CN107293005A - 可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统。可见光门禁滤光装置，包括：多个光阑，多个光阑并列组成多维光阑组合阵列，各个光阑之间间隔一定距离；每个光阑的中部设有光阑过孔，各个光阑过孔共光轴，光阑的平面与光阑过孔的连线垂直，多维光阑组合阵列置于门禁系统的可见光光源与光电传感器之间；多维光阑组合阵列对可见光光源中的杂光进行滤除，可见光光源中的有效可见光通过各个光阑过孔到达光电传感器表面。上述可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统，通过设置多维光阑组合阵列，来滤除打到光阑上的杂光，获取能通过光阑过孔的有效可见光，从而实现在运用可见光通信技术时，能避免杂光的干扰。

Description

可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统

技术领域

本发明涉及可见光门禁技术领域，特别是涉及一种可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统。

背景技术

可见门禁是利用移动终端上的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，发出人眼无法感知到的高频闪烁，数据发送端通过这种高频闪烁来携带信号，在数据接收端用响应时间同样很快的光电传感器来进行信号采集，从而实现可见光门禁控制。可见光不具备穿透性，不会受电磁干扰，因而其保密性好，安全性高。又因为可见光门禁具有成本低、无电磁污染等优点，所以它的应用得到了越来越多的关注。

现有的可见光门禁技术，直接将可见光投射到光电传感器上，再由光电传感器将光信号转换成电信号，电信号再经过电路的解调和解密后将信号传输给后台，用于开门动作。

然而，在运用可见光门禁技术时，由于掺杂杂光，导致光电传感器接收到的光信号误码率高。

发明内容

基于此，有必要针对光信号误码率高的问题，提供一种可见光门禁滤光装置、接收装置、装置和系统。

一种可见光门禁滤光装置，包括：多个光阑，所述多个光阑呈前后阵列排布组成多维光阑组合阵列，各个光阑之间间隔一定距离；在所述多维光阑组合阵列中，各个光阑相互平行；

每个光阑的中部设有光阑过孔，各个光阑过孔共光轴，所述光阑的平面与所述光阑过孔的连线垂直，所述多维光阑组合阵列置于门禁系统的可见光光源与光电传感器之间；

在所述可见光光源的传播过程中，所述多维光阑组合阵列对可见光光源中的杂光进行滤除，所述可见光光源中的有效可见光通过各个光阑过孔到达所述光电传感器表面。

上述可见光门禁滤光装置，通过设置前后阵列式多个光阑，来滤除打到光阑上的杂光，使有效可见光通过光阑过孔到达所述光电传感器表面，降低光信号的误码率。

一种可见光门禁接收装置，包括：可见光门禁滤光装置，以及光电传感器和调理电路；

所述光电传感器置于所述多维光阑组合阵列之后，所述光电传感器通过调理电路连接开门动作总线；其中开门动作总线为连接开门系统进行开门动作的总线；

所述光电传感器接收所述有效可见光，生成电信号，并将所述电信号发送给所述调理电路，所述调理电路接收所述电信号，将所述电信号转换成模拟信号输出至开门动作总线。

上述可见光门禁接收装置，通过在光电传感器之前设置前后阵列式多个光阑，来滤除打到光阑上的杂光，使有效可见光通过光阑过孔到达所述光电传感器表面，光电传感器将接收到的光信号转换成电信号并发送给调理电路，调理电路将所述电信号生成模拟信号输出至开门动作总线，降低了光信号的误码率，同时也降低了调理电路的复杂性。

一种可见光门禁装置，包括：可见光门禁接收装置和第一外壳体；其中，所述可见光门禁接收装置内置在第一外壳体内；所述第一外壳体表面加装一层密封玻璃。

上述可见光门禁装置，通过在所述的可见光门禁接收装置内部设置前后阵列式多个光阑以及在所述的可见光门禁接收装置外部安装一个加装了密封玻璃的外壳体，滤除了可见光光源中的杂光，降低了光信号的误码率，也提高了装置的气密性，实现了防水，防尘，防潮等目的。

一种可见光门禁系统，其特征在于，包括可见光门禁装置，移动终端和云服务器；

所述云服务器分别与移动终端和所述可见光门禁装置相连接；

所述云服务器分别发送随机密钥至移动终端和所述可见光门禁装置，移动终端获取随机密钥生成调制信号，并通过所述移动终端上的发光二极管将所述调制信号传输至所述可见光门禁装置，所述可见光门禁装置获取随机密钥以及调制信号，并进行相应的开门动作。

