CN112423057A - 一种车载可见光数据通信系统 - Google Patents

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曾张帆
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Abstract

本发明公开了一种车载可见光数据通信系统，包括车辆和设置在车辆上的可见光数据通信系统，所述可见光数据通信系统包括发射端和接收端，其中发射端包括第一中央控制器模块和与第一中央控制器模块电连接的第一视频数据获取模块、第一显示屏模块及第一LED驱动电路；接收端包括第二中央控制器模块和与第二中央控制器模块电连接的第二视频数据获取模块和第二显示屏模块，第一视频数据获取模块设有电连接的第一光电转换模块和第一摄像单元，第二视频数据获取模块中设有第二光电检测模块和第二摄像单元。这种系统主要用于道路交通上车辆与车辆之间的数据通信，可有效减少道路堵塞、规避危险、保证人身安全。

Description

一种车载可见光数据通信系统
技术领域
本发明涉及可见光通信技术和智慧交通的交叉学科领域，具体是一种车载可见光数据通信系统。
背景技术
近年来，交通堵塞现象时常发生，车主缺乏足够的信息来源了解前方的道路状况，易造成“越来越堵”的状况。同时在夜晚的时候人的视野可见区域大幅度的减少，突发情况更多，容易发生危险，由于可见光频段的频谱资源丰富，且使用不受限制，不会占用宝贵的无线电频谱资源。与无线通信相比，可见光通信无需频谱许可，因而在频谱资源利用率方面具有显著优势，所以将LED可将光通信作为车辆通信之间的技术手段是极有意义的。LED可见光数据传输系统是以光的闪烁来传输数据，LED数据通信系统同时能实现快速大容量的数据传输功能，因此车载LED数据传输系统既能实现车辆的照明功能，同时也能达到通信的目的。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种车载可见光数据传输系统。这种系统主要用于道路交通上车辆与车辆之间的数据通信，可有效减少道路堵塞、规避危险、保证人身安全。
实现本发明目的的技术方案是：
一种车载可见光数据通信系统，包括车辆，还包括设置在车辆上的可见光数据通信系统，所述可见光数据通信系统包括发射端和接收端，其中发射端包括第一中央控制器模块和与第一中央控制器模块电连接的第一视频数据获取模块、第一显示屏模块及第一LED驱动电路；接收端包括第二中央控制器模块和与第二中央控制器模块电连接的第二视频数据获取模块和第二显示屏模块，第一视频数据获取模块设有电连接的第一光电转换模块和第一摄像单元，第二视频数据获取模块中设有第二光电检测模块和第二摄像单元。
所述第一中央控制器模块为自带第一CH340G串口通信模块的STM32的中央控制处理器。
所述第一LED驱动电路设有电连接的S8850三极管放大电路和S9013三极管放大电路，第一LED驱动电路通过接收第一中央控制器模块调制后的视频、音频和字符信号后，将这些信号放大并驱动LED发亮。
所述第一显示屏模块设有电连接的第一麦克风模块和内设串口软件助手和视频播放软件的第一显示屏，第一显示屏能够显示字符信息和播放视频画面。
所述第二中央控制器模块为自带第二CH340G串口通信模块的STM32的中央控制处理器。
所述第二光电检测模块设有电连接的OPA2846光电检测电路和LM393光电检测电路以及AMS1117稳压电路。
第二显示屏模块设有电连接的第二麦克风模块和内设串口软件助手和视频播放软件的第二显示屏，第二显示屏能够显示字符信息和播放视频画面。
发射端第一视频数据获取模块用于采集车辆周围的图像数据，并将数据传送至第一中央控制模块进行缓存等后续处理，中央控制器模块负责接收采集信息并调制信号然后传输至第一LED驱动电路，控制发送光信号；接收端通过接收可见光信号然后传输至中央控制器模块进行解调处理，恢复成原始信号，第一中央控制器模块用于控制发送端向接收端发送可见光信号，第二中央控制器模块负责接收可见光信号并还原成原始信号。
发送端是指产生和发送光通信信号的一端，在发送端，第一显示屏模块采集车主想要传达的字符信息或音频信息，此外第一视频数据获取模块获取车辆外部道路交通信息，第一中央控制器模块对于采集到的信号进行缓存处理，一方面第一中央控制器模块可将缓存的视频数据直接传输到第一显示屏模块中的第一显示屏显示画面；另一方面第一中央控制器模块可对采集到的视频信号数据调制编码处理，调制后的信号传输至第一LED驱动电路，使LED灯的光照强度按调制信号的副载波信号的变化规律变化，第一显示屏模块内置第一麦克风模块和第一显示屏，第一显示屏配有视频播放软件和串口通信软件助手，字符信息可以通过第一显示屏模块的串口软件助手采集，第一显示屏模块和第一中央控制器模块可通过中央控制器模块内的第一串口芯片CH340G进行连通；音频信息可通过第一显示屏模块内的第一麦克风模块采集，视频信息可通过第一视频数据获取模块。
