一種手機移動端太陽能led光控門禁裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置，包括可見光傳輸鏈路、主控制器、音頻編碼解碼器以及音頻輸入輸出端；所述可見光傳輸鏈路包括LED驅動電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測模塊；所述主控制器是單片機，用于控制所述音頻編碼解碼器進行語音數據的采集和壓縮編碼，并將采集數據通過串口發送到ＬＥＤ驅動電路，所述LED驅動電路根據指令發出通斷信號；光電檢測模塊控制所述PD光敏管接收光信號并輸送到所述主控制器，所述主控制器將接收的數據發送給所述音頻編碼解碼器進行解碼輸出。該系統實現復雜度和成本低、通信距離遠，可以兼顧照明與實時語音對講，同時系統還可以傳輸除語音外的其他數據。
【專利說明】
一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置
技術領域
[0001]本發明涉及光通信技術領域，尤其是一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置。
【背景技術】
[0002]太陽能(solarenergy)，是指太陽的熱福射能(參見熱能傳播的三種方式)，主要表現就是常說的太陽光線。在現代一般用作發電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，太陽能發電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風能、化學能、水能等。
[0003]太陽能是由太陽內部氫原子發生氫氦聚變釋放出巨大核能而產生的，來自太陽的福射能量。
[0004]人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經過漫長的地質年代演變形成的一次能源。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。
[0005]在現有的無線技術當中，除去基于電磁波傳輸信息的傳統射頻通信外，還有基于光的無線通信，其中，有基于紅外激光等的通信技術，還有基于可見光的無線通信技術。可見光通信技術，是利用發光的二極管發出的肉眼覺察不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的。將需要傳輸的數據加載到光載波信號上，并進行調制，然后利用光電轉換器件接收光載波信號并解調以獲取信息。可見光通信系統能夠覆蓋燈光所能達到的范圍，不需要電線連接。光通信技術具有極大的發展前景，將為光通信提供一種全新的高速數據接入方式。
[0006]現有的門禁系統一般采用有線的信號傳輸，需要預設信號傳輸線，安裝復雜而且成本高，現有的光通信系統復雜度很高，通信距離僅為幾X1cm，且存在很難保證R G B三色L E D合成白光的問題，不具有實用性。
【發明內容】
[0007]本發明的發明目的是，克服現有技術方法的不足，提供了一種實現復雜度和成本低、通信距離遠，可以兼顧照明與實時語音對講的基于光通信的門禁語音系統，同時系統還可以傳輸除語音外的其他數據。
[0008]為實現上述發明目的，提出了如下技術方案:
一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置，包括;可見光傳輸鏈路、主控制器、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路;所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述手中央處理器連接光鑰匙模塊;所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;所述可見光傳輸鏈路包括LED驅動電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測模塊;所述主控制器是單片機，用于控制所述音頻編碼解碼器進行語音數據的采集和壓縮編碼，并將采集數據通過串口發送到L E D驅動電路，所述LED驅動電路根據指令發出通斷信號;光電檢測模塊控制所述PD光敏管接收光信號并輸送到所述主控制器，所述主控制器將接收的數據發送給所述音頻編碼解碼器進行解碼輸出。
[0009]可選地，所述基于光通信的門禁語音通話系統的上下行鏈路均使用IW普通白光LED，采用開關鍵控-非歸零碼(OOK-NRZ )調制方式。
[0010]所發送密鑰為TTL電平信號，即+5V表示高電平“1”，0V表示低電平“O”；基于TTL信號電平特點，選用低成本、小體積PNP型貼片三極管S8550及其相關外圍器件，構成了LED驅動電路;光鑰匙是基于單片機STC12C2052AD設計的一種發送端;光鑰匙可以發送不同的密鑰，所述光鑰匙模塊不是一個簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。
[0011]所述LED驅動電路中，來自單片機的音頻數據通過跨導放大電路放大并轉換成電流信號，通過Bias-T疊加直流后加載到LED燈上。LED的發散角一般較大，在LED燈前端加距離可調的準直透鏡，調節光線的發散角度，以便用于不同距離的照明和通信。
[0012]所述PD光敏管是接收面積為5mmX 5mm，的PD光敏管。PD光敏管面積越大接收的光功率越大，但響應帶寬會越小。H)光敏管前端加面積較大的非球面準直透鏡增大接收光功率。ro光敏管將光信號轉換成電流信號輸出，目前的可見光ro光敏管響應靈敏度峰值大多在紅光波段，所述H)光敏管靈敏度在LED光譜峰值450nm處不到0.3A\W。當通信距離較遠時，ro光敏管接收的光功率較小，因此輸出的電流信號很小，一般只有幾X 1mA。
[0013]為了進行后續的數據處理，需要對ro光敏管輸出的電流進行放大。
