一种基于可见光通信的屏幕双向通信系统的制作方法

本发明涉及可见光通信系统，尤其是涉及一种基于可见光通信的屏幕双向通信系统。

背景技术：

随着通信技术的发展，无线频谱资源日趋匮乏，人们将更多的目光放在了可见光通信的研究上。信息保密、通信无害以及不占用无线频谱资源的优点使得可见光通信技术发展迅速。国内外对可见光通信速率的研究已经提升到gbps级别，探索基于led的可见光通信的极致速率固然重要，但也要考虑如何让高速率可见光通信技术在实际场景中得到应用。目前基于led的可见光通信所采用的通用方案为：在发送端将信号调制到led上，在接收端采用光电二极管作为接收器处理光信号。这使得接收端需额外加入光电探测器来接收信号，增加系统的复杂度。而在北方工业大学武梦龙等人于光学学报上发表的《led作为收发元件的双向可见光通信系统方案及实现》中，单颗led可灵活切换为发送端与接收端，作为接收端时，给led提供反偏电压，使其替代光电探测器来接收调制光信号。但其不足之处在于使用单颗led带宽有限且能达到的信号传输速率较低，且对led角度对准有严格要求，实际应用场景受到限制。专利cn207150596u提出了屏幕通信的一种方法，该屏幕通信方式为通过手机摄像头扫描动态二维码获取数据完成通信，并非完整意义上的基于led可见光通信技术的屏幕通信方式。目前设备之间进行数据传输多采用有线连接或采用无线射频通信方式，有线方式不具有较高的便利性，而基于蓝牙或wifi的无线射频通信方式存在数据传输速率低的问题，在大文件传输场合，耗时过多，且不具备较高的保密性。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺点，提供一种基于可见光通信的屏幕双向通信系统。该系统可以结合可见光通信的安全与速率高的优点，且led屏幕可实时切换为发送端和接收端，作为发送端时，信号调制到相应颜色led上，通过不同颜色组合的光来传输，且屏幕通信的光照面积更大，对对准要求降低；作为接收端时，可将led屏幕加上反偏电压作为光接收器接收调制信号，无需额外添加光电探测器，使通信系统简化，更加贴合实际使用场景。

本发明设有信号处理模块、信号编码模块、信号解码模块、电路判决模块、发送电路驱动模块、接收电路驱动模块、led屏幕模块以及光偏振模块；所述信号处理模块设有信号处理器，用于发送与接收数据，且为各自相连的电路判决模块提供相应的指令；所述信号编码模块输入端与信号处理模块连接，将输入信号进行mlt–3编码，三状态的编码信号与不同颜色的led点亮状态相对应，传输至发送电路驱动模块；所述电路判决模块由数据处理器模块提供指令，用于控制led屏幕的接收与发送状态驱动电路是否工作；所述发送电路驱动模块设有led发送驱动电路与信号调制电路，整个模块由电路判决模块控制是否工作，当led屏幕状态切换为发送状态时，led发送驱动电路根据已编码信号控制不同颜色的led的亮灭来传输信号，信号调制电路将传输信号调制到相应颜色的led上；所述led屏幕模块由rgb三色led组成，作为信号的发送与接收端；所述光偏振模块包含偏振片，偏振片贴在led屏幕模块的表面，将上下行传输的光利用偏振角度隔离开，减少数据传输错误；所述接收电路驱动模块设有led接收驱动电路、信号解调电路，接收驱动电路给led提供反偏电压使屏幕处于接收状态，解调电路将用于解调出加载在不同颜色led上的传输信号；所述信号解码模块的与接收电路驱动模块相连，将解调电路的输出信号还原为原始传输信号。

所述信号处理模块设有信号处理器，发出指令至电路判决模块，控制接收电路驱动模块与发送电路驱动模块是否工作；发送驱动电路工作时，信号处理模块提供输入信号比特流，传输至信号调制模块；接收驱动电路工作时，信号处理器将恢复出来自信号解调模块的传输信号，完成通信。

