CN108736968A - 一种控照型光信号并行通信系统及通信方法 - Google Patents

一种控照型光信号并行通信系统及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种控照型光信号并行通信系统及通信方法，用以解决现有通信系统无法保证通信的可靠性和实时性的问题。本发明包括发射端控制电路、接收端控制电路和至少两个并联连接的单向光信号传输单元，单向光信号传输单元包括点光源、内壁反光罩和光接收器，点光源设置在内壁反光罩中，点光源均与发射端控制电路相连接，内壁反光罩通过反射作用将点光源发出的光向一个方向形成投射光柱，投射光柱汇聚在小区域或点上，小区域或点上设有光接收器，光接收器均与接收端控制电路相连接。本发明，提高光通信系统的实时性，兼顾低成本需求，采用并行点对点通信方法实现单向并行通信；如需反向通信，可根据需要设置反向光信号传输单元。

Description

一种控照型光信号并行通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及光信号通信的技术领域，尤其涉及一种控照型光信号并行通信系统及通信方法。
背景技术
基于电动汽车的非接触充电技术已日趋成熟，电动汽车上安装副边线圈和能量接收与充电装置，在地面车位上安装充电桩与原边线圈，原边线圈向副边线圈传递磁场能量。由于充电系统磁场能量比物联网无线通信系统的能量高出几个数量级，使得基于电磁能量传输的物联网无线通信系统受干扰严重，出现通信丢包现象，无法保证物联网无线通信系统的可靠性。因此，探求低成本的光通信系统具有现实意义。
由于基于电动汽车的非接触充电系统实时性要求比较高，而低成本的发光二极管--光敏二极管（或光敏三极管）的通信频率通常在几十kHz以下，因此，点对点串行通信无法保证通信的实时性要求。
发明内容
针对现有通信系统无法保证通信的可靠性和实时性的技术问题，本发明提出一种控照型光信号并行通信系统及通信方法，通过光通信器件和并行点对点通信方法实现单向并行通信，成本低，保证了通信的可靠性和实时性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种控照型光信号并行通信系统，包括发射端控制电路、接收端控制电路和至少两个并联连接的单向光信号传输单元，单向光信号传输单元包括点光源、内壁反光罩和光接收器，点光源设置在内壁反光罩中，点光源均与发射端控制电路相连接，内壁反光罩通过反射作用将点光源发出的光向一个方向形成投射光柱，投射光柱汇聚在小区域或点上，小区域或点上设有光接收器，光接收器均与接收端控制电路相连接。
所述内壁反光罩的顶部封闭且底部开口。
所述内壁反光罩的形状为细长柱体、细长长方体或细长多边体。
所述光接收器上设有遮光筒，遮光筒的遮挡作用限制每个点光源只能投射向其对应的光接收器。
所述单向光信号传输单元并排设置；光接收器（D11~Dnm）所使用的光敏器件是光敏二极管、光敏三极管或CCD传感器或其它光电接收器件。
一种控照型光信号并行通信系统的通信方法，其步骤如下：内壁反光罩使点光源一对一的照射到对应的光接收器上，由于内壁反光罩的聚光作用，在不同的光接收器上仅可以接收到对应的点光源发出的光信号；；通过信号设定规则将点光源的光信号转化为逻辑信号；在同一时刻若干个点光源可一次传送若干个逻辑信号，将这些逻辑信号组合，实现并行通信。
所述信号设定规则为：设定光接收器收到有光信号时为逻辑“1”而无光信号时为逻辑“0”，或设定为有光信号时为逻辑“0”而无光信号时为逻辑“1”。
所述发射端控制电路按照特定时钟频率控制断续照射的若干点光源实现多点单向并行通信；所述点光源的通信采用并行通信方式，并行通信一次传送2位以上有限位逻辑信号；逻辑信号构成一个字符、多个字符或一部分字符；字符包括联络信号位、时钟信号位、若干个数据位或若干个校验位。
所述校验位为1位或若干位，校验位采用奇偶校验或校验和的校验方法；奇偶校验是统计数据中“1”的个数，个数为奇数时奇偶校验位为“1”，个数为偶数时奇偶校验位为“0”。
所述时钟信号位采用上升沿与下降沿均有效的方法，当接收端控制电路检测到时钟信号位的逻辑信号发生变化时，分四种状态：第一种状态：联络信号位为“0”，奇偶校验位为“0”，发送端不发送数据，接收端不接收数据；第二种状态：联络信号位为“0”，奇偶校验位为“1”，发送端发送数据位全为“1”，接收端如果接收到的数据全为“1”，说明数据位通信功能正常，反之，接收端如果接收到的数据不全为“1”，说明为数据位“0”的数据位通信功能不正常，接收端控制电路自动将通信不正常的单向光信号传输单元替换为正常的备用单向光信号传输单元；第三种状态：联络信号位为“1”，奇偶校验位为“0”，发送端发送数据位，且数据位中为逻辑“1”的个数为偶数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位中为逻辑“1”的个数为偶数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确；第四种状态：联络信号位为“1”，奇偶校验位为“1”，发送端发送数据位，且数据位中为逻辑“1”的个数为奇数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位中为逻辑“1”的个数为奇数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确。
