本發(fā)明涉及可見光通信技術領域，尤其是一種室內(nèi)無線CCD控制智能凈化器。

背景技術：

太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的，來自太陽的輻射能量。

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(nèi)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(jīng)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(nèi)部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

可見光通信技術，是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。利用這種技術做成的系統(tǒng)能夠覆蓋室內(nèi)燈光達到的范圍，電腦不需要電線連接，因而具有廣泛的開發(fā)前景。相比于其他無線電通信方式，可見光通信的主要優(yōu)點是：

（1）光通信的直線定向傳播方式使它的發(fā)射光束窄，方向性好，光束的發(fā)散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量級，因此具有數(shù)據(jù)傳遞的保密性，除非其通信鏈路被截取，否則數(shù)據(jù)不易外泄。由于這些波束非常的定向，是對準某一接收機的，如想截接，就需要用另一部接收機在視距內(nèi)對準發(fā)射機，還需要知道如何接收信號，這是很難做到的。如果被裁接，那么原來鏈路就被中斷了，用戶就會發(fā)現(xiàn)信息被截接。

（2）無須進行昂貴的管道工程施工，其施工成本約為光纜的20 %。組網(wǎng)方便、迅速，光通信組網(wǎng)速度快，只須在通信點上進行設備安裝，適合臨時使用和復雜地形中的緊急組網(wǎng)，對于重新撤換部署也很方便。

（3）由于光波波長短(可見光的約零點幾微米)，所以在完成同樣功能的情況下，光收 發(fā)端的尺寸要比微波、毫米波通信天線的尺寸小很多，具有功耗小、體積小、重量輕等特點，相應的器件成本也較低。

雖然光通信有諸多優(yōu)點，但是也存在著一些弊端，譬如：光波不能穿透墻壁等障礙物，易受太陽光、白熾燈、熒光燈等背景光噪聲的干擾等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術方法的不足，提供了一種點對點通信方式，收、發(fā)均采用相對較小的接收、發(fā)射角度，使用時只需手動粗對準即可，應用于室內(nèi)短距離無線通信，可以達到10Mbps以上的數(shù)據(jù)通信速率，傳輸距離達到5米左右，基本滿足辦公室、實驗室、家庭等室內(nèi)環(huán)境的數(shù)據(jù)通信要求的室內(nèi)LED可見光通信系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術方案：

一種室內(nèi)無線CCD控制智能凈化器，包括：

中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、電源電路、光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設備、LED 燈、智能凈化器、光探測器、信號處理電路；

所述智能凈化器還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能凈化器根據(jù)控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發(fā)出執(zhí)行指令，獲得凈化器內(nèi)的水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號，微處理器對所述水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號進行放大、測量、A/D 包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅動光耦驅動電機，控制其導通與轉速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉的時候，電機處于對應檔的轉速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅動光耦，驅動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉換為控制指令；包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅動光耦驅動電機，控制其導通與轉速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉的時候，電機處于對應檔的轉速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅動光耦，驅動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉換為控制指令。

所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設備、LED 燈、智能凈化器、光探測器、信號處理電路；所述信號調(diào)制設備負責調(diào)制生成原始的電信號；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測器是可見光波段響應較好的 CCD光電轉換器件；所述智能凈化器是可變倍數(shù)的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述智能凈化器之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸；所述電源電路分別連接中央處理器和現(xiàn)場可編程門陣列電路；所述電源電路內(nèi)設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；所述光鑰匙模塊內(nèi)設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計基于虛擬串口的秘鑰發(fā)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(fā)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(jīng)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；

所述光鑰匙模塊內(nèi)設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計基于虛擬串口的秘鑰發(fā)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(fā)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(jīng)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；所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調(diào)制方式，光源將調(diào)制好的光信號以高速、明暗變化的規(guī)律進行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調(diào)制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合 C++軟件編程進行發(fā)射端的軟硬件設計，實現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻100fps 以上、高靈敏度、高響應度 CCD 相機；相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收；所述充電插口設置于閉合門的側端；

橋接電路：連接計算機USB接口和光收發(fā)電路，將來自計算機USB數(shù)據(jù)信號進行變換處理成適合發(fā)射電路調(diào)制的信號，同時將接收電路送來的信號進行變化處理成USB數(shù)據(jù)信號送給計算機，實現(xiàn)高速率的無線雙工通信；所述光鑰匙模塊內(nèi)設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計基于虛擬串口的秘鑰發(fā)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(fā)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(jīng)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；