上述可见光门禁系统，通过在可见光门禁装置内设置前后阵列式多个光阑，以及将可见光门禁装置与云服务器相连接再与移动终端相连接，降低了光信号的误码率，也提高了系统的性能以及保密性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的可见光门禁滤光装置示意图；

图2为本发明一个实施例的可见光门禁接收装置结构示意图；

图3为本发明第一实施例的可见光门禁装置结构示意图；

图4为本发明第二实施例的可见光门禁装置结构示意图；

图5为本发明一个实施例的加遮挡板的结构方案；

图6为本发明一个实施例的避免杂光输入的结构方案；

图7为本发明一个实施例的可见光门禁系统的示意图；

图8为本发明一个实施例的可见光门禁系统的控制方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本的可见光门禁滤光装置、接收装置、主机、装置和系统作详细描述。

下面结合图1阐述可见光门禁滤光装置的实施例。

图1为本发明一个实施例的可见光门禁滤光装置示意图，包括：多个光阑，所述多个光阑呈前后阵列排布组成多维光阑组合阵列，各个光阑之间间隔一定距离；在所述多维光阑组合阵列中，各个光阑相互平行；

每个光阑的中部设有光阑过孔，各个光阑过孔共光轴，所述光阑的平面与所述光阑过孔的连线垂直，所述多维光阑组合阵列置于门禁系统的可见光光源与光电传感器104之间；

在所述可见光光源的传播过程中，所述多维光阑组合阵列对可见光光源中的杂光进行滤除，所述可见光光源中的有效可见光通过各个光阑过孔到达所述光电传感器104表面。

在上述实施例中，光阑为用于限制光束的带孔的金属薄片。光阑之间的间隔以及光阑过孔尺寸半径可以根据不同的场合和环境条件进行调整。在具体接收有效可见光时，有效可见光可以对准光阑过孔，并与光阑表面垂直。上述实施例的原理，可以参考附图1，图中1～n标示的是n个光阑，有效可见光和各种方向传播的杂光共同通过第一光阑101的光阑过孔传入光路系统，以有效可见光为光学主轴、半径角2α范围内的光线可通过第二光阑102传入后续光路系统，有效可见光通过第n光阑103照到光电传感器104表面。依此类推，通过调整光阑的数量可以有效地滤除在不同场合下，光通信过程中大部分杂光，保证信噪比满足一定要求，满足数据无误码。

通过可见光门禁滤光装置，无论在室外还是室内，都可以有效地滤除杂光的干扰，提高了光通信的通信质量。

在一个实施例中，至少一个光阑的正面可以涂有吸光涂层；其中，光阑的正面为可见光光源照射面；所述吸光涂层吸收杂光，阻止杂光漫反射。

上述实施例的方案，由于在光线的传输过程中，往往伴生有漫反射，在光阑上涂上吸光涂层能阻止杂光漫反射光线影响到光路质量。在单色光通信领域，还需要在光阑腔体中增加滤光器件。其中光阑腔体可以包含可见光门禁滤光装置。通过涂上了吸光涂层，能吸收杂光。

在一个实施例中，本发明的可见光门禁滤光装置中所述多维光阑组合阵列中光阑数目和光阑过孔尺寸可调；其中，通过调整光阑数目和光阑过孔尺寸来控制可见光门禁滤光装置的滤波性能。特别地，在一个实施例中，随着所述多维光阑组合阵列中光阑数目的增多，杂光强度呈类高斯递减特性，随着光阑过孔尺寸半径的减小，杂光强度呈类高斯递减特性。

在上述实施例中，通过设置光阑阵列数目、光阑过孔尺寸半径可以滤除不同类型和强度的杂光，在经过整个光路系统之后，大多数杂光可以被有效地滤除。除此之外还可以通过调整光阑过孔的形状来适应不同的场合和环境。可以根据不同的场合和环境条件对可见光门禁滤光装置的光学结构进行更高级的优化。有效可见光的光源可以采用LED光源，由于LED光源的高斯特性、设计时光阑过孔尺寸半径的考量，以及电路放大处理时加入的闭环控制算法，允许用户输出的光路与主光轴存在一定偏差。

