基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，包括信源、LED燈、視聽設(shè)備，還包括PPM編碼模塊、LED驅(qū)動電路、光電檢測電路、信號放大調(diào)整電路、解調(diào)模塊、FPGA處理平臺Ⅰ，F(xiàn)PGA處理平臺Ⅱ;信源輸入到PPM編碼模塊,PPM編碼模塊與LED驅(qū)動電路連接，LED驅(qū)動電路與LED燈連接；由LED燈發(fā)出光源信號傳遞到光電檢測器，光電檢測器與信號放大調(diào)整模塊連接，所述信號放大調(diào)整電路與解調(diào)模塊連接，解調(diào)模塊連接輸出到視聽設(shè)備；所述FPGA處理平臺塊Ⅰ發(fā)射端連接控制信號的PPM編碼調(diào)制模塊；所述FPGA處理平臺Ⅱ發(fā)射端連接解調(diào)模塊。上述通過LED可見光源在系統(tǒng)中的運用，功耗低，使用壽命長，綠色環(huán)保，節(jié)能，通信容量大，運用在考試聽力廣播中，提高了數(shù)據(jù)的保密性和安全性。
【專利說明】基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，特別涉及一種基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年代后期，隨著全光接入技術(shù)的發(fā)展和人們對高速無線寬帶通信的要 求，一種信息容量大、部署靈活、維護方便、安全保密的無線光通信技術(shù)，得到了人們的極大 關(guān)注，它為無線寬帶接入的快速部署提供一種靈活的解決方案，其應(yīng)用范圍已從軍用和航 天領(lǐng)域邁入民用領(lǐng)域。
[0003] 近幾年來，被譽為"綠色照明"的LED照明技術(shù)發(fā)展迅猛，利用LED器件能夠高速 亮滅的發(fā)光響應(yīng)特性，將信號調(diào)制到LED可見光上進(jìn)行傳輸，使可見光通信與LED照明相結(jié) 合，構(gòu)建出LED照明和通信兩用基站燈，可為光通信提供一種全新的寬帶接入方式。
[0004] LED可見光廣播網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了 LED照明與無線通信雙重效果，無需使用額外的電能 和設(shè)備進(jìn)行短距離無線通信。其次，可見光通信發(fā)射功率高，無需無線電頻譜認(rèn)證，可以提 供一種全新的高速數(shù)據(jù)接入方式。對于數(shù)據(jù)的發(fā)送由經(jīng)過調(diào)制的LED光束實現(xiàn)，而由PIN 二極管實現(xiàn)高頻光脈沖的探測，經(jīng)過調(diào)整放大后，再利用FPGA實現(xiàn)對脈沖信號的解調(diào)，從 而實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸。
[0005] 光無線通信系統(tǒng)采用基帶調(diào)制，目前適合室內(nèi)可見光LED通信的調(diào)制方法有：開 關(guān)鍵控；脈沖位置調(diào)制；多脈沖位置調(diào)制；差分脈寬調(diào)制；數(shù)字脈沖間隔調(diào)制；雙頭脈沖 間隔寬度調(diào)制。一般來說，無論采用哪種調(diào)制方法，其目的是為了獲得更高的功率利用 率、相對窄的帶寬、比較高的帶寬利用率和較低的誤碼率。本發(fā)明中采用PPM調(diào)制方式是 目前無線光通信較好的調(diào)制方法之一，它的功率利用率和頻帶利用率都比較好，因而被 IEEE802. 11委員會推薦用于O-lOMHz的無線光通信編碼。
[0006] 另一方面，學(xué)校中的考試，特別是英語考試需要聽力測試，然而傳統(tǒng)的英語聽力考 試是用的無線電傳播，需無線發(fā)送設(shè)備，而無線電的發(fā)送區(qū)域較廣，導(dǎo)致考試內(nèi)容很容易被 外界接收到，存在作弊或其它相關(guān)問題。最主要的是現(xiàn)有市場上的關(guān)于LED燈使用領(lǐng)域過 于窄，使用過于單一，還未涉及在廣播通信系統(tǒng)中的運用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決LED燈可見光源運用系統(tǒng)過于單一和校園聽力考試存在作弊的 問題，提出了一種基于LED燈可見光源的能運用在英語考試聽力廣播中的可視光源考試聽 力廣播系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有功耗極低，使用壽命長，綠色環(huán)保等諸多優(yōu)勢。
[0008] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種基于可見光通信的考試聽力廣播系 統(tǒng)，包括信源、LED燈、視聽設(shè)備，該系統(tǒng)還包括PPM編碼模塊、LED驅(qū)動電路、光電檢測電路、 信號放大調(diào)整電路、解調(diào)模塊、FPGA處理平臺I，F(xiàn)PGA處理平臺II ;所述信源輸入到PPM編 碼模塊，所述PPM編碼模塊與LED驅(qū)動電路連接，所述LED驅(qū)動電路與LED燈連接；由LED 燈發(fā)出光源信號傳遞到光電檢測器，所述光電檢測器與信號放大調(diào)整模塊連接，所述信號 放大調(diào)整電路與解調(diào)模塊連接，所述解調(diào)模塊連接輸出到視聽設(shè)備；所述FPGA處理平臺I 發(fā)射端連接控制信號的PPM編碼調(diào)制模塊；所述FPGA處理平臺II發(fā)射端連接解調(diào)模塊。
