图8示出了图7的手机抄表系统的第一组成示意框图，其对应于图7所述的方式1。其中，位于电表80侧的数据发送端装置与图5中所描述的完全一样，故省略其详细描述。
图8所示的手机抄表系统的数据接收端装置81由智能手机形成，包括用于与电表80的数据相应的光学脉冲的手机摄像头811以及安装在手机中的用于对手机摄像头811所接收的与电表80的数据相应的光学脉冲进行各种处理和传输的部件812。从而能够对电表80的数据进行智能管理和进行更高级的信息处理。
图9示出了图7的手机抄表系统的第二组成示意框图，其对应于图7所述的方式2。其中，位于电表90侧的数据发送端装置与图5中所描述的完全一样，故省略其详细描述。
图9所示的手机抄表系统的数据接收端装置91包括外置的光学探头911、与手机相连的耳机插头912。此外数据接收端装置91还包括调节光学探头911的灵敏度的灵敏度调节器916。
利用外置光学探头911探测显示器背光组件发出的光学脉冲并将光学脉冲光电转换成电信号输出，把光学探头911的输出接口组件设计成与手机的耳机插口兼容的耳机插头912，把光学探头911的耳机插头912经由手机耳机插口连接到手机后，手机就可以接收到与电表90的显示器背光组件发送的光电脉冲信号相应的、经由光学探头911转换的电信号，通过所编写的手机应用软件把上述电信号解调成与电表90的能耗数据以及电表自身的识别号的数据相对应的被还原的数据，并对被还原的数据进行各种数据分析和应用。
图10示出了图7的手机抄表系统的第三组成示意框图，其对应于图7所述的方式3。其中，位于电表100侧的数据发送端装置与图5中所描述的完全一样，故省略其详细描述。
图10所示的手机抄表系统的数据接收端装置101包括外置的光学探头1011、与手机相连的USB输入插口1012。此外数据接收端装置101还包括调节光学探头1011的灵敏度的灵敏度调节器1016。
利用外置光学探头1011探测显示器背光组件发出的光学脉冲并将光学脉冲光电转换成电信号，通过光学探头1011内置微处理器的固件把电信号解调成与电表的能耗数据以及电表自身的识别号的数据相对应的被还原的数据，并通过USB输入插口1012传输到手机中，然后通过所编写的手机应用程序对被还原的数据进行各种数据分析和应用。
虽然已经如此描述了以上示例实施例，但是将理解可以进行各种修改、替换和/或变化。例如，在根据本发明的数据发送端装置中，(1)可以利用显示器背光的高速暗亮切换来表示数据二进制码以达到数据传输的目的；(2)也可利用段码式LED显示器各个处于显示状态笔段的高速暗亮切换来表示数据二进制码以达到数据传输的目的；(3)也可利用仪表指示灯的高速暗亮切换来表示数据二进制码以达到数据传输的目的。在根据本发明的数据接收端装置上，在数据接收方面也可以直接利用手机的摄像头接收仪表显示器背光脉冲信号，解析出相关的数据，或则通过光学接收器探头与手机的USB接口或则耳机插口连接，通过光电转换把仪表根据以上(1)、(2)、(3)方式发送的数据传输到手机中。进而通过手机把设备数据向云端传输，实现更高水平的数据管理。
本领域技术人员将理解，可以对特定实施例进行其他改变和/或修改，而不脱离如宽泛地描述的本发明的精神或范围。因此，无论从哪一点来看都要将本实施例认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (44)

1.一种利用显示器背光实现的无线数据发送装置(20)，包括：
数据存储单元(202)，存储将要发送的数据；
主控单元(201)，读取数据存储单元(202)所存储的数据，并进行控制；
信号调制单元(203)，在主控单元(201)的控制下使用预定的信号调制方法对所读取的数据进行调制以产生并输出序列开关脉冲信号；
光源驱动电路(204)，根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号；以及
显示器背光组件(205)，在背光驱动开关脉冲信号的驱动下发出序列亮暗信号。
2.如权利要求1所述的无线数据发送装置(20)，
其中，所述预定的信号调制方法为固定周期分脉冲调制的信号调制方法，在该固定周期分脉冲调制的信号调制方法中，脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
3.如权利要求2所述的无线数据发送装置(20)，
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
4.如权利要求1所述的无线数据发送装置(20)，
其中，所述预定的信号调制方法为可变脉冲周期法调制的信号调制方法，在该可变脉冲周期法调制的信号调制方法中，脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
5.如权利要求4所述的无线数据发送装置(20)，
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
6.如权利要求5所述的无线数据发送装置(20)，
其中，所述预定阈值为1％。
7.如权利要求1所述的无线数据发送装置(20)，
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，主控单元(201)定时或者按照需要来读取数据存储单元(202)所存储的数据。
8.如权利要求1所述的无线数据发送装置(20)，