下面结合图2阐述可见光门禁接收装置的实施例。

如图2所示，图2是可见光门禁接收装置结构示意图，包括：可见光门禁滤光装置，以及光电传感器和调理电路；

所述光电传感器置于所述多维光阑组合阵列之后，所述光电传感器通过调理电路连接开门动作总线；其中开门动作总线为连接开门系统进行开门动作的总线；

所述光电传感器接收所述有效可见光，生成电信号，并将所述电信号发送给所述调理电路，所述调理电路接收所述电信号，将所述电信号生成模拟信号输出至开门动作总线。

在上述实施例中，所述光电传感器采用光电元件作为检测元件的传感器，是将光信号转换成电信号，再通过调理电路连接开门动作总线，将模拟信号进行输出。其中光电传感器需要满足一定的灵敏度、精度、光强探测范围、也需要满足相应的频率响应特性。所述多维光阑组合阵列的光学结构和所述调理电路可以根据不同的环境进行更高级的优化。所述开门动作总线可以为自定义的异步串行总线和/或局域网总线。可以通过UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步串行总线开门动作总线)或LAN(Local Area Network，局域网)连接开门系统进行开门动作。

上述可见光门禁接收装置，可以有效解决杂光干扰带来的误码率高、使用场合受限、处理电路复杂甚至难以实现的问题。

下面结合图3阐述可见光门禁装置的第一实施例。

如图3所示，图3是可见光门禁装置的第一实施例结构示意图，也可称为可见光门禁卡头，包括：所述的可见光门禁接收装置和第一外壳体201；其中，所述可见光门禁接收装置内置在第一外壳体内；所述第一外壳体201表面可以加装一层密封玻璃。

在实际运用中，可根据所属的场合决定是否需要在外壳体上加装密封玻璃，可以用密封玻璃配合垫片将可见光门禁接收装置进行密封，加装密封玻璃能保证装置的气密性，达到防水，防尘，防潮等目的。图3中，所述门禁卡头上可以设有光源入口206和开门动作总线接口205。其中卡头壳体201指的是第一外壳体，门禁卡头内嵌了一个光阑腔体202，光电传感器203，电路板204，其中光阑腔体202中可以包含可见光门禁滤光装置。电路板内可以包含调理电路，电路板输出的电信号可以通过开门动作总线上报开门系统。在改良方案上，可在解密后对密钥进行处理，运用开门动作总线进行开门动作，实现门禁控制。

下面结合图4阐述可见光门禁装置的第二实施例。

如图4所示，图4是可见光门禁装置的第二实施例示意图，也可称为可见光门禁主机，包括：所述可见光门禁卡头，以及与所述调理电路相连接的控制器；所述控制器接收调理电路发送的所述模拟信号并生成数字信号，通过开门动作总线将所述数字信号进行输出。

具体运用中，门禁卡头可以接开门动作总线，门禁主机可以既接开门动作总线又接LAN总线。

上述实施例中，可见光门禁主机可以接对讲系统，实现楼宇对讲，对讲系统接收的是数字信号，用于兼容对讲系统。可见光门禁主机需要运用在室外场合，是实现楼宇对讲必不可少的一部分，楼宇对讲可见光门禁主机通常的使用环境并不复杂，其中多维光阑组合与可见光门禁卡头相比稍显复杂，但设计原理一致。用户可通过开门动作总线和LAN总线接口接入开门系统。通过可见光门禁主机，可以接对讲系统，实现楼宇对讲。

如图4所示，门禁主机外壳体301指的是第二外壳体，门禁主机外壳体301上还可以镶有液晶显示屏302和按键面板303，核心处理板304中可以包含控制器，除了开门动作总线接口305和LAN总线接口306外，门禁主机外壳体301上还可以有其他接口308，其他接口308可以是传感器的接口也可以是监控设备的接口。在社区安防领域，往往需要接多个传感器进行传感组网，比如室温传感器、湿度传感器、烟雾传感器等等，还可以根据需要加装一些监控设备。

参考图5，图5是加遮挡板的结构方案，其中，可见光门禁主机，还包括第二外壳体；如图5所示，所述第二外壳体上设有可见光光源入口和用于滤除所述杂光的遮光板401；其中，可见光光源入口为可见光光源射入光阑的入口；所述遮光板401设在可见光光源入口上方，与第二外壳体的一面成一定角度；所述遮光板401对所述杂光进行滤除，有效可见光通过可见光光源入口到达光阑表面。

上述实施例中，遮挡板能滤除太阳光为主的杂光，通过设计遮挡板来达到滤除杂光的作用。如图5中，遮光板401，光阑腔体402，光阑腔体可以由可见光门禁滤光装置组成，外壳体403可以是第一外壳体，也可以是第二外壳体。

在另一个具体的实施例中，所述的可见光门禁主机，如图6所示，在所述第二外壳体501上设有光源拖载台502；

其中，所述光源拖载台502的平面是倾斜设置的；所述光源拖载台502的平面与可见光光源入口所在平面平行，且间隔一定距离，所述光源拖载台502用于承载有效可见光光源设备。

