CN104601236A - 一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法，所述系统包括：设置在同一装置上的光信号发射端和光信号接收端，以及设置在另一装置上的光信号反射端。本发明在同一装置上设置一个光信号发射端和一个光信号接收端，另一端只需设置一个光信号反射端，就能够提供两条数据传输通道：一条由光信号发射端将光信号发射给光信号反射端，另一条由光信号反射端反射处理后的数据信号给光信号接收端，从而实现双向数据通信，比起现有技术来说，节省了一半的能耗、且设备复杂程度及成本更低。且本发明采用反射镜以原始入射角进行光反射，不需要额外的对准光源操作（必要时只需短时对准光源）即可完成通讯，从而大幅提升用户的使用便利性。

Description

一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法

技术领域

本发明涉及可见光通讯技术领域，尤其涉及一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法。

背景技术

使用可见光的无线通信技术近年来逐渐受到学术界和产业界的广泛关注，尤其是随着发光二极管（Light Emitting Diode，简称为LED）之类的发光元件的照明设备的广泛使用，利用半导体LED 在实现照明的同时，实现无线通信网络覆盖的可行性研究正在许多相关企业中进行。可见，光通信与无线传感网络、无线局域网以及电力线通信系统相结合的通信方式也在探讨当中。

实现可见光LED 通信的基本原理是通过待发送的数据对所发光进行某种调制，比如脉冲宽度调制、脉冲位置/ 频率调制或者脉冲幅度调制。这种调制的光能量通过空间信道进行传输并被目标装置上的光电探测器（或者是传感器）接收到，光电探测器将光信号转换为电信号后经过后续处理再解调出该光信号中携带的数据。然而，现有技术中若想实现双向通讯，则必须在两个装置中同时使用两个发射端和两个接收端，这样一来使得能耗更高，且设备复杂程度及成本更高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法，旨在通过本发明解决现有技术中存在的能耗高、设备复杂程度及成本高的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于反射原理的可见光通讯系统，其中，包括设置在同一装置上的光信号发射端和光信号接收端，以及设置在另一装置上的光信号反射端；

所述光信号发射端用于以第一入射角发射带有数据信息的光信号；

所述光信号反射端用于接收所述光信号发射端发射的光信号，并将处理后的光信号以第二入射角进行反射，所述第二入射角与第一入射角相等；

所述光信号接收端用于接收所述光信号反射端反射的光信号，并将所述光信号的信息反馈给后台服务器。

所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其中，所述光信号发射端包括依次相连的输入模块、调制模块、信号放大模块、驱动模块、以及LED光源模块；

所述输入模块用于接收待发送的数据信号；所述调制模块用于将所述输入模块接收的数据信号进行调制得到调制信号；所述信号放大模块用于将所述调制信号进行放大处理得到放大信号；所述驱动模块用于根据所述放大信号驱动LED光源模块进行发光；所述LED光源模块用于向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号；

所述光信号反射端包括依次相连的第一光电转换模块、第一解调模块、微控制器模块、以及反射模块；

所述第一光电转换模块用于接收所述LED光源模块发出的光信号并将所述光信号转换为第一电信号；所述第一解调模块用于将所述第一电信号进行解调得到第一解调信号，所述微控制器模块用于根据所述第一解调信号的信息控制反射模块进行光反射操作，所述反射模块用于以第二入射角反射光信号发射端的光得到反射光信号并将所述反射光信号发送至第二光电转换模块；所述第二入射角与第一入射角相等；

所述光信号接收端包括依次相连的第二光电转换模块、第二解调模块以及输出模块；

所述第二光电转换模块用于接收所述反射模块的发射光信号并将其转换为第二电信号；所述第二解调模块用于将所述第二光电转换模块输出的第二电信号进行解调得到第二解调信号；所述输出模块用于输出所述第二解调信号的信息至后台服务器。

所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其中，所述待发送的数据信号以ASCII形式发送至所述输入模块；所述调制模块、第一解调模块、以及第二解调模块均通过AM方式进行处理。

所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其中，所述反射模块中包含一反射镜。

所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其中， 所述反射镜前还包含一铁电液晶快门。

所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其中，所述微控制器模块通过控所述制铁电液晶快门的开关来控制反射镜进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光。

所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其中，所述方法包括步骤：

S1、光信号发射端将接收的待发送的数据信号进行调制、信号放大、并由所述光信号发射端内置的驱动电路驱动LED灯向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号；

S2、光信号反射端将接收的光信号转换为电信号、解调得到第一解调信号，并根据所述第一解调信号的信息控制光信号反射端内置的反射镜以第二入射角将光信号反射回所述光信号接收端，所述第二入射角与第一入射角相等；

S3、所述光信号接收端接收反射的光信号、将所述光信号转换为电信号、解调并输出至后台服务器。

所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其中，所述待发送的数据信号以ASCII形式发送至所述输入模块。

