基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法
【专利摘要】一种基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法，该系统包括：具有外置LED模块和安装编码模块的智能手机的发送端，该LED模块接于该智能手机的音频接口；以及，具有光线传感器、解码模块以及应用软件的接收端。编码模块将原始数据打包、编码，并以编码数据对音频信号进行调制后传送至该LED模块，变换为可见光信号发送；光纤传感器接收可见光信号并转换为电信号，由解码模块解码获取数据包；并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，通过，传送解码后的数据给应用软件处理。其勿需对移动备的硬件做改造，外接LED模块即可实现可见光近距离通信，可广泛应用于移动支付、设备配对和手机用户间数据交换等近场通信应用场景中。
【专利说明】基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于近距离无线通信领域，具体涉及一种基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前在手机移动设备上较为广泛使用的近距离通信技术除了蓝牙、WIF1、红外数据传输外，还有近距离通信NFC技术。
[0003]NFC芯片装在手机等设备上，就可以实现电子支付或读取其他NFC设备或标签的信息。但是由于NFC成本问题，目前只有有限的一些手机平台配备有内置NFC芯片，中低端手机很少内置NFC芯片。
[0004]可见光通信(Visible Light Communication, VLC)是一种新兴的基于可见光(400THz-790THz)的光无线通信技术，由于其LoS (Line of Sight)特性，可见光通信可以提供短距离、安全、无干扰的无线链路，与传统的射频通信相比，可见光无线通信不用申请频谱证，也可以避免电磁波干扰。
[0005]鉴于VLC技术的优点，将VLC技术用到手机等移动设备上进行近场通信也不失为一个好的解决方案。在不具备NFC芯片的智能手机上，可以利用智能机内置的LED闪光灯进行光通信。但是由于智能手机碎片化严重，内置LED闪光灯的控制接口不统一，加上智能机是个多任务的操作系统，导致LED闪光灯可控性和控制的及时性比较差。同时存在部分低配置智能手机没有带LED闪光灯的情况，所以在不改变手机硬件的情况下，利用手机内置LED闪光灯进行通信就存在很大的限制性。
【发明内容】
[0006]针对现有NFC智能手机使用的限制性以及手机内置的LED的限制性，本发明提供一种基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法。本发明通过外接LED模块，将可见光通信技术用于手机近距离通信，以满足移动支付、设备配对和手机用户间数据交换等应用。
[0007]本发明基于手机音频接口的可见光近距离通信系统，包括:
一发送端，该发送端包含配置编码模块和应用程序的智能手机以及外置LED模块，该外置LED模块连接于该智能手机的音频接口(耳机接口);其中，所述编码模块用于向来自应用程序的原始数据加入CRC校验码，以规定的帧格式进行数据打包，按串口通信协议进行编码，并以编码数据对音频信号进行调制；所述外置LED模块用于将输入的调制后音频信号变换为可见光信号发送；
一接收端，该接收端具有光线传感器、解码模块以及应用软件；其中，所述光线传感器用于接收所述可见光信号并转换为电信号；所述的解码模块采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包；并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用程序；否则，丢弃不能解码的数据。[0008]上述系统中，所述外置LED模块还包括音频插头，通过该音频插头与所述智能手机的音频插口(耳机接口)连接。
[0009]所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率及位深度由所述智能手机所支持。
[0010]所述调制后的音频信号通过所述音频接口的左声道或者右声道传送给所述外置LED模块。
[0011]一种基于手机音频接口的可见光近距离通信方法，基于本发明上述通信系统来实现。该通信方法包括如下步骤:
1).智能手机的编码模块首先加入CRC校验码到待传输的原始数据，并以规定的帧格式进行数据打包，之后将数据包按串口通信协议进行编码形成编码数据；
2).编码模块以编码后的编码数据对音频信号进行调制，并传送至外置LED模块，外置LED模块将输入的调制后音频信号变换为可见光信号发送；
3).接收端的光线传感器接收所述可见光信号并转换为电信号，送入解码模块；
4).解码模块采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包，并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用软件；否则，丢弃不能解码的数据。
[0012]上述步骤I)中，所述的原始数据来自所述智能手机中的应用程序。
[0013]上述步骤2)中，所述调制后音频信号通过所述智能手机的音频接口传送给所述外置LED模块。
[0014]上述步骤2)中，所述音频信号由所述智能手机提供，所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率及位深度由所述智能手机所支持，如采样率可以为4KHZ到48KHZ，位深度为 8bit 或 16bit。
[0015]本发明的优点与积极效果如下:首先是在移动设备上使用的统一，在具备耳机接口的智能手机等移动设备上，安装软编码模块和应用程序，同时插入外置LED模块后，就可以使用该近场通信技术，而且软编码模块可以根据不同手机平台进行移植和安装，大大降低了通信的限制性。
[0016]本发明所采用的可见光传输方式可以更好地保证通信的隐私性和安全性，降低数据被窃取的危险性，同时还可以避免蓝牙和W1-Fi通信所必须的繁琐的认证过程。与NFC技术相比，本发明是借助手机外置LED装置来通信，不需要手机具备NFC芯片，为现存手机做了一种通信的扩展。这些优势使得本发明方案可以作为现有NFC技术的另一种潜在选择，应用于移动支付、设备配对和手机用户间数据交换等近场通信应用场景中。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明基于手机音频接口的可见光近距离通信系统的架构图；
