CN110474682A - 叠加自然光的plc融合可见光通信的信号发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法，方法包括一个信号发送装置，装置包括自然光收集器、自然光调制器、LED调制器、PLC信号接收器、光发射器、光开关、LED灯。方法将PLC电力线载波通信和VLC可见光通信两种技术相结合，在通信的可见光信号中叠加了自然光。方法可以从电力线载波中提取PLC信号，并根据PLC信号将装置采集的自然光或LED灯发出的灯光，转化为可见光通信信号，实现有线的电力线载波通信到无线通信的转换，同时有效避免了射频通信有电磁辐射，以及在白天采用可见光通信需要开灯的不足，是构造智能楼宇通信体系中，有线信道到无线信道的一种绿色、高效、节能、安全的方式。

Description

叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别是一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法。

背景技术

可见光通信(VLC，Visible Light Communication)是利用人眼可见波长的光作为传输介质，实现信息的高速无线光通信的一种方法，可见光通信技术利用照明灯光做载体，在发送端把信号调制在可见光上，在接收端采用光电接收设备接收可见光通信信号。可见光通信没有电磁辐射，也不受电磁干扰，是一种绿色环保的通信方式。

然而，在现有的可见光通信技术方案中，即使是白天也必须开灯才能通信，这也成了可见光通信的一个弊端，这一点也背离了节能环保的宗旨。

电力载波通信(PLC，Power line Communication)，是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

PLC和VLC两种技术的结合被认为是构造智能楼宇通信体系中，有线信道到无线信道的一种很有效的方式。

为了能在白天也能在不开灯的前提下采用可见光通信技术，本发明提出了一种利用自然光作为可见光通信光源，结合PLC技术实现室内可见光通信的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法。具体步骤为：

(1)建立一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送装置，包括：自然光收集器、自然光调制器、LED调制器、PLC信号接收器、光发射器、光开关、LED灯。

光开关，连接自然光收集器和PLC信号接收器，向PLC信号接收器输出，接收自然光收集器的输入。PLC信号接收器，连接自然光调制器、光开关、LED调制器，向LED调制器、LED调制器输出，接收光开光的输入。LED调制器，连接光发射器、LED灯、PLC信号接收器，向LED灯输出，接收光发射器、PLC信号接收器的输入。光发射器，连接LED灯、LED调制器、自然光调制器，向LED调制器输出，接收LED灯、自然光调制器的输入。自然光调制器，连接PLC信号接收器、光发射器、自然光收集器，向光发射器输出，接收PLC信号接收器、自然光收集器的输入。

PLC信号接收器，用于从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并在光开关的控制下，将PLC信号分别输出给自然光调制器或者LED调制器；PLC信号为高低电平表达的“0”和“1”组合。

光开关，用于检测自然光收集器获得的自然光的有、无和强、弱，并根据检测到的自然光的有、无和强、弱，在自然光收集器和LED灯之间选择光源；光开关提供两个门限值的设定，提供全开门限值QK和半开门限值BK，全开门限值QK大于半开门限值BK。

当光开关检测到自然光的强度达到或超过全开门限值QK，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光收集器获得的自然光上，由自然光作为光发射器的输入；当光开关检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入，同时开启LED灯，将LED灯发出的光也作为光发射器的输入，LED灯发出的光用于照明的补光；当光开关检测到自然光的强度低于半开门限值BK，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到LED调制器，由LED调制器将PLC信号调制在LED灯上，由LED灯发出的光作为光发射器的输入。

光发射器，有两个光输入的端口，一个端口连接自然光调制器的输出，用于透入自然光；另一个连接LED灯的输出，用于透入LED灯发出的光。

光发射器，具备光强度的检测功能，能够检测两个光输入端口的光输入强度值，并将强度信号值输出给LED调制器。

自然光收集器，用于从室外获得自然光，并输出到自然光调制器和光开关；

自然光调制器，用于接收PLC信号接收器输出的PLC信号；用于根据接收到的PLC信号将自然光收集器输出的自然光进行调制，并输出到光发射器。

自然光调制器，内置快门、调制控制器；调制控制器，根据来自PLC信号接收器的输入PLC信号，控制快门的快速动作，调节自然光收集器输入的自然光在亮度或者颜色两个方面的快速变化，由此对自然光进行调制，使得自然光收集器输出的自然光转变为可供照明的VLC信号，再将携带了VLC信号的自然光输入到光发射器，用以提供照明和通信。