本发明的有益效果：为了提高光通信系统的实时性要求，兼顾低成本需求，使用低成本的发光二极管--光敏二极管（或光敏三极管）作为光通信器件，采用并行点对点通信方法实现单向并行通信；如需反向通信，可根据需要设置反向光信号传输单元。本发明的通信方法也可以应用其他光通信器件完成光通信功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明单向光信号传输单元的结构示意图，（a）不带遮光筒的单向光信号传输单元的结构示意图，（b）带遮光筒的单向光信号传输单元的结构示意图。
图2为本发明实施例1单向光信号传输单元实现单向并行光通信的示意图。
图3为本发明实施例2单向光信号传输单元实现单向并行光通信的示意图
图4为本发明单向并行光通信的时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1（a）和图2所示，实施例1，一种控照型光信号并行通信系统，包括点光源A11~Anm、内壁反光罩B11~Bnm、光接收器D11~Dnm、发射端控制电路4和接收端控制电路5，点光源A11~Anm分别设置在内壁反光罩B11~Bnm的顶部，所述内壁反光罩B11~Bnm为细长形，其顶部封闭且底部开口。内壁反光罩B11~Bnm通过反射作用分别使点光源A11~Anm发出的光向一个方向各形成投射光柱C11~Cnm，使投射光柱C11~Cnm汇聚在一个小区域或一个点上；每个投射光柱C11~Cnm汇聚的一个小区域或一个点上分别设有光接收器D11~Dnm。所述发射端控制电路4分别与点光源分别A11~Anm相连接，光接收器D11~Dnm均与接收端控制电路5相连接。内壁反光罩的细部为细长的柱体或多面体。内壁反光罩使点光源一对一的照射到对应的光接收器上，由于内壁反光罩的聚光作用，在不同的光接收器上仅可以接收到对应的点光源发出的光信号，因此，不需辨别光信号究竟来自哪一个点光源；在同一时刻多个点光源可一次传送多个逻辑信号，将这些逻辑信号组合，即可实现并行通信；将一个点光源和与之对应的内壁反光罩和光接收器称为一位单向光信号传输单元；单向光信号传输单元的位数可以是2位以上的有限个，可以是一排或多排，也可以是其它布局方式。不加遮光筒的单向光信号传输单元示意图如图1（a）所示，其实现单向并行光通信的示意图如图2所示，其中，m为一排单向光信号传输单元的个数，n为单向光信号传输单元的排数。
如图1（b）和图3所示，实施例2，一种控照型光信号并行通信系统，为了防止点光源对不同光接收器的影响，增加了遮光筒，包括点光源A11~Anm、内壁反光罩B11~Bnm、光接收器D11~Dnm、遮光筒E11~Enm、发射端控制电路4、接收端控制电路5，点光源A11~Anm分别设置在内壁反光罩B11~Bnm的顶部，所述内壁反光罩B11~Bnm为细长形，其顶部封闭且底部开口。内壁反光罩B11~Bnm通过反射作用分别使点光源A11~Anm发出的光向一个方向形成投射光柱C11~Cnm，使投射光柱C11~Cnm汇聚在一个小区域或一个点上；每个投射光柱C11~Cnm汇聚的一个小区域或一个点上分别设有对应的光接收器D11~Dnm。遮光筒E11~Enm限制每个点光源A11~Anm只能投射向其对应的光接收器D11~Dnm，例如遮光筒E11遮挡除了点光源A11之外的任何点光源A12~Anm可能投射向光接收器D11的光线.所述发射端控制电路4分别与点光源A11~Anm相连接，光接收器D11~Dnm均与接收端控制电路5相连接。内壁反光罩使点光源一对一的照射到对应的光接收器上，由于内壁反光罩的聚光作用以及遮光筒的遮挡作用，在不同的光接收器上仅可以接收到对应的点光源发出的光信号，因此不需辨别光信号究竟来自哪一个点光源。在同一时刻多个点光源可一次传送多个逻辑信号，将这些逻辑信号组合，即可实现并行通信。将一个点光源和与之对应的内壁反光罩和光接收器称为一位单向光信号传输单元；单向光信号传输单元的位数可以是2位以上的有限个，可以是一排或多排，也可以是其它布局方式，单向光信号传输单元的结构示意图如图1（b）所示，实现单向并行光通信的示意图如图3所示。
以图3为例，将点光源A11、内壁反光罩B11、投射光柱C11、光接收器D11、遮光筒E11构成的一位单向光信号传输单元定义为F11，…以此类推，点光源Anm、内壁反光罩Bnm、投射光柱Cnm、光接收器Dnm、遮光筒Enm构成的一位单向光信号传输单元定义为Fnm。