[0009] 作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限制，所述光電檢測器具有PIN光電二極管。由此，光電檢 測器用在接收光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號，PIN光電二極管是光通信中常用的 光探測器，可以對LED燈發(fā)出的光線進(jìn)行探測。
[0010] 作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限制，所述信號放大調(diào)整電路將光電檢測器的小信號進(jìn)行 電壓放大、電平調(diào)整，并濾除噪聲干擾，降低系統(tǒng)通信時的誤碼率的電路；由此，通過信號放 大調(diào)整電路可以對信號進(jìn)行放大和調(diào)整到聽力廣播合適的范圍。
[0011] 作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限制，所述視聽設(shè)備包括耳機和其他視聽設(shè)備。由此，學(xué)生 可以通過耳機來接收聽力信號，通過顯示設(shè)備觀看。
[0012] 作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限制，所述耳機具有專用集成電路芯片。由此，來提高耳機 的接收效果。
[0013] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：通過使用FPGA處理平臺模塊實現(xiàn)PPM編碼模塊的調(diào)制信 號，直接控制LED燈的驅(qū)動電路，實現(xiàn)LED燈閃爍，采用光電檢測器具有的PIN光電二極管 接受光信號，并轉(zhuǎn)化成電信號，通過波形調(diào)整電路，輸入FPGA處理平臺模塊II后，對傳輸數(shù) 據(jù)進(jìn)行解碼，并最終連接視聽設(shè)備；該系統(tǒng)運用在校園英語考試的聽力廣播可以通過可見 光來傳輸，特別是能防止考生使用特制的耳機接收信號，保證考場內(nèi)考生能正常收到廣播 聽力信號，也防止考場以外的人收到聽力廣播信號，從而可以杜絕聽力考試作弊行為，提高 了保密性和安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明一種基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖中：信源1、LED燈12、視聽設(shè)備7,該系統(tǒng)還包括PPM編碼模塊2、LED驅(qū)動電路 3、光電檢測器4、信號放大調(diào)整電路5、解調(diào)模塊6、FPGA處理平臺I 8，F(xiàn)PGA處理平臺II 9。

【具體實施方式】 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0016] 如圖1所示是本發(fā)明的基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，包括信源1、LED燈 12、視聽設(shè)備7,該系統(tǒng)還包括PPM編碼模塊2、LED驅(qū)動電路3、光電檢測器4、信號放大調(diào)整 電路5、解調(diào)模塊6、FPGA處理平臺I 8, FPGA處理平臺II 9 ;所述信源1輸入到PPM編碼模 塊2,所述PPM編碼模塊2與LED驅(qū)動電路3連接，所述LED驅(qū)動電路3與LED燈12連接， 由LED燈12發(fā)出可見光源信號傳遞到光電檢測器4,所述光電檢測器4與信號放大調(diào)整模 塊5連接，所述信號放大調(diào)整電路5與解調(diào)模塊6連接視聽設(shè)備7,而所述信號放大調(diào)整電 路是用于光電檢測器的小信號進(jìn)行電壓放大、電平調(diào)整，并濾除噪聲干擾，降低系統(tǒng)通信時 的誤碼率的電路。所述FPGA處理平臺I 8控制連接PPM編碼調(diào)制模塊2,所述FPGA處理平 臺II 9控制連接解調(diào)模塊6,所述光電檢測器4具有PIN光電二極管。
[0017] 其中，本系統(tǒng)中的LED驅(qū)動電路3關(guān)系到整個通信系統(tǒng)的誤碼率和傳輸速率，通過 優(yōu)化驅(qū)動電路，可以達(dá)到數(shù)據(jù)的高速傳輸，主要通過FPGA處理平臺I 8輸出的信號來實現(xiàn) 一個LED驅(qū)動電路開關(guān)的功能，從而實現(xiàn)對LED驅(qū)動電路3的控制，即LED燈12亮滅的控 制。
[0018] 上述主要技術(shù)之一的LED照明系統(tǒng)在現(xiàn)代社會逐漸成為主流的照明系統(tǒng)，用于 LED燈12可見光無線通信的LED光源十分普遍，在照明的同時實現(xiàn)無線通信，也極大地減少 了能源的消耗。隨著移動終端的普及，將會越來越頻繁的進(jìn)行無線通信。LED可見光無線通 信"安全，節(jié)能，環(huán)保"的特點，使得該技術(shù)很容易被大眾群體所接受。同時，可見光通信的 考試聽力廣播系統(tǒng)可廣泛的應(yīng)用于學(xué)?？荚嚶犃ο到y(tǒng)的無線廣播，以及其他短距離無線數(shù) 據(jù)傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)。