光發(fā)射機：將經(jīng)過USB接口電路處理過的信號進行編碼調(diào)制，調(diào)制過的信 號再經(jīng)過放大后送去調(diào)制光源一一可見光LED，使其發(fā)出被編碼電信號調(diào)制的可見光光脈沖信號（這個過程稱之為電光轉換，即E/O轉換），最后經(jīng)光學天線發(fā)射到大氣信道中。

光接收機：通過光學天線把發(fā)送端發(fā)送來的光脈沖信號會聚到光電檢測器 PIN，將接收的光信號轉換成電信號（這個過程稱之為光電轉換，即O/E轉換），轉換過來的微弱電信號經(jīng)過放大解調(diào)后送給USB接口電路。

所述光發(fā)射機包括光源和驅動器以及輔助電路。所述輔助電路包括光監(jiān)測器、無光報警電路、自動功率控制電路(APC)和自動溫度控制電路(ATC)；使用時，電信號輸入到驅動器，所述驅動器與光源連接，自動溫度控制電路調(diào)控光源溫度，所述光監(jiān)測器設置在光源照射范圍內(nèi)，并與無光報警電路連接，所述光監(jiān)測器與一自動功率控制電路連接后與驅動器構成反饋電路。

所述的現(xiàn)場可編程門陣列電路，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內(nèi)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)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(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)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(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進行供電；

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)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(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)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(tǒng)工作。

待發(fā)送密鑰為 TTL 電平信號，即+5V 表示高電平“1”，0V 表示低電平“0”；所述LED驅動模塊包括PNP 型貼片三極管 S8550 及其相關外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉換；所述光鑰匙模塊一個一對多的裝置；光鑰匙是基于單片機 STC12C2052AD 設計的一種發(fā)送端。

所述光源工作波段為紅光650nm，與綠光和藍光相比較，紅光在大氣信道中傳輸時，在對背景噪聲中的熒光和紫外線的抵抗能力上具有一定的優(yōu)勢。

所述發(fā)射機電路中采用650nm的紅光發(fā)光二極管（LED）作為發(fā)射機的光源。用于室內(nèi)的便攜無線光傳輸設備，光源必須滿足以下幾個基本的要求：滿足人眼安全要求；調(diào)制速率滿足設計要求（≥10Mb/s）；使用壽命長；價格低，降低成本。所述LED驅動電路采用差分電路。

所述光接收機電路包括光電探測器、放大電路和信號處理電路，對于強度調(diào)制的數(shù)字光信號，在接收端采用直接檢測方式時，主要由光電檢測器、 低噪前置放大器、主放大器、AGC電路等構成光接收機的線性通道，以完成光/電轉換，把信號放大到判決電路所需的信號電平。

在光通信系統(tǒng)中，接收機的作用是把接收到光信號轉變?yōu)殡娦盘?。首先由光電探測器(可以是PIN光電二極管，也可以是PAD雪崩光電二極管)將光發(fā)射機送出的經(jīng)信道傳輸后的微弱的光信號轉變?yōu)殡娦盘?。光電探測器的輸出信號電流很小，必須由低噪聲、寬頻帶的前置放大器進行放大。光電探測器和前置放大器構成光接收機前端，其噪聲性能將是決定接收靈敏度的主要因家。主放大器、均衡器及AGC電路對信號進行高增益的放大并對信號進行補償、整形，以提高信噪比、減少誤碼率，使輸出的脈沖適合判決的要求。

所述低噪前置放大器為寬帶、低噪聲放大器，因為電路工作速率比較高，優(yōu)選為，LNA采用跨阻放大器。

該發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的室內(nèi)LED可見光通信系統(tǒng)主要包括USB橋接電路、光發(fā)射機和光接收機，硬件電路小巧，使用便捷，工作性能良好，利用紫外線對室內(nèi)空氣進行殺菌與消毒的產(chǎn)品，采用運動傳感器和化學傳感器兩個傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的集成設計，使得本空氣凈化器具有自動采集與自動調(diào)整工作狀態(tài)的功能，實現(xiàn)了產(chǎn)品的智能化、節(jié)能性與環(huán)保的特點。另外遠程控制技術與可見光通信技術的結合，實現(xiàn)了對空氣凈化器的遠程設置和開啟關閉，使得空氣凈化器實現(xiàn)了遠程智能控制，并且與照明系統(tǒng)結合，實現(xiàn)了無線通信，獲得美觀、簡潔的用戶體驗。