所述信号编码模块输入端与信号处理模块连接，将输入信号进行mlt–3编码，将01比特流的数据转换为±1、0三个状态的编码信号传输至发送电路驱动模块。

所述电路判决模块由数据处理器模块提供指令，用于控制发送电路驱动模块、接收电路驱动模块是否工作，从而改变led屏幕的接收与发送状态。

所述发送电路驱动模块设有led发送驱动电路与信号调制电路，由电路判决模块控制是否工作，当led屏幕状态切换为发送状态时，驱动电路将接收mlt-3编码信号，三种状态对应于点亮红色led、红色与绿色led、蓝色led三种情况，将传输信号通过控制不同颜色的led调制到相应颜色的led上。

所述led屏幕模块由rgb三色led组成，用来作为信号的发送与接收端；作为发送端时，由发送电路驱动控制不同led点亮传输信号；作为接收端时，接收电路驱动模块给led加反偏电压，反偏电压下的红色led对红光、红光加绿光两种照射有较强的不同程度的电流响应，反偏电压下的绿光led对蓝光有较强的电流响应，以此作为光电转换的传输信号led屏幕上设有偏振片，上下行传输的光通过偏振片设置不同的传输角度使同一屏幕上的上下行led屏幕发射与接收互不干扰，减少数据传输错误。

所述接收电路驱动模块设有led接收驱动电路、信号解调电路，接收驱动电路为led提供反偏电压，使led屏幕处于接收状态；信号解调电路设有比较器，用于判断接收端接收到了何种状态的led光，解调出加载在led上的传输信号。

所述信号解码模块输入端与接收电路驱动模块相连，将解调电路的输出三状态信号进行解码，还原为原始传输信号。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1、通信系统接收端使用施加反偏电压的led来接收光信号，不用额外增加其他光电转换器件，系统的设计更简洁，成本更低；

2、本发明的屏幕通信利用不同波段的led在反偏状态下，对某些特定波段的led激发光产生不同的响应电流的特性，将其与用于以太网物理层的mlt-3编码方式相结合，将rgbled中三种组合的led光激发状态与mlt-3三种电平编码状态相对应，使led器件在低带宽条件下达到高数据率传输的效果；

3、本发明的屏幕间通信设计为双向通信，同一块屏幕能作为发射器与接收器，使通信做可靠传输，并且发射与接收部分采用不同角度的偏振片，防止上下行光路串扰，保证数据的稳定可靠传输。

附图说明

图1为本发明实施例的系统框图。

图2为示出了本发明一种基于可见光通信系统的屏幕双向通信系统实施方式的结构图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明设有信号处理模块、信号编码模块、信号解码模块、电路判决模块、发送电路驱动模块、接收电路驱动模块、led屏幕模块以及光偏振模块；所述信号处理模块设有信号处理器，它可以是任意设备内的信号处理器，用于发送与接收数据，并且为各自相连的电路判决模块提供相应的指令；所述信号编码模块输入端与信号处理模块连接，将输入信号进行mlt–3编码，三状态的编码信号与不同颜色的led点亮状态相对应，传输至发送电路驱动模块；所述电路判决模块由数据处理器模块提供指令，用于控制led屏幕的接收与发送状态驱动电路是否工作；所述发送电路驱动模块设有led发送驱动电路与信号调制电路，整个模块由电路判决模块控制是否工作，当led屏幕状态切换为发送状态时，led发送驱动电路根据已编码信号控制不同颜色的led的亮灭来传输信号，信号调制电路将传输信号调制到相应颜色的led上；所述led屏幕模块由rgb三色led组成，作为信号的发送与接收端；所述光偏振模块包含偏振片，偏振片贴在led屏幕模块的表面，将上下行传输的光利用偏振角度隔离开，减少数据传输错误；所述接收电路驱动模块设有led接收驱动电路、信号解调电路，接收驱动电路给led提供反偏电压使屏幕处于接收状态，解调电路将用于解调出加载在不同颜色led上的传输信号；所述信号解码模块的与接收电路驱动模块相连，将解调电路的输出信号还原为原始传输信号。