自然光调制器，包含2个输入端：1、接收自然光收集器的自然光输入；2、接收PLC信号接收器的PLC信号输入；包含1个输出：经过调制的自然光到光发射器的输出。

LED调制器，内置驱动器、驱动控制器，用于根据PLC信号接收器输出的PLC信号，生成驱动信号，驱动LED灯发出VLC信号；用于接收光发射器输出的强度信号值，当光开关检测到的自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间时，并根据光发射器输出的强度信号值，动态的控制LED灯发光的强弱，为光发射器的照明补光，用于保持光发射器输出光照度的稳定。

LED灯，在LED调制器的驱动下，将携带了VLC信号的LED灯光输入到光发射器，用以提供照明和通信；在LED调制器的驱动下，动态的输出强弱不同的光到光发射器。

快门有两种：开关快门、CSK快门；开关快门，提供透光和不透光两种状态，通过控制快门在透光和不透光两种状态的切换，实现输出到光发射器的自然光呈现出高速闪烁的状态；CSK快门，提供不少于两种颜色的切换，通过控制快门，使得透过快门的光的颜色能够快速变化，由不同的颜色携带不同的信息。

开关快门的工作流程：

K1、自然光调制器接收PLC信号接收器输出的PLC信号，并输入到调制控制器；

K2、调制控制器根据PLC信号的“0”和“1”产生控制信号，再由调制控制器向快门发送控制信号；

K3、快门根据控制信号，实现透光和不透光两种状态的切换。

CSK快门用不同的颜色表示不同的“0”和“1”的组合，CSK快门的工作流程：

C1、自然光调制器接收PLC信号接收器输出的PLC信号，并输入到调制控制器；

C2、调制控制器根据PLC信号构成的不同的“0”和“1”的组合，产生控制信号，再由调制控制器向快门发送控制信号；

C3、快门根据控制信号，实现透过不同颜色光的状态。

信号发送控制流程如下：

S1、PLC信号接收器从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并将PLC信号输出；

S2、光开关检测自然光收集器获得自然光的有、无和强、弱，并根据自然光收集器获取的自然光的有、无和强、弱，在自然光收集器和LED灯之间选择光源；当光开关检测到自然光的强度达到全开门限值QK，进入S3；当光开关检测到自然光的强度低于半开门限值BK，进入S4；当光开关检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，进入S5；

S3、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入；

S4、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到LED调制器，由LED制器将PLC信号调制在LED灯上，由LED发出的光作为光发射器的输入；

S5、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入，同时开启LED，用于照明的补光。

本发明提供了一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法，将电力载波通信与可见光通信有机结合，实现了可见光通信与电力载波通信的通信接口，巧妙利用了供电线路、照明设备，同时充分利用自然光，降低了LED灯以及整个装置的功耗，有效避免了采用射频通信存在电磁辐射、电磁干扰，有线通信布线成本大、维护难度大等问题。

附图说明：

图1是本发明实施例的系统结构图；

图中标记：1-自然光收集器；2-LED调制器；3-光开关；4-PLC信号接收器；5-LED灯；6-自然光调制器；7-光发射器。

具体实施方式

实施例：

本发明的一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法，具体实施步骤如下：

建立一个叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送装置，包括：自然光收集器1、自然光调制器6、LED调制器2、PLC信号接收器4、光发射器7、光开关3、LED灯5。

光开关3，连接自然光收集器1和PLC信号接收器4；向PLC信号接收器4输出，接收自然光收集器1的输入。

PLC信号接收器4，连接自然光调制器6、光开关3、LED调制器2；向LED调制器2、LED调制器2输出，接收光开光的输入。

LED调制器2，连接光发射器7、LED灯5、PLC信号接收器4；向LED灯5输出，接收光发射器7、PLC信号接收器4的输入。

光发射器7，连接LED灯5、LED调制器2、自然光调制器6；向LED调制器2输出，接收LED灯5、自然光调制器6的输入。

自然光调制器6，连接PLC信号接收器4、光发射器7、自然光收集器1；向光发射器7输出，接收PLC信号接收器4、自然光收集器1的输入。

PLC信号接收器4，用于从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并在光开关3的控制下，将PLC信号分别输出给自然光调制器6或者LED调制器2；PLC信号为高低电平表达的“0”和“1”组合。

光开关3，用于检测自然光收集器1获得的自然光的强、弱，并根据检测到的自然光的强、弱，在自然光收集器1和LED灯5之间选择光源；光开关3提供两个门限值的设定，提供全开门限值QK和半开门限值BK，全开门限值QK大于半开门限值BK。