所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其中，所述反射镜前还包含一铁电液晶快门。

所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其中，所述微控制器模块通过控制铁电液晶快门的开关来控制反射镜进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光。

本发明所提供的一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法，所述系统包括：设置在同一装置上的光信号发射端和光信号接收端，以及设置在另一装置上的光信号反射端；所述光信号发射端用于以第一入射角发射带有数据信息的光信号；所述光信号反射端用于接收所述光信号发射端发射的光信号，并将处理后的光信号以第二入射角进行反射，所述第二入射角与第一入射角相等；所述光信号接收端用于接收所述光信号反射端反射的光信号，并将所述光信号的信息反馈给后台服务器。一方面，本发明在同一装置上设置一个光信号发射端和一个光信号接收端，另一端只需设置一个光信号反射端，就能够提供两条数据传输通道：一条由光信号发射端将光信号发射给光信号反射端，另一条由光信号反射端反射处理后的数据信号给光信号接收端，从而实现双向数据通信，比起现有技术来说，节省了一半的能耗、且设备复杂程度及成本更低；另一方面，由于现有技术中要求接收时发射端与接收端都需对准光源，反馈时也需对准光源，而本发明中采用反射镜以原始入射角进行光反射，准确地将光源反射回发射端，不需要额外的对准光源操作（必要时只需短时对准光源）即可完成通讯，从而大幅提升用户的使用便利性。

附图说明

图1是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的功能模块图。

图2是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号发射端的内部结构图。

图3是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号反射端的内部结构图。

图4是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号接收端的内部结构图。

图5是本发明基于反射原理的可见光通讯方法较佳实施例的步骤流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法， 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，图1为本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的功能模块图。如图1所示，本发明的基于反射原理的可见光通讯系统包括设置在同一装置上的光信号发射端10和光信号接收端30，以及设置在另一装置上的光信号反射端20；所述光信号发射端10用于以第一入射角发射带有数据信息的光信号；所述光信号反射端20用于接收所述光信号发射端10发射的光信号，并将处理后的光信号以第二入射角进行反射，所述第二入射角与第一入射角相等；所述光信号接收端30用于接收所述光信号反射端20反射的光信号，并将所述光信号的信息反馈给后台服务器。

详细地，请参照图2，图2是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号发射端的内部结构图。如图2所示，所述光信号发射端10包括依次相连的输入模块11、调制模块12、信号放大模块13、驱动模块14、以及LED光源模块15；所述输入模块11用于接收待发送的数据信号；所述调制模块12用于将所述输入模块11接收的数据信号进行调制得到调制信号；所述信号放大模块13用于将所述调制信号进行放大处理得到放大信号；所述驱动模块14用于根据所述放大信号驱动LED光源模块15进行发光；所述LED光源模块15用于向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号。

详细地，请参照图3，图3是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号反射端的内部结构图。如图3所示，所述光信号反射端20包括依次相连的第一光电转换模块21、第一解调模块22、微控制器模块23、以及反射模块24；所述第一光电转换模块21用于接收所述LED光源模块15发出的光信号并将所述光信号转换为第一电信号；所述第一解调模块22用于将所述第一电信号进行解调得到第一解调信号，所述微控制器模块23用于根据所述第一解调信号的信息控制反射模块24进行光反射操作，所述反射模块24用于以第二入射角反射光信号发射端的光得到反射光信号并将所述反射光信号发送至第二光电转换模块31；所述第二入射角与第一入射角相等。

详细地，请参照图4，图4是本发明基于反射原理的可见光通讯系统较佳实施例的光信号接收端的内部结构图。如图4所示，所述光信号接收端30包括依次相连的第二光电转换模块31、第二解调模块32以及输出模块33；所述第二光电转换模块31用于接收所述反射模块24的发射光信号并将其转换为第二电信号；所述第二解调模块32用于将所述第二光电转换模块31输出的第二电信号进行解调得到第二解调信号；所述输出模块33用于输出所述第二解调信号的信息至后台服务器。

优选地，所述待发送的数据信号以ASCII形式发送至所述输入模块；同时为了使系统不受外部光源的干扰，所述调制模块、第一解调模块、以及第二解调模块均通过AM方式（幅调）进行处理。

进一步地，所述反射模块24中包含一反射镜，所述反射镜前还包含一铁电液晶快门，所述微控制器模块23通过控制铁电液晶快门的开关来控制反射模块24进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光，即有光代表1，无光代表0。

进一步地，本发明还提供一种基于反射原理的可见光通讯方法，如图5所示，本发明中的可见光通讯方法包括如下步骤：

S101、光信号发射端将接收的待发送的数据信号进行调制、信号放大、并由所述光信号发射端内置的驱动电路驱动LED灯向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号；

S102、光信号反射端将接收的光信号转换为电信号、解调得到第一解调信号，并根据所述第一解调信号的信息控制光信号反射端内置的反射镜以第二入射角将光信号反射回所述光信号接收端，所述第二入射角与第一入射角相等；