如图1～2所示，本发明实施例设有信号处理模块1与14、信号编码模块2与13、信号解码模块3与12、电路判决模块4与11、发送电路驱动模块5与10、接收电路驱动模块6与9、led屏幕模块以及光偏振模块7与8；所述信号处理模块1与14设有信号处理器，它可以是任意设备内的信号处理器，用于提供与接收传输信号，并且为各自相连的电路判决模块4与11提供相应的指令；所述信号编码模块2与13输入端与信号处理模块1与14连接，将输入信号进行mlt–3编码，三状态的编码信号与不同颜色的led点亮状态相对应，传输至发送电路驱动模块5与10；所述发送电路驱动模块5与10设有led发送驱动电路，由电路判决模块4与11各自控制是否工作，当状态切换为发送状态时，发送驱动电路依据已编码信号控制不同颜色的led的亮灭来传输信号，并将传输信号调制到相应颜色的led上；所述led屏幕模块7与8由rgb三色led组成，作为信号的发送与接收端。偏振片贴在模块7与8的表面，将上下行传输的光利用偏振角度隔离开，减少数据传输错误；所述接收电路驱动模块6与9设有led接收驱动电路、信号解调电路，接收驱动电路给led提供反偏电压使屏幕处于接收状态，解调电路将用于解调出加载在不同颜色led上的传输信号；所述信号解码模块3与12的输入端与接收电路驱动模块6与9各自相连，将解调电路的输出信号还原为原始传输信号；所述电路判决模块4与11由数据处理器模块1与14各自提供指令，用于切换屏幕的接收与发送状态驱动电路。

所述信号处理模块1与14设有信号处理器，发出指令使电路判决模块4与11切换到发射电路工作时，信号处理模块1与14提供输入信号比特流，传输至信号调制模块；电路切换到接收电路时，信号处理器1与14将恢复出来自信号解调模块的传输信号，完成通信。

所述信号编码模块2与13输入端与信号处理模块1与14连接，将输入信号进行mlt–3编码，将01比特流的数据转换为±1、0三个状态的编码信号传输至发送电路驱动模块5与10。

所述发送电路驱动模块5与10设有led发送驱动电路与信号调制电路，由电路判决模块4与11控制。当发送电路驱动模块工作时，发送驱动电路模块将接收mlt-3编码信号，三种状态0、+1、-1三种状态的编码对应于点亮红色led、红色与绿色led、蓝色led三种情况，将传输信号通过控制不同颜色的led调制到相应颜色的led上。

所述led屏幕模块7与8由rgb三色led组成，用来作为信号的发送与接收端。作为发送端时，由发送电路驱动5与10控制不同led点亮传输信号；作为接收端时，接收电路驱动模块6与9给led加反偏电压，反偏电压下的不同颜色的led对不同波长的led光有不同的响应状态，以此作为光电转换传输信号；led屏幕上设有偏振片，上下行传输的光通过偏振片设置不同的传输角度使同一屏幕上的上下行led屏幕发射与接收互不干扰，减少数据传输错误。

所述接收电路驱动模块6与9设有led接收驱动电路、信号解调电路，接收驱动电路为led提供反偏电压，使led屏幕处于接收状态；信号解调电路设有比较器，用于判断接收端接收到了何种状态的led光，解调出加载在led上的传输信。

所述信号解码模块3与12输入端与接收电路驱动模块6与9相连，将解调电路的输出三状态信号进行解码，还原为原始传输信号。

所述电路判决模块4与11由数据处理器模块提供指令，用于切换屏幕的接收与发送状态驱动电路。