当光开关3检测到自然光的强度达到或超过全开门限值QK，将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到自然光调制器6，由自然光调制器6将PLC信号调制在自然光收集器1获得的自然光上，由自然光作为光发射器7的输入；当光开关3检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到自然光调制器6，由自然光调制器6将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器7的输入，同时开启LED灯5，将LED灯5发出的光也作为光发射器7的输入，LED灯5发出的光用于照明的补光；当光开关3检测到自然光的强度低于半开门限值BK，将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到LED调制器2，由LED调制器2将PLC信号调制在LED灯5上，由LED灯5发出的光作为光发射器7的输入。

光发射器7，有两个光输入的端口，一个端口连接自然光调制器6的输出，用于透入自然光；另一个连接LED灯5的输出，用于透入LED灯5发出的光。

光发射器7，具备光强度的检测功能，能够检测两个光输入端口的光输入强度值，并将强度信号值输出给LED调制器2。

自然光收集器1，用于从室外获得自然光，并输出到自然光调制器6和光开关3。

自然光调制器6，用于接收PLC信号接收器4输出的PLC信号；用于根据接收到的PLC信号将自然光收集器1输出的自然光进行调制，并输出到光发射器7。

自然光调制器6，内置快门、调制控制器；调制控制器，根据来自PLC信号接收器4的输入PLC信号，控制快门的快速动作，调节自然光收集器1输入的自然光亮度的变化，由此对自然光进行调制，使得自然光收集器1输出的自然光转变为可供照明的VLC信号，再将携带了VLC信号的自然光输入到光发射器7，用以提供照明和通信。

自然光调制器6，包含2个输入端：1、接收自然光收集器1的自然光输入；2、接收PLC信号接收器4的PLC信号输入；包含1个输出：经过调制的自然光到光发射器7的输出。

LED调制器2，内置驱动器、驱动控制器，用于根据PLC信号接收器4输出的PLC信号，生成驱动信号，驱动LED灯5发出VLC信号；用于接收光发射器7输出的强度信号值，当光开关3检测到的自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间时，并根据光发射器7输出的强度信号值，动态的控制LED灯5发光的强弱，为光发射器7的照明补光，用于保持光发射器7输出光照度的稳定。

LED灯5，在LED调制器2的驱动下，将携带了VLC信号的LED灯5光输入到光发射器7，用以提供照明和通信；在LED调制器2的驱动下，动态的输出强弱不同的光到光发射器7。

快门采用开关快门；开关快门，提供透光和不透光两种状态，通过控制快门在透光和不透光两种状态的切换，实现输出到光发射器7的自然光呈现出高速闪烁的状态。

开关快门的工作流程：

K1、自然光调制器6接收PLC信号接收器4输出的PLC信号，并输入到调制控制器；

K2、调制控制器根据PLC信号的“0”和“1”产生控制信号，再由调制控制器向快门发送控制信号；

K3、快门根据控制信号，实现透光和不透光两种状态的切换。

控制流程如下：

S1、PLC信号接收器4从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并将PLC信号输出；

S2、光开关3检测自然光收集器1获得自然光的强、弱，并根据自然光收集器1获取的自然光的强、弱，在自然光收集器1和LED灯5之间选择光源；当光开关3检测到自然光的强度达到全开门限值QK，进入S3；当光开关3检测到自然光的强度低于半开门限值BK，进入S4；当光开关3检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，进入S5；

S3、光开关3将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到自然光调制器6，由自然光调制器6将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器7的输入；

S4、光开关3将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到LED调制器2，由LED制器将PLC信号调制在LED灯5上，由LED发出的光作为光发射器7的输入；

S5、光开关3将PLC信号接收器4输出的PLC信号切换到自然光调制器6，由自然光调制器6将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器7的输入，同时开启LED，用于照明的补光。

Claims (1)

1.一种叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送方法，其特征在于具体步骤为：

(1)建立一个叠加自然光的PLC融合可见光通信的信号发送装置，包括：自然光收集器、自然光调制器、LED调制器、PLC信号接收器、光发射器、光开关、LED灯；

光开关，连接自然光收集器和PLC信号接收器，向PLC信号接收器输出，接收自然光收集器的输入；

PLC信号接收器，连接自然光调制器、光开关、LED调制器，向LED调制器、LED调制器输出，接收光开光的输入；

LED调制器，连接光发射器、LED灯、PLC信号接收器，向LED灯输出，接收光发射器、PLC信号接收器的输入；

光发射器，连接LED灯、LED调制器、自然光调制器，向LED调制器输出，接收LED灯、自然光调制器的输入；

自然光调制器，连接PLC信号接收器、光发射器、自然光收集器，向光发射器输出，接收PLC信号接收器、自然光收集器的输入；

PLC信号接收器，用于从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并在光开关的控制下，将PLC信号分别输出给自然光调制器或者LED调制器；PLC信号为高低电平表达的“0”和“1”组合；