其中，主控单元(201)、数据存储单元(202)、信号调制单元(203)、光源驱动电路(204)、和显示器背光组件(205)使用测量仪表中的相应组件来实现。
9.一种利用显示器背光实现的无线数据接收装置(30)，包括：
光学探头(301)，接收利用显示器背光发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；
主控单元(303)，进行控制；
数字解码单元(302)，在主控单元(303)的控制下，使用预定的信号解调方法解调序列开关脉冲信号，产生被还原的数据；
数字处理和显示单元(304)，在主控单元(303)的控制下，对被还原的数据进行处理。
10.如权利要求9所述的无线数据接收装置(30)，
其中，预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
11.如权利要求10所述的无线数据接收装置(30)，
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
12.如权利要求9所述的无线数据接收装置(30)，
预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
13.如权利要求12所述的无线数据接收装置(30)，
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
14.如权利要求13所述的无线数据接收装置(30)，
其中，所述预定阈值为1％。
15.如权利要求9所述的无线数据接收装置(30)，
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，光学探头(301)定时或者按照需要来接收所述序列亮暗信号。
16.如权利要求9所述的无线数据接收装置(30)，
其中，对被还原的数据进行的处理包括：数据显示、数据存储、以及向更高级网络进行数据传输。
17.一种利用显示器背光实现的无线数据传输系统，包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置和如权利要求9-16之一所述的无线数据接收装置。
18.一种利用显示器背光实现的无线数据发送方法，包括：
使用预定的信号调制方法对将要发送的数据进行调制以产生并输出序列开关脉冲信号；
根据序列开关脉冲信号产生背光驱动开关脉冲信号；以及
在背光驱动开关脉冲信号的驱动下，显示器背光组件(205)发出序列亮暗信号。
19.如权利要求18所述的无线数据发送方法，
其中，所述预定的信号调制方法为固定周期分脉冲调制的信号调制方法，在该固定周期分脉冲调制的信号调制方法中，脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
20.如权利要求19所述的无线数据发送方法，
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
21.如权利要求18所述的无线数据发送方法，
其中，所述预定的信号调制方法为可变脉冲周期法调制的信号调制方法，在该可变脉冲周期法调制的信号调制方法中，脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
22.如权利要求21所述的无线数据发送方法，
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
23.如权利要求22所述的无线数据发送方法，
其中，所述预定阈值为1％。
24.如权利要求18所述的无线数据发送方法，
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，定时或者按照需要来发送所述数据。
25.一种利用显示器背光实现的无线数据接收方法，包括：
通过光学探头(301)接收利用显示器背光发送的序列亮暗信号，并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；以及
使用预定的信号解调方法解调序列开关脉冲信号，产生被还原的数据。
26.如权利要求25所述的无线数据接收方法，
其中，预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期固定，每一个周期发送一个数字比特位状态，在一个周期内发送第一数量的第一宽度的矩形波脉冲来表示第一数字比特位状态，在一个周期内发送第二数量的第二宽度的矩形波脉冲来表示第二数字比特位状态。
27.如权利要求26所述的无线数据接收方法，
其中，第一数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和等于第二数量的矩形波脉冲的脉冲高电平宽度之和。
28.如权利要求25所述的无线数据接收方法，
其中，预定的信号解调方法根据下述调制规则进行解调：脉冲周期可变，在一个周期中，发送代表第一数字比特位状态的具有第一脉冲宽度的一个脉冲或者发送代表第二数字比特位状态的具有第二脉冲宽度的一个脉冲，第一脉冲宽度与第二脉冲宽度不同。
29.如权利要求28所述的无线数据接收方法，
其中，发送数字比特位期间的脉冲低电平时间与高电平时间之比小于预定阈值。
30.如权利要求29所述的无线数据接收方法，
其中，所述预定阈值为1％。
31.如权利要求25所述的无线数据接收方法，
其中，所述数据是与仪表测量读数相关的数据，以及
其中，光学探头(301)定时或者按照需要来接收所述序列亮暗信号。