另外，智能凈化器能夠通過GSM通信模塊實現(xiàn)了遠程控制，用戶可以在回家之前啟動智能凈化器，改善室內(nèi)空氣濕度，在離開家以后關閉，即使忘記出門之前關閉智能凈化器，也可以通過手機發(fā)出控制指令，關閉智能凈化器，這樣能夠合理規(guī)劃智能凈化器的使用時間，延遲使用壽命以及節(jié)約能源。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)， 溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數(shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數(shù)字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成， 主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內(nèi)部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠， 功能強大， 使用方便， 并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口， 使用簡單方便， 在實際使用中無需外部元件， 直接利用數(shù)據(jù)總線供電， 測量溫度范圍較大。因此， 使用范圍較廣， 用途較大。

應用人工智能專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等方法和技術,進行智能化、集成化、協(xié)調(diào)化、設計和實現(xiàn)的新一代的計算機管理系統(tǒng)。WIFI容易被電磁干擾，傳輸?shù)姆较虿豢煽兀艽a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(yōu)點。

光鑰匙和智能移動終端相結合，可以很好的運用Android系統(tǒng)開發(fā)手機AAP光密鑰軟件，Android系統(tǒng)是基于 Linux 的一個開源的操作系統(tǒng)，主要是使用在移動終端（手機和平板）中。Android系統(tǒng)和其他的系統(tǒng)平臺相比，有很大的優(yōu)勢。它的優(yōu)勢最主要的體現(xiàn)在它的開放性。Android系統(tǒng)是完全開源的系統(tǒng)，所有的愛好者和廠商都可以參與到 Android 系統(tǒng)的開發(fā)中來，這就為 Android 系統(tǒng)的發(fā)展打下了很好基礎。Android 系統(tǒng)已經(jīng)成為了全球裝機量第一大的系統(tǒng)。Android 系統(tǒng)的另一大優(yōu)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(chǎn)品，能夠無縫的應用到 Andriod 系統(tǒng)中去。

為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進行供電；

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)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(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)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(tǒng)工作。遠距離可見光通信系統(tǒng)，在發(fā)射端采用了OOK調(diào)制方式，OOK 帶寬需求低，而且硬件實現(xiàn)最為簡單，解碼時候只需要通過直接檢測的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時0或者1；使得發(fā)射端成本合理；在接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻（100fps 以上）、高靈敏度、高響應度 CCD 相機；相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收。選擇 CCD 作為光探測器，其靈敏度和響應度比傳統(tǒng)的 PIN 光電二極管高很多。對比于傳統(tǒng)光電二極管，采用 CCD 相機可以使光源的位置可以在圖像中清晰的顯示出來，這樣，只要能夠判斷出信號的位置，將來可以使用多個光源，在接收端的接受能力之內(nèi)，成倍的提高傳輸速率。并且 CCD 作為光探測器還可以同時用于APT 通信系統(tǒng)當中。

在計算機上支持熱插拔， 充分體現(xiàn)了USB接口設備使用快速便捷的特點。在驅動程序的支持下，計算機之間實現(xiàn)點對點的雙向無線光通信，通信速率可達到11Mbps，實現(xiàn)了計算機之間基于USB接口的可見光（紅光）無線點對點通信。該系統(tǒng)主要是應用于室內(nèi)短距離的視距范圍內(nèi)的，采用650nm作為工作波長，短波長中的可見光波段在安裝調(diào)試上可以目視對準，省去了紅外波段價值昂貴的望遠鏡對準系統(tǒng)；而可見光波段的光器件價格僅為850/1550nm器件的幾十甚至幾百分之一，大大降低了系統(tǒng)成本。LED光源驅動電路采用的是差分電路；差分電路由于恒流源的作用，即使出現(xiàn)大電流飄移，該種電路也可以保證相對穩(wěn)定的供電電流，從而保證電路的工作穩(wěn)定性；即使高電壓輸出時出現(xiàn)電壓飄移現(xiàn)象，只要信號仍然保持平衡，此電路引起的交叉干擾也相對較?。粚τ诖嬖谌菀桩a(chǎn)生寄生現(xiàn)象的前級電路的情況下，鑒于該電路共模增益較低，所以它對前級引入寄生振蕩的可能性很小。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)結構框圖；