光开关，用于检测自然光收集器获得的自然光的有、无和强、弱，并根据检测到的自然光的有、无和强、弱，在自然光收集器和LED灯之间选择光源；光开关提供两个门限值的设定，提供全开门限值QK和半开门限值BK，全开门限值QK大于半开门限值BK；

当光开关检测到自然光的强度达到或超过全开门限值QK，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光收集器获得的自然光上，由自然光作为光发射器的输入；当光开关检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入，同时开启LED灯，将LED灯发出的光也作为光发射器的输入，LED灯发出的光用于照明的补光；当光开关检测到自然光的强度低于半开门限值BK，将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到LED调制器，由LED调制器将PLC信号调制在LED灯上，由LED灯发出的光作为光发射器的输入；

光发射器，有两个光输入的端口，一个端口连接自然光调制器的输出，用于透入自然光；另一个连接LED灯的输出，用于透入LED灯发出的光；

光发射器，具备光强度的检测功能，能够检测两个光输入端口的光输入强度值，并将强度信号值输出给LED调制器；

自然光收集器，用于从室外获得自然光，并输出到自然光调制器和光开关；

自然光调制器，用于接收PLC信号接收器输出的PLC信号；用于根据接收到的PLC信号将自然光收集器输出的自然光进行调制，并输出到光发射器；

自然光调制器，内置快门、调制控制器；调制控制器，根据来自PLC信号接收器的输入PLC信号，控制快门的快速动作，调节自然光收集器输入的自然光在亮度或者颜色两个方面的快速变化，由此对自然光进行调制，使得自然光收集器输出的自然光转变为可供照明的VLC信号，再将携带了VLC信号的自然光输入到光发射器，用以提供照明和通信；

自然光调制器，包含2个输入端：1、接收自然光收集器的自然光输入；2、接收PLC信号接收器的PLC信号输入；包含1个输出：经过调制的自然光到光发射器的输出；

LED调制器，内置驱动器、驱动控制器，用于根据PLC信号接收器输出的PLC信号，生成驱动信号，驱动LED灯发出VLC信号；用于接收光发射器输出的强度信号值，当光开关检测到的自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间时，并根据光发射器输出的强度信号值，动态的控制LED灯发光的强弱，为光发射器的照明补光，用于保持光发射器输出光照度的稳定；

LED灯，在LED调制器的驱动下，将携带了VLC信号的LED灯光输入到光发射器，用以提供照明和通信；在LED调制器的驱动下，动态的输出强弱不同的光到光发射器；

快门有两种：开关快门、CSK快门；开关快门，提供透光和不透光两种状态，通过控制快门在透光和不透光两种状态的切换，实现输出到光发射器的自然光呈现出高速闪烁的状态；CSK快门，提供不少于两种颜色的切换，通过控制快门，使得透过快门的光的颜色能够快速变化，由不同的颜色携带不同的信息；

(2)在步骤(1)建立的装置中，进行信号发送，包括以下几个关键的工作流程开关快门的工作流程如下：

K1、自然光调制器接收PLC信号接收器输出的PLC信号，并输入到调制控制器；

K2、调制控制器根据PLC信号的“0”和“1”产生控制信号，再由调制控制器向快门发送控制信号；

K3、快门根据控制信号，实现透光和不透光两种状态的切换；

CSK快门，用不同的颜色表示不同的“0”和“1”的组合，CSK快门的工作流程如下：

C1、自然光调制器接收PLC信号接收器输出的PLC信号，并输入到调制控制器；

C2、调制控制器根据PLC信号构成的不同的“0”和“1”的组合，产生控制信号，再由调制控制器向快门发送控制信号；

C3、快门根据控制信号，实现透过不同颜色光的状态；

信号发送的控制流程如下：

S1、PLC信号接收器从电力通信载波中接收并提取出PLC信号，并将PLC信号输出；

S2、光开关检测自然光收集器获得自然光的有、无和强、弱，并根据自然光收集器获取的自然光的有、无和强、弱，在自然光收集器和LED灯之间选择光源；当光开关检测到自然光的强度达到全开门限值QK，进入S3；当光开关检测到自然光的强度低于半开门限值BK，进入S4；当光开关检测到自然光的强度在全开门限值QK和半开门限值BK之间，进入S5；

S3、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入；

S4、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到LED调制器，由LED制器将PLC信号调制在LED灯上，由LED发出的光作为光发射器的输入；

S5、光开关将PLC信号接收器输出的PLC信号切换到自然光调制器，由自然光调制器将PLC信号调制在自然光上，由自然光作为光发射器的输入，同时开启LED，用于照明的补光。