[0014]所述光電檢測模塊中，第I級的低噪跨阻放大器將電流信號轉換成電壓信號，再經過第2級電壓放大器后電壓幅度可達到2?3V，經電壓比較器后輸出3.3V的TTL信號，輸入到單片機進行處理。
[0015]
所述音頻編碼解碼器是一款低功耗、高保真和體積小的WM8960音頻編解碼器，其集成了麥克風、耳機接口和放大器，因此大大減少了外部電路元器件的數量和電路體積。麥克風輸入的模擬音頻數據經24bit的ADC采樣后進行音頻編碼，解碼后的數據經過24bit的DAC后輸出到耳機或揚聲器。系統中，編解碼器通過數字接口傳輸音頻數據，通過控制接口接收控制數據。該編碼器的采樣率可以設置為8?48kHz，左、右聲道的數據均為16bit，因此語音信號的速率為256?1536kbit/s，當通信速率大于1536kbit/s時就能保證清晰的語音傳輸。
[0016]所述基于光通信的門禁語音通話系統采用強度調制和直接檢測(頂/DD)，即LED發射光功率隨傳輸信號變化，接收端的光電探測器件，如光電二極管(PD)、雪崩二極管(AF1D)和攝像鏡頭等，接收強弱變化的光強并轉化成電流信號。由于當收發端之間存在直射鏈路時，直射鏈路功率占總接收功率的97.6%，當通信終端的H)位于LED光源之后時，幾乎可以忽略發送端光線對自身接收端的干擾影響。因此，上下行鏈路均使用白光LED進行通信。
[0017]該發明的有益效果:
應用人工智能專家系統、知識工程、模式識別、人工神經網絡等方法和技術，進行智能化、集成化、協調化、設計和實現的新一代的計算機管理系統。WIFI容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優點。
[0018]光鑰匙和智能移動終端相結合，可以很好的運用Android系統開發手機AAP光密鑰軟件，Android系統是基于Linux的一個開源的操作系統，主要是使用在移動終端(手機和平板)中。Android系統和其他的系統平臺相比，有很大的優勢。它的優勢最主要的體現在它的開放性。Android系統是完全開源的系統，所有的愛好者和廠商都可以參與到Android系統的開發中來，這就為Android系統的發展打下了很好基礎。Android系統已經成為了全球裝機量第一大的系統。Android系統的另一大優勢就是基于谷歌公司的平臺，谷歌公司的地圖、搜索、郵箱等服務產品，能夠無縫的應用到Andr1d系統中去。
[0019]本發明的所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到1/0模塊;FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與1/0間的聯接方式，并最終決定了 FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程;為更好的實現本發明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發電或夜間時候依然滿足對整個系統進行供電
在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內，而出現太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池組將進行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內，對中央處理器及現場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統工作。
[0020]基于光通信的門禁語音通話系統采用00K-NRZ調制編碼方式，降低系統實現復雜度。在發射端L E D和接收端P D光敏管前加上透鏡，可以減小LED光線的發散角和增加PD光敏管的接收光強，從而增大通信距離。
[0021]為了實現低成本和低功耗的要求，用單片機作為主控制，控制音頻編碼解碼器，并進行數據的傳輸。本系統可實現最高2.5Mbit\s的通信速率，最遠通信距離可達40m，系統復雜度低、實現簡單、設備體積小、功耗低、成本低和性能穩定，具有較好的實用性。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的系統結構示意圖；
圖2是LED驅動電路結構示意圖；
圖3是光電檢測模塊結構示意圖；
圖4是音頻編碼解碼器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的一種基于光通信的門禁語音系統作進一步詳盡描述: 如圖1所示，一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置，包括:可見光傳輸鏈路、主控制器、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路;所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述手中央處理器連接光鑰匙模塊;所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;所述可見光傳輸鏈路包括LED驅動電路、LED燈、透鏡、H)光敏管和光電檢測模塊;所述主控制器是單片機，用于控制所述音頻編碼解碼器進行語音數據的采集和壓縮編碼，并將采集數據通過串口發送到LE D驅動電路，所述LED驅動電路根據指令發出通斷信號;光電檢測模塊控制所述H)光敏管接收光信號并輸送到所述主控制器，所述主控制器將接收的數據發送給所述音頻編碼解碼器進行解碼輸出。
[0024]所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊;FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了 FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程;為更好的實現本發明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發電或夜間時候依然滿足對整個系統進行供電。