接收端为具有光电转换功能的终端，第二光电检测模块接收发送端所传输的可见光信号，通过光电效应将其转换成电流信号，并传输至第二中央控制器模块进行解调处理，解调处理后的信息传输至第二显示屏模块，通过第二显示屏模块中的第二麦克风模块能得到音频信息，通过第二显示屏模块的第二显示屏得到视频、字符信息，从而实现可见光的定向通信。
具体的，在发送端，第一显示器模块通过串口软件助手采集字符信息和内置第一麦克风模块采集音频信息，然后通过串口通信电路传输至第一中央控制模块，第一中央控制模块通过使用UART进行数据接收，首先开启UART和对应GPIO的时钟、配置相应IO口工作在复用模式、UART波特率、数据宽度、奇偶校验以及中断优先级等参数，UART接收到数据后将触发中断，在中断入口函数中，首先从UART的DR寄存器读取本次接收的数据，然后清空接收超时检测标志，判断接收数据缓冲区USART_RX_BUF是否溢出，如果数据溢出将重置数据接收指针USART_RX_STA使得新接收的数据又从USART_RX_BUF的起始地址开始存放，否则将接收到的数据存入接收数据缓冲区并令接收指针加1，当本次接收到数据0X0A且上一次收到的数据为0X0D时，说明收到数据结束符，本次接收完毕；当上次收到数据0X0D并且本次接收数据不为0X0A时，说明接收数据出错，需要重置数据接收指针USART_RX_STA重新开始进行数据的接收；
接收端通过接收发射端的光信号，通过光电效应实现光信号转换成电信号，然后通过第二中央控制模块进行解调处理，解调后的信号传输至第一显示器模块，从而完成视频、音频、字符的可见光传输。
进一步的，接收端中的第二光电转换模块中的OPA2846光电检测电路接收音频、视频的可见光，通过PIN光电二极管接收光信号然后转换成为电信号，再通过OPA2846放大电路进行放大传输至第二中央控制模块中进行解调处理，接收端中的第二光电转换模块中LM393接收字符的可见光信号，通过PIN光电二极管接收光信号然后转换成为电信号，再通过LM393比较电路传输至第二中央控制模块中进行解调处理，经过第二中央控制模块处理过后的视频、音频、字符信息传输至第二显示器模块中，音频可由第二显示器模块中的第二麦克风模块播放，视频、音频数据可由第二显示屏展示出来，同时为了保障OPA2846光电检测电路和LM393光电检测电路的工作电压，利用AM1117稳压电路，使第二光电转换模块的电路工作在稳定的电压下。
车主可以通过该系统实时的了解前方道路的情况，从而作出行车决策。因此可有效减少道路堵塞、规避危险、保证人身安全等重要意义。
本技术方案的有益效果是：能最大程度利用现有汽车上的LED光源，在现有车载LED光源照明功能的基础上，增加了可见光数据通信功能，能实时的提供交通道路上的交通信息，可以有效的缓解交通堵塞和较少交通事故的发生。
这种系统主要用于道路交通上车辆与车辆之间的数据通信，可有效减少道路堵塞、规避危险、保证人身安全。
附图说明
图1为实施例可见光数据通信系统发送端的结构示意图；
图2为实施例可见光数据通信系统接收端的结构示意图。
图中，10.发送端110.第一中央控制器模块 111. 第一显示屏模块 112.第一视频数据获取模块 113. 第一LED驱动电路 114.第一CH340G串口通信模块 115. S8850三极管放大电路 116. S9013三极管放大电路 117.第一麦克风模块 118. 第一显示屏模块 20.接收端 210. 第二显示器模块 211.第一显示屏模块 212. 第二光电检测模块 213.OPA2846光电检测电路 214.LM393光电检测电路 215.AMS1117稳压电路 216. 第二CH340G串口通信模块 217.第二麦克风模块 218. 第二显示屏模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
一种车载可见光数据通信系统，包括车辆，还包括设置在车辆上的可见光数据通信系统，所述可见光数据通信系统包括发射端10和接收端20，其中发射端10包括第一中央控制器模块110和与第一中央控制器模块110电连接的第一视频数据获取模块112、第一显示屏模块111及第一LED驱动电路113；接收端20包括第二中央控制器模块210和与第二中央控制器模块210电连接的第二视频数据获取模块和第二显示屏模块211，第一视频数据获取模块112设有电连接的第一光电转换模块和第一摄像单元，第二视频数据获取模块中设有第二光电检测模块212和第二摄像单元。
所述第一中央控制器模块110为自带第一CH340G串口通信模块114的STM32的中央控制处理器。
所述第一LED驱动电路113设有电连接的S8850三极管放大电路115和S9013三极管放大电路116，第一LED驱动电路113通过接收第一中央控制器模块110调制后的视频、音频和字符信号后，将这些信号放大并驱动LED发亮。