上述实施例若应用于楼宇对讲门禁中，可降低光阑使用限制。在实际应用中，光源拖载台可用于用户放置移动终端设备，移动终端LED光源即有效可见光光源。为减少漫反射，光源拖载台可以涂吸光涂层。也可以在光阑正面涂上吸光涂层，从而阻止杂光漫反射光线影响到光路的质量。对第一外壳体结构和材质的更改方案也可以适用于第二外壳体，同理，对第二外壳体结构和材质的更改方案也可以适用于第一外壳体。在具体的实施例中。通过优化光路设计可以提高后续电路性能。在光路设计中，可以尽量保证有效可见光光源的稳定输入，避免干扰光源的直线输入。

下面结合图7阐述可见光门禁主机的实施例。

如图7所示，图7是可见光门禁系统的示意图，一种可见光门禁系统，包括所述的可见光门禁卡头或者所述的可见光门禁主机，移动终端和云服务器；

所述云服务器分别与移动终端和所述可见光门禁卡头或可见光门禁主机相连接；

所述云服务器分别发送随机密钥至移动终端和所述可见光门禁卡头或可见光门禁主机，移动终端获取随机密钥生成调制信号，并通过所述移动终端上的发光二极管将所述调制信号传输至所述可见光门禁卡头或可见光门禁主机，所述可见光门禁卡头或可见光门禁主机获取随机密钥以及调制信号，并进行相应的开门动作。

上述实施例中，云服务器作为媒介，连接起移动终端、整个楼宇对讲数字社区，其中移动终端可以是用户手机、智能平板或移动电脑。在具体应用中，如图7所示，为本发明一个实施例的可见光门禁系统，其中包含了楼宇对讲功能。云服务器可以通过交换机把随机密钥发送给可见光门禁主机及卡头中的可见光接收装置，云服务器也将随机密钥发送给移动终端。移动终端可以根据随机密钥生成对应的调制信号，并通过移动终端上的LED灯发送有效可见光至可见光接收装置，可见光接收装置接收所述调制信号，进行解调和解密并与接收到的随机密钥进行比较，若经过解调和解密后的信号与随机密钥一致，则通过开门动作总线进行开门动作。图中控制器的作用可以是为了接入模拟对讲系统。控制器采集模拟信号并转换成离散的数字信号，用于兼容模拟系统。用户可操作的机器主要有：数字终端(或模拟分机，适用于模拟系统)、门禁主机。门锁1、2、3是一种示意，社区实际使用时，根据需要选择合适的方案。其中与交换机相连的实线可以是表网线，虚线可以是开门动作总线。其中用户还可以通过所提供的APP(Application，应用)绑定身份，用APP开门配合移动终端的LED开门。

上述可见光门禁系统，可以通过发送随机密钥来进行门禁控制，不用存储卡号，减少了查找卡号的用时、提高了系统性能。同时不再涉及存储卡号，卡号就不会被复制，提高了保密性。

在实际应用中，可见光门禁系统，所述云服务器还用于向移动终端反馈发光二极管常亮命令；

所述移动终端还用于向云服务器发送开门命令，接收云服务器反馈的发光二极管常亮命令并向可见光门禁装置发送常亮信号；

所述可见光门禁装置还用于接收移动终端发送的常亮信号，向服务器反馈接收到的就绪码，将所述调制信号进行解调并与云服务器传来的随机密钥进行对比。

具体的可见光门禁系统的控制方法可以参考图8，可以包括以下步骤：

S101：移动终端上的应用向云服务器发送开门命令；具体地，移动终端可以是智能手机、智能平板和移动电脑，可以提前在所述移动终端上安装相关的应用；

S102：云服务器向移动终端发送发光二极管常亮命令，移动终端通过点亮发光二极管向可见光装置发送就绪命令；具体地，移动终端接收到所述常亮命令后就点亮移动终端上的LED灯，LED常亮后，用户可以将LED对准可见光光源入口，在对准的过程中，移动终端中的应用可以配合后台提示是否对准；

S103：可见光门禁装置进入就绪状态，向云服务器返回就绪状态；具体地，当移动终端中的提示已经对准后，可以再等待50ms左右，此时可见光门禁装置可进入就绪状态，并可向云服务器返回就绪码，若没收到就绪码就提示用户重新对准；

S104：云服务器同时发送随机密钥到移动终端和就绪的可见光门禁装置；

S105：移动终端将接收到的随机密钥进行调制，通过发光二极管传输至就绪的可见光门禁装置；

S106：就绪的可见光门禁装置解调信号后，与云服务器传来的随机密钥进行比对，进行相应的开门动作；具体地，由云服务器发送随机密钥，就不用后台存储卡号，可见光门禁装置将移动终端发来的密钥与云服务器发来的密钥进行对比，一致即可开门；