点光源A11~Anm的类型是可见光或不可见光；光接收器D11~Dnm所使用的光敏器件是光敏二极管、光敏三极管或CCD传感器或其它光电接收器件。信号设定规则：可以设定收到有光信号时为逻辑“1”而无光信号时为逻辑“0”，也可以设定为有光信号时为逻辑“0”而无光信号时为逻辑“1”。本发明在阐述过程中使用的信号设定规则是：收到有光信号时为逻辑“1”而无光信号时为逻辑“1”。当单向光信号传输单元对应的点光源发光，相当于发出逻辑信号“1”；当单向光信号传输单元对应的点光源不发光，相当于发出逻辑“0”。
发射端控制电路4按照特定时钟频率，控制断续照射的点光源A11~Anm实现多点单向并行通信。多点单向并行通信是指点光源A11~Anm的通信采用并行通信方式，并行通信一次传送2位以上有限位逻辑信号；这些逻辑信号可以构成一个字符、多个字符或一部分字符；字符包括联络信号位、时钟信号位、若干个数据位、若干个校验位等，其中联络信号位、时钟信号位、若干个校验位可根据情况省略。并行通信在一个时钟周期可以传递多位数据，增加单向光信号传输单元的数量，可以增加一个时钟周期传递的数据位数，对于非接触充电系统，128位数据位已经足够使用。校验位可以为1位或多位，可以采用奇偶校验、校验和等不同的校验方法。其中，奇偶校验可以是统计数据中“1”的个数，为奇数时奇偶校验位为“1”，为偶数时奇偶校验位为“0”。
为了实现单向并行光通信，需要定义并行通信各位的功能。本发明的单向并行光通信时序图，如图4所示。时钟信号位CLK使用单向光信号传输单元F11；联络信号位L使用单向光信号传输单元F12；奇偶校验位CH使用单向光信号传输单元F13；数据位D3~D0使用单向光信号传输单元F14~F17，单向并行光通信的逻辑功能，如表1所示。本实施例采用时钟信号位CLK采用上升沿与下降沿均有效的方法，发送端的其它逻辑信号变化只发生在CLK的上升沿和下降沿。当接收端控制电路5检测到时钟信号位CLK)逻辑信号发生变化时，分四种状态：第一种状态，联络信号位L为“0”，奇偶校验位CH为“0”，发送端不发送数据，接收端不接收数据；第二种状态，联络信号位L为“0”，奇偶校验位CH为“1”，发送端发送数据位D3~D0全为“1”，接收端如果接收到的数据全为“1”，说明数据位通信功能正常，反之，接收端如果接收到的数据不全为“1”，说明为数据“0”的数据位通信功能不正常，接收端控制电路5自动将通信不正常的单向光信号传输单元替换为正常的备用单向光信号传输单元，以此达到自动检测不正常的单向光信号传输单元的目的；第三种状态，联络信号位L为“1”，奇偶校验位CH为“0”，发送端发送数据位D3~D0，且数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为偶数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为偶数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确；第四种状态，联络信号位L为“1”，奇偶校验位CH为“1”，发送端发送数据位D3~D0，且数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为奇数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为奇数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确。
从图4这个实例可以看出，为了提高传输效率，将时钟信号位CLK的逻辑“1”和逻辑“0”各作为一个时钟周期，t 0~t 1、t 1~t 2、t 2~t 3、t 3~t 4、t 4~t 5分别表示五个时钟周期，接收端控制电路5分别在t 0、t 1、t 2、t 3、t 4时刻检测联络信号位L、奇偶校验位CH：在t 0时刻和t 2时刻进入第一种状态，联络信号位L为“0”，奇偶校验位CH为“0”，发送端不发送数据，接收端不接收数据；在t 1时刻为第二种状态，联络信号位L为“0”，奇偶校验位CH为“1”，发送端发送数据位D3~D0全为“1”，接收端如果接收到的数据全为“1”，说明数据位通信功能正常；在t 3时刻进入第四种状态，联络信号位L为“1”，奇偶校验位CH为“1”，发送端发送数据位D3~D0为“1101”，且数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为奇数，接收端接收到的数据为“1101”，逻辑“1”的个数是偶数，由此判断接收到的数据是正确的；在t 4时刻进入第三种状态，联络信号位L为“1”，奇偶校验位CH为“0”，发送端发送数据位D3~D0为“1111”，且数据位D3~D0中为逻辑“1”的个数为偶数，接收端接收到的数据为“1111”，逻辑“1”的个数是偶数，由此判断接收到的数据是正确的。