所述第一显示屏模块111设有电连接的第一麦克风模块117和内设串口软件助手和视频播放软件的第一显示屏118，第一显示屏118能够显示字符信息和播放视频画面。
所述第二中央控制器模块210为自带第二CH340G串口通信模块216的STM32的中央控制处理器。
所述第二光电检测模块212设有电连接的OPA2846光电检测电路213和LM393光电检测电路214以及AMS1117稳压电路215。
第二显示屏模块211设有电连接的第二麦克风模块217和内设串口软件助手和视频播放软件的第二显示屏218，能够显示字符信息和播放视频画面。
如图1所示，发射端10第一视频数据获取模块112用于采集车辆周围的图像数据，并将数据传送至第一中央控制模块110进行缓存等后续处理，中央控制器模块110负责接收采集信息并调制信号然后传输至第一LED驱动电路113，控制发送光信号；接收端20通过接收可见光信号然后传输至中央控制器模块进行解调处理，恢复成原始信号，第一中央控制器模块110用于控制发送端10向接收端20发送可见光信号，第二中央控制器模块210负责接收可见光信号并还原成原始信号。
发送端10是指产生和发送光通信信号的一端，在发送端，第一显示屏模块111采集车主想要传达的字符信息或音频信息，此外第一视频数据获取模块112获取车辆外部道路交通信息，第一中央控制器模块110对于采集到的信号进行缓存处理，一方面第一中央控制器模块110可将缓存的视频数据直接传输到第一显示屏模块111中的第一显示屏118显示画面；另一方面第一中央控制器模块110可对采集到的视频信号数据调制编码处理，调制后的信号传输至第一LED驱动电路113，使LED灯的光照强度按调制信号的副载波信号的变化规律变化，第一显示屏模块111内置第一麦克风模块117和第一显示屏118，其配有视频播放软件和串口通信软件助手，字符信息可以通过第一显示屏模块111的串口软件助手采集，第一显示屏模块111和第一中央控制器模块110可通过中央控制器模块110内的第一串口芯片CH340G进行连通；音频信息可通过第一显示屏模块111内的第一麦克风模块117采集，视频信息可通过第一视频数据获取模块112。
如图2所示，接收端20为具有光电转换功能的终端，第二光电检测模块212接收发送端10所传输的可见光信号，通过光电效应将其转换成电流信号，并传输至第二中央控制器模块210进行解调处理，解调处理后的信息传输至第二显示屏模块211，通过第二显示屏模块211中的第二麦克风模块217能得到音频信息，通过第二显示屏模块211的第二显示屏218得到视频、字符信息，从而实现可见光的定向通信。
具体的，在发送端10，第一显示器模块111通过串口软件助手采集字符信息和内置第一麦克风模块117采集音频信息，然后通过串口通信电路传输至第一中央控制模块110，第一中央控制模块110通过使用UART进行数据接收，首先开启UART和对应GPIO的时钟、配置相应IO口工作在复用模式、UART波特率、数据宽度、奇偶校验以及中断优先级等参数，UART接收到数据后将触发中断，在中断入口函数中，首先从UART的DR寄存器读取本次接收的数据，然后清空接收超时检测标志，判断接收数据缓冲区USART_RX_BUF是否溢出，如果数据溢出将重置数据接收指针USART_RX_STA使得新接收的数据又从USART_RX_BUF的起始地址开始存放，否则将接收到的数据存入接收数据缓冲区并令接收指针加1，当本次接收到数据0X0A且上一次收到的数据为0X0D时，说明收到数据结束符，本次接收完毕；当上次收到数据0X0D并且本次接收数据不为0X0A时，说明接收数据出错，需要重置数据接收指针USART_RX_STA重新开始进行数据的接收；
接收端20通过接收发射端10的光信号，通过光电效应实现光信号转换成电信号，然后通过第二中央控制模块210进行解调处理，解调后的信号传输至第一显示器模块211，从而完成视频、音频、字符的可见光传输。
进一步的，接收端20中的第二光电转换模块212中的OPA2846光电检测电路213接收音频、视频的可见光，通过PIN光电二极管接收光信号然后转换成为电信号，再通过OPA2846放大电路进行放大传输至第二中央控制模块210中进行解调处理，接收端20中的第二光电转换模块212中LM393接收字符的可见光信号，通过PIN光电二极管接收光信号然后转换成为电信号，再通过LM393比较电路传输至第二中央控制模块210中进行解调处理，经过第二中央控制模块210处理过后的视频、音频、字符信息传输至第二显示器模块211中，音频可由第二显示器模块211中的第二麦克风模块217播放，视频、音频数据可由第二显示屏218展示出来，同时为了保障OPA2846光电检测电路213和LM393光电检测电路214的工作电压，利用AM1117稳压电路215，使第二光电转换模块的电路工作在稳定的电压下。
本例中的视频信息可由视频播放软件为Honestech TVR 2.5播放。