图2为基于图1所示系统实现的可见光近距离通信方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019]如图1所示，实施例基于手机音频接口的可见光近距离通信系统由利用可见光信道通信的发送端和接收端两部分组成。[0020]发送端包含外置LED模块10和智能手机。智能手机中配置编码模块11和应用程序12，外置LED模块10连接于智能手机的音频接口(耳机接口)。
[0021]应用程序12接收待传输的原始数据，编码模块11将CRC校验码加入到该原始数据中，以规定的帧格式进行数据打包，并按串口通信协议进行编码，然后以编码数据对音频信号进行调制。所述音频信号由智能手机提供，所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率为4KHZ — 48KHZ，位深度为8bit或16bit。外置LED模块10用于将输入的调制后音频信号变换为可见光信号向接收端发送。
[0022]外置LED模块10还包括音频插头，通过该音频插头与所述智能手机的音频接口连接。
[0023]所述调制后的音频信号通过所述音频接口的左声道或者右声道传送给所述外置LED模块。
[0024]接收端包括光线传感器20、解码模块21以及应用软件22。光线传感器22用于接收来自外置LED模块10的可见光信号，并转换为电信号。解码模块11采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包，并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用软件22处理；否则，丢弃不能解码的数据。
[0025]参照图2，基于图1所示通信系统的可见光近距离通信方法，包括以下步骤:
1).智能手机的编码模块11首先加入CRC校验码到待传输的原始数据，并以规定的帧格式进行数据打包，之后将数据包按串口通信协议进行编码形成编码数据；
其中，所述原始数据来自智能手机中的应用程序12 ；
2).编码模块11以编码后的编码数据对音频信号进行调制，调制后的音频信号通过智能手机的音频接口(左声道或右声道)传送给外置LED模块10，外置LED模块10将输入的调制后音频信号变换为可见光信号发送；
3).接收端的光线传感器20接收所述可见光信号并转换为电信号，送入解码模块21；
4).解码模块21采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包；并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用软件22 ;否则，丢弃不能解码的数据。
[0026]步骤2)中，所述音频信号由所述智能手机提供，所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率及位深度由所述智能手机所支持，采样率为4KHZ — 48KHZ，位深度为8bit或16bit0
[0027]本发明基于手机音频接口的可见光近距离通信系统及方法，适用于手机近距离通信的应用场景中，不需要对移动设备的硬件做改造，外接LED模块即可实现可见光近距离通信，可实现移动支付、设备配对、手机间数据交换等近场通信功能，具有较大的发展空间和应用前景。
【权利要求】
1.一种基于手机音频接口的可见光近距离通信系统，包括发送端和接收端；其特征在于: 所述发送端包含配置有编码模块和应用程序的智能手机以及外置LED模块，该外置LED模块连接于该智能手机的音频接口(耳机接口);其中，所述编码模块用于向来自应用程序的原始数据加入CRC校验码，以规定的帧格式进行数据打包，按串口通信协议进行编码，并以编码数据对音频信号进行调制；所述外置LED模块用于将输入的调制后音频信号变换为可见光信号发送； 所述接收端具有光线传感器、解码模块以及应用软件；其中，所述光线传感器用于接收所述可见光信号并转换为电信号；所述解码模块采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包，并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用程序；否则，丢弃不能解码的数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外置LED模块具有音频插头，通过该首频插头与所述智能手机的首频插口连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调制后的音频信号通过所述音频接口的左声道或者右声道传送给所述外置LED模块。
4.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率及位深度由所述智能手机所支持。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述采样率为4KHZ— 48KHZ，位深度为8bit 或 16bit。
6.一种基于手机音频接口的可见光近距离通信方法，其特征在于，包括如下步骤: 1).智能手机的编码模块首先加入CRC校验码到待传输的原始数据，并以规定的帧格式进行数据打包，之后将数据包按串口通信协议进行编码形成编码数据； 2).编码模块以所述编码数据对音频信号进行调制，并传送至外置LED模块，外置LED模块将输入的调制后音频信号变换为可见光信号发送； 3).接收端的光线传感器接收所述可见光信号并转换为电信号，送入解码模块； 4).解码模块采用串口通信协议对该电信号进行解码，获取数据包，并判断每个数据包中的数据是否能通过CRC校验，若能通过CRC校验，将解码得到的数据传送给接收端的应用软件；否则，丢弃不能解码的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤I)中，所述的原始数据来自所述智能手机中的应用程序。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述调制后音频信号通过所述智能手机的音频接口传送给所述外置LED模块。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述音频信号为方波形式的音频信号，采样率及位深度由所述智能手机所支持。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述采样率为4KHZ—48KHZ，所述位深度为 8bit 或 16bit。
【文档编号】H04B10/116GK103873145SQ201410076074
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】权进国, 蔡昌宏, 钟俊峰, 戚峰, 廖世迁, 金爽 申请人:清华大学深圳研究生院