32.如权利要求25所述的无线数据接收方法，还包括：
其中，对被还原的数据进行处理，所述处理包括：数据显示、数据存储、以及向更高级网络进行数据传输。
33.一种包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置的电表(50)，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号。
34.一种对权利要求33所述的电表(50)的能耗读数进行抄录的光学抄录笔(51)，包括：
光学探头，放置在光学抄录笔(51)的头部位置，读取电表(50)利用电表显示器背光发送的序列亮暗信号并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；
MCU，对序列开关脉冲信号进行解调和进一步的处理，以获得所需要的电表(50)的能耗读数以及电表的识别号；以及
抄录笔显示器，位于光学抄录笔(51)的尾部，显示所获得的电表(50)的能耗读数。
35.如权利要求34所述的光学抄录笔(51)，还包括：
存储器，保存所获得的能耗数据；以及
数据线接口，位于光学抄录笔(51)的尾部末端，与上位机的数据接口相联，以将所获得的数据传输到上位机中。
36.如权利要求34所述的光学抄录笔(51)，还包括：
位于光学抄录笔(51)上的按钮，通过操作按钮来切换电表(50)的能耗读数的显示模式。
37.一种光学抄表系统，包括：
至少一个电表(60)，每一个电表(60)包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；
光学抄录笔(61)，包括：
光学探头(611)，读取电表(60)利用电表显示器背光发送的序列亮暗信号并对序列亮暗信号进行光电转换，生成序列开关脉冲信号；
接收端微处理器(612)，对序列开关脉冲信号进行解调和进一步的处理，以获得所需要的电表(60)的能耗读数以及电表的识别号，
电池(617)，为光学抄录笔(61)的各个组件提供工作电源。
38.如权利要求37所述的光学抄表系统，其中所述光学抄录笔(61)还包括：
USB接口(613)或WIFI模块(614)中的至少之一，在接收端微处理器(612)控制下，将所获得的电表(60)的能耗读数以及电表的识别号传输到上位机中。
39.如权利要求37所述的光学抄表系统，其中所述光学抄录笔(61)还包括：
灵敏度调节器(616)，用于调节光学探头(611)的灵敏度。
40.一种智能手机抄表系统，包括：
至少一个电表(80)，每一个电表(80)包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；
数据接收端装置(81)，由智能手机形成，包括：
智能手机的摄像头(811)，拍摄电表(80)的显示器屏的图像；
以及
内置于智能手机的应用部件(812)，分析所拍摄图像背景的亮暗时序获得电表显示器背光组件发出的序列亮暗信号，对序列亮暗信号进行处理和解调，以获得所需要的电表(80)的能耗读数以及电表的识别号，并对电表(80)的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
41.一种智能手机抄表系统，包括：
至少一个电表(90)，每一个电表(90)包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；
数据接收端装置(91)，包括：外置的光学探头(911)，探测电表(90)的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号输出，其中光学探头(911)的输出接口组件为与智能手机(92)的耳机插口兼容的耳机插头(912)；以及
智能手机，经过耳机插头(912)接收到与经由光学探头(911)转换的电信号，通过手机(92)内置的应用软件对上述电信号进行处理和解调，以获得所需要的电表(90)的能耗读数以及电表的识别号，并对电表(90)的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
42.如权利要求41所述的智能手机抄表系统，其中数据接收端装置(91)还包括：
灵敏度调节器(916)，用于调节光学探头(911)的灵敏度。
43.一种智能手机抄表系统，包括：
至少一个电表(100)，每一个电表(100)包括如权利要求1-8之一所述的无线数据发送装置，其中，所述数据包括电表测量的能耗数据以及电表的识别号；
数据接收端装置(101)，包括：外置的光学探头(1011)，探测电表(100)的显示器背光组件发出的序列亮暗信号并将序列亮暗信号光电转换成电信号，通过光学探头(1011)内置微处理器的固件对上述电信号进行处理和解调，以获得所需要的电表(100)的能耗读数以及电表的识别号，其中光学探头(1011)的输出接口组件为与智能手机(102)的USB插口兼容的USB插头(1012)；以及
智能手机，经由USB插头(1012)接收所获得的电表(100)的能耗读数以及电表的识别号，并对电表(100)的能耗读数以及电表的识别号进行数据分析和应用。
44.如权利要求43所述的智能手机抄表系统，其中数据接收端装置(101)还包括：
灵敏度调节器(1016)，用于调节光学探头(1011)的灵敏度。
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