可见光通信系统及方法与流程

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于LED可见光进行通信的系统、使用该通信系统进行通信的方法以及对该通信系统的应用。

背景技术：

使用可见光范围的光的光学通信技术近年来备受关注。伴随着使用诸如发光二极管(LED)之类的发光器件的照明设备的迅速增多，开发使用包括室内和室外照明的基础设施来实现更方便、更高速率的数据通信技术是未来光通信技术的发展方向。目前已经存在、并且与该技术相似的近距离通信手段是：红外通信技术。红外通信技术主要应用在家电的遥控器上。

技术实现要素：

本发明提供了一种可见光通信系统，包括

控制单元Ⅰ，用于接收通信密码，并将所述通信密码转化为LED光信号；

光发射单元，用于发射携带有通信密码的LED光信号；

光接收单元，用于接收携带有通信密码的LED光信号；

控制单元Ⅱ，用于将光接收单元接收到的LED光信号解码为通信密码。

通过可见光传递信息，在短距离通信领域具有信息传递过程简洁、通信迅速快、安全的优势。

进一步的，所述控制单元Ⅰ包括通信密码接收模块，根据触发信号获取通信密码。

进一步的，所述控制单元Ⅰ还包括通信密码转换模块，将通信密码转换为二进制数据，生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述LED光信号以闪光的形式发射出去。

进一步的，所述控制单元Ⅰ还包括加密模块，所述加密模块用于对控制单元Ⅰ获取的通信密码进行加密。

进一步的，所述通信密码可以为随机编译的密码或者预先存储的密码。

更进一步的，所述控制单元Ⅰ还包括存储模块，用于存储预设的通信密码。

使用可见光通信系统进行可见光通信的方法，包括以下步骤：

控制单元Ⅰ接收通信密码，并将所述通信密码转化为LED光信号，光发射单元将携带有通信密码的LED光信号发射出去，光接收单元接收光发射单元发射的携带有通信密码的LED光信号，控制单元Ⅱ将光接收单元接收到的LED光信号解码为通信密码。

进一步的，所述控制单元Ⅰ将通信密码转化为LED光信号的方法为将通信密码转换为二进制数据，生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述LED光信号以闪光的形式发射出去。

进一步的，所述通信方法包括对通信密码转换模块转换的二进制数据进行加密的步骤。

进一步的，所述通信方法还包括对解码后的通信密码进行核对的步骤。

本发明的有益效果：

可见光通信系统实现了可见光的点对点通信，相较于蓝牙、WIFI等通信技术需要配对或连接成功后才能进行通信的技术更为简洁、快速。

通过加密模块，光发射单元和光接收单元之间所传输的可见光信号不是原始数据信号，而是加密过的信号，大大提高了可见光通信的安全性。

将可见光通信系统应用于门锁以及门禁上，使用光信号进行锁控，用户可以看见LED可见光的照射范围，准确发射LED可见光，可见光信号也难以被人截取导致密码泄露，极大提高了门锁、门禁系统的安全性。

附图说明

图1是可见光通信系统的结构框图，

图2是可见光通信方法的流程图，

图3是控制单元Ⅰ的原理框图，

图4是可见光通信方法的另一流程图，

图5是光发射单元的电路图，

图6是光接收单元的电路图，

图7是控制单元Ⅰ的另一结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。

实施例一

图1给出了一种可见光通信系统的结构框图，包括

控制单元Ⅰ，用于接收通信密码，并将所述通信密码转化为LED光信号；

光发射单元，用于发射携带有通信密码的LED光信号；

光接收单元，用于接收携带有通信密码的LED光信号；

控制单元Ⅱ，用于将光接收单元接收到的LED光信号解码为通信密码。

使用图1所示可见光通信系统进行通信的方法如图2所示，包括以下步骤：

S1、控制单元Ⅰ接收通信密码，并将所述通信密码转化为LED光信号，

S2、光发射单元将携带有通信密码的LED光信号发射出去，

S3、光接收单元接收光发射单元发射的携带有通信密码的LED光信号，

S4、控制单元Ⅱ将光接收单元接收到的LED光信号解码为通信密码。

进一步的，参见图3，所述控制单元Ⅰ包括通信密码接收模块和通信密码转换模块，所述通信密码接收模块根据触发信号获取通信密码；所述通信密码转换模块将通信密码转换为二进制数据，生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述LED光信号以闪光的形式发射出去。

进一步的，所述控制单元Ⅰ将通信密码转化为LED光信号的方法为将通信密码转换为二进制数据，生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述二进制数据以闪光的形式发射出去。

进一步的，参见图4，使用所述可见光通信系统进行通信的方法还包括步骤S5：对解码后的通信密码进行核对。

在本发明实施例中，所述通信密码可以为随机编译的密码或者预先存储的密码。参见图3，所述控制单元Ⅰ还包括存储模块，用于存储预设的通信密码。

具体的，在硬件结构上，控制单元Ⅰ和控制单元Ⅱ可以采用单片机，而光发射单元可以采用如图5所示的发射电路，所示发射电路包括一个发光二极管D1、一个三极管Q1、两个电阻R1、R2，所述电阻R1与发光二极管D1连接在三极管Q1的集电极，所述电阻R2连接在三极管的基极与发射极之间，所述发射电路输入信号由控制单元Ⅰ的单片机向三极管的基极发送。