[0025]在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內，而出現太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池組將進行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內，對中央處理器及現場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統工作。
[0026]優選地，所述基于光通信的門禁語音通話系統的上下行鏈路均使用IW普通白光LED，采用開關鍵控-非歸零碼(OOK-NRZ )調制方式。
[0027]如圖2所示，所述LED驅動電路中，來自單片機的音頻數據通過跨導放大電路放大并轉換成電流信號，通過Bias-T疊加直流后加載到LED燈上。LED的發散角一般較大，在LED燈前端加距離可調的準直透鏡，調節光線的發散角度，以便用于不同距離的照明和通
?目O
[0028]優選地，所述ro光敏管是接收面積為5mmX5mm，的ro光敏管。ro光敏管面積越大接收的光功率越大，但響應帶寬會越小。PD光敏管前端加面積較大的非球面準直透鏡增大接收光功率。ro光敏管將光信號轉換成電流信號輸出，目前的可見光ro光敏管響應靈敏度峰值大多在紅光波段，所述ro光敏管靈敏度在LED光譜峰值450nm處不到0.3A\W。當通信距離較遠時，H)光敏管接收的光功率較小，因此輸出的電流信號很小，一般只有幾X 1mA。
[0029]為了進行后續的數據處理，需要對ro光敏管輸出的電流進行放大。
[0030]如圖3所示，所述光電檢測模塊中，第I級的低噪跨阻放大器將電流信號轉換成電壓信號，再經過第2級電壓放大器后電壓幅度可達到2?3V，經電壓比較器后輸出3.3V的TTL信號，輸入到單片機進行處理。
[0031]
如圖4所示，所述音頻編碼解碼器是一款低功耗、高保真和體積小的WM8960音頻編解碼器，其集成了麥克風、耳機接口和放大器，因此大大減少了外部電路元器件的數量和電路體積。麥克風輸入的模擬音頻數據經24bit的ADC采樣后進行音頻編碼，解碼后的數據經過24bit的DAC后輸出到耳機或揚聲器。系統中，編解碼器通過數字接口傳輸音頻數據，通過控制接口接收控制數據。該編碼器的采樣率可以設置為8?48kHz，左、右聲道的數據均為16bit，因此語音信號的速率為256?1536kbit/s，當通信速率大于1536kbit/s時就能保證清晰的語音傳輸。
[0032]所述基于光通信的門禁語音通話系統采用強度調制和直接檢測(頂/DD)，即LED發射光功率隨傳輸信號變化，接收端的光電探測器件，如光電二極管(PD)、雪崩二極管(AF1D)和攝像鏡頭等，接收強弱變化的光強并轉化成電流信號。由于當收發端之間存在直射鏈路時，直射鏈路功率占總接收功率的97.6%，當通信終端的H)位于LED光源之后時，幾乎可以忽略發送端光線對自身接收端的干擾影響。因此，上下行鏈路均使用白光LED進行通信。
[0033]上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。
【主權項】
1.一種手機移動端太陽能LED光控門禁裝置，其特征在于，包括；中央處理器、現場可編程門陣列電路、可見光傳輸鏈路、主控制器、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述可見光傳輸鏈路包括LED驅動電路、LED燈、透鏡、H)光敏管和光電檢測模塊;所述手中央處理器連接光鑰匙模塊;所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;所述主控制器是單片機，用于控制所述音頻編碼解碼器進行語音數據的采集和壓縮編碼，并將采集數據通過串口發送到LE D驅動電路，所述LED驅動電路根據指令發出通斷信號;光電檢測模塊控制所述H)光敏管接收光信號并輸送到所述主控制器，所述主控制器將接收的數據發送給所述音頻編碼解碼器進行解碼輸出。2.根據權利要求1所述的一種基于光通信的門禁語音系統，其特征在于，所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分；FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程。3.根據權利要求2所述的一種基于光通信的門禁語音系統，其特征在于，所述LED驅動電路中，來自單片機的音頻數據通過跨導放大電路放大并轉換成電流信號，通過Bias-T疊加直流后加載到LED燈上。4.根據權利要求1所述的一種基于光通信的門禁語音系統，其特征在于， 基于光通信的門禁語音通話系統采用強度調制和直接檢測(頂/DD)，即LED發射光功率隨傳輸信號變化，接收端的光電探測器件，如光電二極管(PD)、雪崩二極管(APD)和攝像鏡頭等，接收強弱變化的光強并轉化成電流信號。5.由于當收發端之間存在直射鏈路時，直射鏈路功率占總接收功率的97.6%，當通信終端的F1D位于LED光源之后時，幾乎可以忽略發送端光線對自身接收端的干擾影響。6.根據權利要求4所述的一種基于光通信的門禁語音系統，其特征在于，所述光電檢測模塊中，第I級的低噪跨阻放大器將電流信號轉換成電壓信號，再經過第2級電壓放大器后電壓幅度可達到2?3V，經電壓比較器后輸出3.3V的TTL信號，輸入到單片機進行處理。
【文檔編號】G07C9/00GK106056716SQ201610419674
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】楊定寬
【申請人】蘇州邁奇杰智能技術有限公司