Claims (7)

1.一种车载可见光数据通信系统，包括车辆，其特征在于，还包括设置在车辆上的可见光数据通信系统，所述可见光数据通信系统包括发射端和接收端，其中发射端包括第一中央控制器模块和与第一中央控制器模块电连接的第一视频数据获取模块、第一显示屏模块及第一LED驱动电路；接收端包括第二中央控制器模块和与第二中央控制器模块电连接的第二视频数据获取模块和第二显示屏模块，第一视频数据获取模块设有电连接的第一光电转换模块和第一摄像单元，第二视频数据获取模块中设有第二光电检测模块和第二摄像单元。
2.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，所述第一中央控制器模块为自带第一CH340G串口通信模块的STM32的中央控制处理器。
3.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，所述第一LED驱动电路设有电连接的S8850三极管放大电路和S9013三极管放大电路，第一LED驱动电路通过接收第一中央控制器模块调制后的视频、音频和字符信号后，将这些信号放大并驱动LED发亮。
4.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，所述第一显示屏模块设有电连接的第一麦克风模块和内设串口软件助手和视频播放软件的第一显示屏。
5.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，所述第二中央控制器模块为自带第二CH340G串口通信模块的STM32的中央控制处理器。
6.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，所述第二光电检测模块设有电连接的OPA2846光电检测电路和LM393光电检测电路以及AMS1117稳压电路。
7.根据权利要求1所述的车载可见光数据通信系统，其特征在于，第二显示屏模块设有电连接的第二麦克风模块和内设串口软件助手和视频播放软件的第二显示屏。
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CN115037370A (zh) * 2022-06-08 2022-09-09 苏州大学 一种基于stm32单片机的可见光传输字符的装置

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