圖2是光發(fā)射機電路框圖；

圖3是LED光源驅動電路；

圖4是光收機電路框圖；

圖5是跨阻放大器電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的11作進一步詳盡描述：

1、如圖1所示，包括：

中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、電源電路、光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設備、LED 燈、智能凈化器、光探測器、信號處理電路；所述智能凈化器包括微控制器、凈化器開關以及光接收模塊，所述光接收模塊從LED燈組中接收LED通信信號，對所述LED通信信號處理后獲得控制指令，并將所述控制指令輸送到微控制器，所述微控制器根據(jù)所述控制指令生成凈化器開關的執(zhí)行指令，所述凈化器開關是電磁繼電器，所述電磁繼電器與凈化器的加濕裝置連接；

所述智能凈化器還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能凈化器根據(jù)控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發(fā)出執(zhí)行指令，獲得凈化器內(nèi)的水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號，微處理器對所述水量數(shù)據(jù)信號、室溫信號以及室內(nèi)濕度信號進行放大、測量、A/D 包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅動光耦驅動電機，控制其導通與轉速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉的時候，電機處于對應檔的轉速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅動光耦，驅動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉換為控制指令；包括紫外空氣凈化器，利用紫外光對空氣中的細菌以及有害物質進行滅殺，是空氣凈化器的執(zhí)行部件；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于對外部信號進行采集與處理，包括運動傳感器與化學傳感器；電源電路模塊，對日常交流市電進行降壓，為空氣凈化器各個部件提供相應地工作電壓；交流電機控制模塊，單片機通過可控硅驅動光耦驅動電機，控制其導通與轉速的變化，單片機根據(jù)傳感器提供的信號、手動按鍵信號對電機的工作狀態(tài)進行自動和手動的調(diào)整，使得空氣凈化器在不同的工作模式下運轉的時候，電機處于對應檔的轉速；紫外燈管控制模塊，，通過單片機通過可控硅驅動光耦，驅動紫光燈管，并根據(jù)燈管的工作狀態(tài)反饋信號，判斷出燈管是否正常工作；紅外遙控模塊包括紅外發(fā)射器與接收電路，設置每個按鈕發(fā)射的紅外波形與時序；所述顯示器控制模塊和按鍵控制模塊用于對空氣凈化器工作模式的操作和顯示；所述光接收模塊，用于接收LED燈組發(fā)射的LED通信信號，并轉換為控制指令。

所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設備、LED 燈、智能凈化器、光探測器、信號處理電路；所述信號調(diào)制設備負責調(diào)制生成原始的電信號；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測器是可見光波段響應較好的 CCD光電轉換器件；所述智能凈化器是可變倍數(shù)的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述智能凈化器之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸；所述電源電路分別連接中央處理器和現(xiàn)場可編程門陣列電路；所述電源電路內(nèi)設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；所述光鑰匙模塊內(nèi)設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計基于虛擬串口的秘鑰發(fā)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(fā)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(jīng)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；

通過智能移動終端的軟件模塊發(fā)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(jīng)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；所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調(diào)制方式，光源將調(diào)制好的光信號以高速、明暗變化的規(guī)律進行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調(diào)制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合 C++軟件編程進行發(fā)射端的軟硬件設計，實現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻100fps 以上、高靈敏度、高響應度 CCD 相機；相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收；所述充電插口設置于閉合門的側端；

橋接電路：連接計算機USB接口和光收發(fā)電路，將來自計算機USB數(shù)據(jù)信號進行變換處理成適合發(fā)射電路調(diào)制的信號，同時將接收電路送來的信號進行變化處理成USB數(shù)據(jù)信號送給計算機，實現(xiàn)高速率的無線雙工通信。

光發(fā)射機：將經(jīng)過USB接口電路處理過的信號進行編碼調(diào)制，調(diào)制過的信 號再經(jīng)過放大后送去調(diào)制光源一一可見光LED，使其發(fā)出被編碼電信號調(diào)制的可見光光脈沖信號（這個過程稱之為電光轉換，即E/O轉換），最后經(jīng)光學天線發(fā)射到大氣信道中。

光接收機：通過光學天線把發(fā)送端發(fā)送來的光脈沖信號會聚到光電檢測器 PIN，將接收的光信號轉換成電信號（這個過程稱之為光電轉換，即O/E轉換），轉換過來的微弱電信號經(jīng)過放大解調(diào)后送給USB接口電路。