S103、所述光信号接收端接收反射的光信号、将所述光信号转换为电信号、解调并输出至后台服务器。

综上所述，本发明所提供的一种基于反射原理的可见光通讯系统及方法，所述系统包括：设置在同一装置上的光信号发射端和光信号接收端，以及设置在另一装置上的光信号反射端；所述光信号发射端用于以第一入射角发射带有数据信息的光信号；所述光信号反射端用于接收所述光信号发射端发射的光信号，并将处理后的光信号以第二入射角进行反射，所述第二入射角与第一入射角相等；所述光信号接收端用于接收所述光信号反射端反射的光信号，并将所述光信号的信息反馈给后台服务器。一方面，本发明在同一装置上设置一个光信号发射端和一个光信号接收端，另一端只需设置一个光信号反射端，就能够提供两条数据传输通道：一条由光信号发射端将光信号发射给光信号反射端，另一条由光信号反射端反射处理后的数据信号给光信号接收端，从而实现双向数据通信，比起现有技术来说，节省了一半的能耗、且设备复杂程度及成本更低；另一方面，由于现有技术中要求接收时发射端与接收端都需对准光源，反馈时也需对准光源，而本发明中采用反射镜以原始入射角进行光反射，准确地将光源反射回发射端，不需要额外的对准光源操作（必要时只需短时对准光源）即可完成通讯，从而大幅提升用户的使用便利性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于，包括设置在同一装置上的光信号发射端和光信号接收端，以及设置在另一装置上的光信号反射端；

所述光信号发射端用于以第一入射角发射带有数据信息的光信号；

所述光信号反射端用于接收所述光信号发射端发射的光信号，并将处理后的光信号以第二入射角进行反射，所述第二入射角与第一入射角相等；

所述光信号接收端用于接收所述光信号反射端反射的光信号，并将所述光信号的信息反馈给后台服务器。

2.根据权利要求1所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于，所述光信号发射端包括依次相连的输入模块、调制模块、信号放大模块、驱动模块、以及LED光源模块；

所述输入模块用于接收待发送的数据信号；所述调制模块用于将所述输入模块接收的数据信号进行调制得到调制信号；所述信号放大模块用于将所述调制信号进行放大处理得到放大信号；所述驱动模块用于根据所述放大信号驱动LED光源模块进行发光；所述LED光源模块用于向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号；

所述光信号反射端包括依次相连的第一光电转换模块、第一解调模块、微控制器模块、以及反射模块；

所述第一光电转换模块用于接收所述LED光源模块发出的光信号并将所述光信号转换为第一电信号；所述第一解调模块用于将所述第一电信号进行解调得到第一解调信号，所述微控制器模块用于根据所述第一解调信号的信息控制反射模块进行光反射操作，所述反射模块用于以第二入射角反射光信号发射端的光得到反射光信号并将所述反射光信号发送至第二光电转换模块；所述第二入射角与第一入射角相等；

所述光信号接收端包括依次相连的第二光电转换模块、第二解调模块以及输出模块；

所述第二光电转换模块用于接收所述反射模块的发射光信号并将其转换为第二电信号；所述第二解调模块用于将所述第二光电转换模块输出的第二电信号进行解调得到第二解调信号；所述输出模块用于输出所述第二解调信号的信息至后台服务器。

3.根据权利要求2所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于，所述待发送的数据信号以ASCII形式发送至所述输入模块；所述调制模块、第一解调模块、以及第二解调模块均通过AM方式进行处理。

4.根据权利要求2所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于，所述反射模块中包含一反射镜。

5.根据权利要求4所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于， 所述反射镜前还包含一铁电液晶快门。

6.根据权利要求5所述的基于反射原理的可见光通讯系统，其特征在于，所述微控制器模块通过控所述制铁电液晶快门的开关来控制反射镜进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光。

7.一种如权利要求1所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、光信号发射端将接收的待发送的数据信号进行调制、信号放大、并由所述光信号发射端内置的驱动电路驱动LED灯向另一装置以第一入射角发送带有数据信息的光信号；

S2、光信号反射端将接收的光信号转换为电信号、解调得到第一解调信号，并根据所述第一解调信号的信息控制光信号反射端内置的反射镜以第二入射角将光信号反射回所述光信号接收端，所述第二入射角与第一入射角相等；

S3、所述光信号接收端接收反射的光信号、将所述光信号转换为电信号、解调并输出至后台服务器。

8.根据权利要求7所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其特征在于，所述待发送的数据信号以ASCII形式发送至所述输入模块。

9.根据权利要求7所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其特征在于，所述反射镜前还包含一铁电液晶快门。

10.根据权利要求9所述的基于反射原理的可见光通讯方法，其特征在于，所述微控制器模块通过控制铁电液晶快门的开关来控制反射镜进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光。