所述发射电路中各元件功能：

电阻R1为限流电阻，防止发光二极管D1因电流过大而烧坏。

电阻R2在没有信号输入的时候，保证Signal Input端为低电平，避免误发信号。

发光二极管D1发送可见光信号。

三极管Q1驱动发光二极管。

整个发射电路的功能为：

1、当Signal Input置1时，发光二极管点亮，置1的时间多长，点亮的时间就多长。

2、当Signal Input置0时，发光二极管熄灭，置0的时间多长，熄灭的时间就多长。

当Signal Input无输入时，发光二极管常灭。

光接收单元可以采用如图6所示的接收电路，所述接收电路包括两个电阻R3、R4，一个光电池D2和一个电压比较器U1构成。各元件功能如下：

电阻R4、R3为电压比较器提供基准电压。

光电池D2产生的电压与光照射的强度成正比。

电压比较器U1：当IN+>IN-时，输出高电平；当IN+<IN-时，输出低电平。

整个接收电路的功能为：

1、当光电池有光照射时，Signal Output输出1，照射的时间多长，输出1的时间就多长。

2、当光电池无光照射时，Signal Output输出0，无光的时间多长，输出0的时间就多长。

以下以可见光通信系统应用于智能门锁为例，进一步说明本发明的可见光通信系统及方法。

所述控制单元Ⅰ和光发射单元可以集成在手机、PAD等便携式电子设备上，或者一个终端上，或者专门开发的一个可以和智能门锁匹配的电子钥匙上；光接收单元和控制单元Ⅱ设置在智能门锁上。当用户需要输入密码开门时，拿出比如手机，打开手机专门用于开锁的APP，触摸例如“开锁”、“输入密码”等按钮，向控制单元Ⅰ即发送了获取通信密码的触发信号，本实施例通信密码即为十进制数的数字门锁密码，由通信密码接收模块获取已经预设好的门锁密码，通信密码转换模块将门锁密码转换为二进制数据，由此生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述二进制数据以闪光的形式发射出去。比如门锁密码是106104，转换为二进制数是00011001111001111000，则控制单元Ⅰ单片机向光发射单元发射电路以高低电平的形式点亮或熄灭手机LED灯。具体的，

发射第0位数据0，熄灭发光二极管，持续一定的时间；

发射第1位数据0，熄灭发光二极管，持续一定的时间；

发射第2位数据0，熄灭发光二极管，持续一定的时间；

发射第3位数据1，点亮发光二极管，持续一定的时间；

发射第4位数据1，点亮发光二极管，持续一定的时间；

直至

发射第19位数据0，熄灭发光二极管，持续一定的时间。

在手机LED灯点亮熄灭过程中，置于智能门锁的光接收电路的光电池也被间歇的照射，当光电池有可见光照射时，电压比较器的IN+电位高于IN-的电位，电压比较器输出高电平，反之电压比较器输出为低电平。这样连接在电压比较器输出端的单片机对二进制数据进行解码，智能门锁获取密码106104，获取门锁密码之后，智能门锁对门锁密码进行核对，如果正确即开锁。

实施例二

参照图7，本实施例的可见光通信系统与实施例一的不同之处在于：所述控制单元Ⅰ还包括加密模块，所述加密模块用于对控制单元Ⅰ获取的通信密码进行加密，加密可以采用动态加密算法等现有技术已经很成熟的算法进行加密，这里不再赘述。实施例一中的光接收单元在可见光能到达的一定区域内都能接收到来自光发射单元的可见光信号，如果通信密码不加密，很容易通过伪造的光接收单元以及控制单元Ⅱ破解通信密码，从而给通信安全造成很大的威胁，这样的通信系统被应用到例如智能门锁上是很危险的，而加密模块可以确保通信密码经过加密后，即使有人恶意截取通信密码进行破解，所解码的通信密码也不是真实的通信密码，自然难以实现开锁、开启门禁等操作，保证了系统的安全性。

由于控制单元Ⅰ具有加密模块，所以本实施例的可见光通信方法中控制单元Ⅰ将通信密码转化为LED光信号的方法除了将通信密码转换为二进制数据以外，还包括将转换的二进制数据进行加密的步骤。

以下以可见光通信系统应用于门禁系统为例，进一步说明本发明的可见光通信系统及方法。

所述控制单元Ⅰ和光发射单元可以集成在手机、PAD等便携式电子设备上，或者一个终端上，或者专门开发的一个可以和门禁系统匹配的电子钥匙上；光接收单元和控制单元Ⅱ设置在门禁上。当用户需要输入个人信息开门时，打开比如车载终端里专门用于开启门禁的APP，触摸例如“开门”、“输入密码”等按钮，向控制单元Ⅰ即发送了获取通信密码的触发信号，这里所说的通信密码不只局限于十进制数的数字密码，也可能是代表个人身份的信息，比如名字、住址、身份证号码等，由通信密码接收模块获取已经预设好的通信密码，通信密码转换模块将通信密码转换为二进制数据，并通过加密模块对二进制数据进行加密，由此生成LED光信号，并根据LED光信号触发光发射单元将所述二进制数据以闪光的形式发射出去。

在车辆照明LED灯点亮熄灭过程中，置于门禁的光接收电路的光电池也被间歇的照射，当光电池有可见光照射时，电压比较器的IN+电位高于IN-的电位，电压比较器输出高电平，反之电压比较器输出为低电平。这样连接在电压比较器输出端的单片机对二进制数据进行解码，门禁系统获取密码，获取门锁密码之后，门禁系统对通信密码进行核对，如果正确即开门。