S107：可见光门禁装置去除就绪态，重新进入等待态；具体地，可见光装置在开门操作完成后可以进入等待态，可以节省能源损耗。

通过上述控制方法，减少了查找卡号的用时，也减少了门禁系统中央处理器的任务，提高了系统性能，同时避免了卡号被复制的问题，提高了保密性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可见光门禁滤光装置，其特征在于，包括：多个光阑，所述多个光阑呈前后阵列排布组成多维光阑组合阵列，各个光阑之间间隔一定距离；在所述多维光阑组合阵列中，各个光阑相互平行；

每个光阑的中部设有光阑过孔，各个光阑过孔共光轴，所述光阑的平面与所述光阑过孔的连线垂直，所述多维光阑组合阵列置于门禁系统的可见光光源与光电传感器之间；

在所述可见光光源的传播过程中，所述多维光阑组合阵列对可见光光源中的杂光进行滤除，所述可见光光源中的有效可见光通过各个光阑过孔到达所述光电传感器表面。

2.根据权利要求1所述的可见光门禁滤光装置，其特征在于，至少一个光阑的正面涂有吸光涂层；其中，光阑正面为可见光光源照射面；所述吸光涂层吸收杂光，阻止杂光漫反射。

3.根据权利要求1所述的可见光门禁滤光装置，其特征在于，所述多维光阑组合阵列中光阑数目和光阑过孔尺寸可调；其中，通过调整光阑数目和光阑过孔尺寸来控制可见光门禁滤光装置的滤波性能。

4.一种可见光门禁接收装置，其特征在于，包括：权利要求1至3任意一项所述的可见光门禁滤光装置，以及光电传感器和调理电路；

所述光电传感器置于所述多维光阑组合阵列之后，所述光电传感器通过调理电路连接开门动作总线；其中开门动作总线为连接开门系统进行开门动作的总线；

所述光电传感器接收所述有效可见光，生成电信号，并将所述电信号发送给所述调理电路，所述调理电路接收所述电信号，将所述电信号转换成模拟信号输出至开门动作总线。

5.一种可见光门禁装置，其特征在于，包括：权利要求4所述的可见光门禁接收装置和第一外壳体；其中，所述可见光门禁接收装置内置在第一外壳体内；所述第一外壳体表面加装一层密封玻璃。

6.一种如权利要求5所述的可见光门禁装置，其特征在于，还包括：与所述调理电路相连接的控制器；

所述控制器接收调理电路发送的所述模拟信号并生成数字信号，通过开门动作总线将所述数字信号进行输出。

7.根据权利要求6所述的可见光门禁装置，其特征在于，还包括第二外壳体；

所述第二外壳体上设有可见光光源入口和用于滤除所述杂光的遮光板；其中，可见光光源入口为可见光光源射入光阑的入口；

所述遮光板设在可见光光源入口上方，与第二外壳体的一面成一定角度；

所述遮光板对所述杂光进行滤除，有效可见光通过可见光光源入口到达光阑表面。

8.根据权利要求7所述的可见光门禁装置，其特征在于，在所述第二外壳体上设有光源拖载台；其中，所述光源拖载台的平面是倾斜设置的；

所述光源拖载台的平面与可见光光源入口所在平面平行，且间隔一定距离，所述光源拖载台用于承载有效可见光光源设备。

9.一种可见光门禁系统，其特征在于，包括权利要求5至8任意一项所述的可见光门禁装置，移动终端和云服务器；

所述云服务器分别与移动终端和所述可见光门禁装置相连接；

所述云服务器用于分别发送随机密钥至移动终端和所述可见光门禁装置；

所述移动终端用于获取随机密钥生成调制信号，并通过所述移动终端上的发光二极管将所述调制信号传输至所述可见光门禁装置；

所述可见光门禁装置获取随机密钥以及调制信号，并进行相应的开门动作。

10.根据权利要求9所述的可见光门禁系统，其特征在于，所述云服务器还用于向移动终端反馈发光二极管常亮命令；

所述移动终端还用于向云服务器发送开门命令，接收云服务器反馈的发光二极管常亮命令并向可见光门禁装置发送常亮信号；

所述可见光门禁装置还用于接收移动终端发送的常亮信号，向服务器反馈接收到的就绪码，将所述调制信号进行解调并与云服务器传来的随机密钥进行对比。