表1 逻辑功能
一个时钟的时间宽度，在实际应用中可以根据实际需要和系统的传输能力选择时间宽度，基于本发明的实验电路，将时钟的时间宽度选为26 μs。
本发明的控照型光信号并行通信系统及通信方法除了应用在非接触供电系统之外，还可以广泛应用在其它需要光并信通信的场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种控照型光信号并行通信系统，其特征在于，包括发射端控制电路（4）、接收端控制电路（5）和至少两个并联连接的单向光信号传输单元，单向光信号传输单元包括点光源、内壁反光罩和光接收器，点光源设置在内壁反光罩中，点光源均与发射端控制电路（4）相连接，内壁反光罩通过反射作用将点光源发出的光向一个方向形成投射光柱，投射光柱汇聚在小区域或点上，小区域或点上设有光接收器，光接收器均与接收端控制电路（5）相连接。
2.根据权利要求1所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述内壁反光罩的顶部封闭且底部开口。
3.根据权利要求1或2所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述内壁反光罩的形状为细长柱体、细长长方体或细长多边体。
4.根据权利要求1所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述光接收器上设有遮光筒，遮光筒的遮挡作用限制每个点光源只能投射向其对应的光接收器。
5.根据权利要求1或4所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述单向光信号传输单元并排设置；所述光接收器使用的光敏器件是光敏二极管、光敏三极管或CCD传感器。
6.根据权利要求1所述的控照型光信号并行通信系统的通信方法，其特征在于，其步骤如下：内壁反光罩使点光源一对一的照射到对应的光接收器上，由于内壁反光罩的聚光作用，在不同的光接收器上仅可以接收到对应的点光源发出的光信号；通过信号设定规则将点光源的光信号转化为逻辑信号；在同一时刻若干个点光源可一次传送若干个逻辑信号，将这些逻辑信号组合，实现并行通信。
7.根据权利要求6所述的控照型光信号并行通信系统的通信方法，其特征在于，所述信号设定规则为：设定点光源有光信号时为逻辑“1”而无光信号时为逻辑“0”，或设定为点光源有光信号时为逻辑“0”而无光信号时为逻辑“1”。
8.根据权利要求6所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述发射端控制电路（4）按照特定时钟频率控制断续照射的若干点光源实现多点单向并行通信；所述点光源的通信采用并行通信方式，并行通信一次传送2位以上有限位逻辑信号；逻辑信号构成一个字符、多个字符或一部分字符；字符包括联络信号位、时钟信号位、若干个数据位或若干个校验位。
9.根据权利要求8所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述校验位为1位或若干位，校验位采用奇偶校验或校验和的校验方法；奇偶校验是统计数据中“1”的个数，个数为奇数时奇偶校验位为“1”，个数为偶数时奇偶校验位为“0”。
10.根据权利要求8所述的控照型光信号并行通信系统，其特征在于，所述时钟信号位采用上升沿与下降沿均有效的方法，当接收端控制电路（5）检测到时钟信号位的逻辑信号发生变化时，分四种状态：第一种状态：联络信号位为“0”，奇偶校验位为“0”，发送端不发送数据，接收端不接收数据；第二种状态：联络信号位为“0”，奇偶校验位为“1”，发送端发送数据位全为“1”，接收端如果接收到的数据全为“1”，说明数据位通信功能正常，反之，接收端如果接收到的数据不全为“1”，说明为数据位“0”的数据位通信功能不正常，接收端控制电路（5）自动将通信不正常的单向光信号传输单元替换为正常的备用单向光信号传输单元；第三种状态：联络信号位为“1”，奇偶校验位为“0”，发送端发送数据位，且数据位中为逻辑“1”的个数为偶数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位中为逻辑“1”的个数为偶数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确；第四种状态：联络信号位为“1”，奇偶校验位为“1”，发送端发送数据位，且数据位中为逻辑“1”的个数为奇数，接收端接收到数据后，如果接收到的数据位中为逻辑“1”的个数为奇数，则接收到的数据是正确的，反之接收到的数据不正确。
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