所述的現(xiàn)場可編程門陣列電路，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內(nèi)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)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(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)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(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。

為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進行供電。

待發(fā)送密鑰為 TTL 電平信號，即+5V 表示高電平“1”，0V 表示低電平“0”；所述LED驅動模塊包括PNP 型貼片三極管 S8550 及其相關外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉換；所述光鑰匙模塊一個一對多的裝置；光鑰匙是基于單片機 STC12C2052AD 設計的一種發(fā)送端。

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)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(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)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(tǒng)工作。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)， 溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數(shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數(shù)字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成， 主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內(nèi)部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠， 功能強大， 使用方便， 并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口， 使用簡單方便， 在實際使用中無需外部元件， 直接利用數(shù)據(jù)總線供電， 測量溫度范圍較大。因此， 使用范圍較廣， 用途較大。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)， 溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數(shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數(shù)字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成， 主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內(nèi)部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠， 功能強大， 使用方便， 并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口， 使用簡單方便， 在實際使用中無需外部元件， 直接利用數(shù)據(jù)總線供電， 測量溫度范圍較大。因此， 使用范圍較廣， 用途較大。

如圖2所示，所述光發(fā)射機包括光源和驅動器以及輔助電路。所述輔助電路包括光監(jiān)測器、無光報警電路、自動功率控制電路(APC)和自動溫度控制電路(ATC)；使用時，電信號輸入到驅動器，所述驅動器與光源連接，自動溫度控制電路調(diào)控光源溫度，所述光監(jiān)測器設置在光源照射范圍內(nèi)，并與無光報警電路連接，所述光監(jiān)測器與一自動功率控制電路連接后與驅動器構成反饋電路。

優(yōu)選地，所述光源工作波段為紅光650nm，與綠光和藍光相比較，紅光在大氣信道中傳輸時，在對背景噪聲中的熒光和紫外線的抵抗能力上具有一定的優(yōu)勢。

優(yōu)選地，所述發(fā)射機電路中采用650nm的紅光發(fā)光二極管（LED）作為發(fā)射機的光源。用于室內(nèi)的便攜無線光傳輸設備，光源必須滿足以下幾個基本的要求：滿足人眼安全要求；調(diào)制速率滿足設計要求（≥10Mb/s）；使用壽命長；價格低，降低成本。如圖3所示，所述LED驅動電路采用差分電路。

如圖4所示，所述光接收機電路包括光電探測器、放大電路和信號處理電路，對于強度調(diào)制的數(shù)字光信號，在接收端采用直接檢測方式時，主要由光電檢測器、 低噪前置放大器、主放大器、AGC電路等構成光接收機的線性通道，以完成光/電轉換，把信號放大到判決電路所需的信號電平。

在光通信系統(tǒng)中，接收機的作用是把接收到光信號轉變?yōu)殡娦盘?。首先由光電探測器(可以是PIN光電二極管，也可以是PAD雪崩光電二極管)將光發(fā)射機送出的經(jīng)信道傳輸后的微弱的光信號轉變?yōu)殡娦盘?。光電探測器的輸出信號電流很小，必須由低噪聲、寬頻帶的前置放大器進行放大。光電探測器和前置放大器構成光接收機前端，其噪聲性能將是決定接收靈敏度的主要因家。主放大器、均衡器及AGC電路對信號進行高增益的放大并對信號進行補償、整形，以提高信噪比、減少誤碼率，使輸出的脈沖適合判決的要求。

所述低噪前置放大器為寬帶、低噪聲放大器，因為電路工作速率比較高，優(yōu)選為，LNA采用跨阻放大器。

如圖5所示，其中，Iin為光電探測器的光生電流，Ay為理想放大器。其中的負反饋網(wǎng)絡Rf 檢測到輸出端電壓并以電流的形式反饋到輸入端。這種形式的放大器一方面保證了其具有較小的輸入阻抗，從而可以最大幅度地攝取光電探測器產(chǎn)生的光電流；另一方面，具有很好的帶負載的能力。它是一種通過反饋電阻Rf 給放大器輸入端提供負反饋的高增益高阻抗放大器，基本上是一個電流-電壓轉換器，噪聲低、頻帶寬和動態(tài)范圍大。