[0019] 再次，本系統(tǒng)中的LED燈12所產(chǎn)生的光信號在傳送和一系列處理過程中均會受到 各種各樣噪聲的干擾，導(dǎo)致光電接收器正確接收微弱信號非常困難，來自外界環(huán)境的電磁 干擾等可以通過屏蔽的方式減弱或防止，但是系統(tǒng)內(nèi)部的隨機噪聲卻不可避免，只能通過 電路設(shè)計和制作工藝措施盡量減小。所以，信號調(diào)整電路必須在抑制電磁干擾和噪聲影響 方面起到關(guān)鍵作用，進(jìn)而避免出現(xiàn)信號掩沒在噪聲中的情況發(fā)生；其中，光通信是利用LED 燈12發(fā)出的肉眼覺察不到的高速明暗閃爍信號來傳遞信息。通過LED燈12可快速調(diào)制的 優(yōu)點保證了利用其進(jìn)行超高速數(shù)據(jù)通信的可能，其具體過程是發(fā)射端將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn) 行編碼、調(diào)制，然后加載到可見光載波信號上發(fā)射出去，接收端利用光電轉(zhuǎn)換器件接收光載 波信號，并用FPGA進(jìn)行解調(diào)以獲取原始信息。
[0020] 綜上所述，LED燈不僅功耗極低，且具有使用壽命長，綠色環(huán)保等諸多優(yōu)勢。隨 著發(fā)光效率的提高，高亮度LED燈將逐漸從專業(yè)顯示領(lǐng)域擴展到日常生活照明領(lǐng)域，極有 可能將會替代傳統(tǒng)照明設(shè)備成為21世紀(jì)的新一代綠色光源。而在LED燈用以照明或顯示 的同時，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使可見光通信與LED照明相結(jié)合，將會成為通信方式的一個嶄新的 發(fā)展方向，將更有利于能耗的降低、環(huán)境的保護。隨著發(fā)光效率的提高，高亮度LED將逐漸 從專業(yè)顯示領(lǐng)域擴展到日常生活照明領(lǐng)域，會替代傳統(tǒng)照明設(shè)備成為21世紀(jì)的新一代綠 色光源。而在LED燈用以照明或顯示的同時，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使可見光通信與LED燈照明相 結(jié)合，是新一代通信方式的發(fā)展，更有利于能耗的降低，環(huán)境的保護。
[0021] 進(jìn)一步地說，LED燈還包括了諸多優(yōu)點：（1)節(jié)能：LED燈是目前公認(rèn)的具有電光 轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能、可靠、使用壽命長的新一代綠色照明產(chǎn)品，將LED照明技術(shù)和光通信技 術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)資源的充分利用，極大地降低了能耗，具有重大意義。（2)通信容量大：白光 LED作為半導(dǎo)體器件，具有響應(yīng)速度高、調(diào)制性能好的特點，可用于高速數(shù)據(jù)傳輸。白光LED 的亮度非常高，且調(diào)制速率很快，人眼無法感受到燈光的閃爍，因此，在保證照明的條件下， 可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。（3)安全：傳統(tǒng)的光通信是利用不可見光來進(jìn)行通信傳輸，大多 是采用波長較長的紅外光。相比無線紅外通信，可見光是綠色資源，不存在電磁輻射，對人 體沒有傷害。（4)經(jīng)濟效益前景廣闊：使用LED可見光進(jìn)行無線通信，減少無線數(shù)據(jù)傳輸所 需的外部設(shè)備，大大降低數(shù)據(jù)傳輸成本。同時，LED照明技術(shù)是將大部分能量以可見光的形 式耗散，只有少部分的能量轉(zhuǎn)換成熱。同時，我們又實現(xiàn)了對可見光的充分利用，當(dāng)批量投 入使用后，便能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
[0022] 本系統(tǒng)FPGA處理平臺I 8控制PPM調(diào)制模塊2,將信源變換成PPM信號傳輸，由 LED驅(qū)動電路3發(fā)射PPM信號。使用FPGA處理平臺II 9進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的解調(diào)。FPGA處理 平臺I 8和FPGA處理平臺II 9為現(xiàn)場可編程邏輯模塊，具有功耗低、速度快等特點，更能 提高系統(tǒng)傳輸速率，抗干擾性更強，適應(yīng)于對速度要求嚴(yán)苛的通信系統(tǒng)；以上所述的僅是 對本發(fā)明的實施方式的闡述，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明 的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出其它變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，包括信源、LED燈、視聽設(shè)備，其特征在 于：該系統(tǒng)還包括PPM編碼模塊、LED驅(qū)動電路、光電檢測電路、信號放大調(diào)整電路、解調(diào)模 塊、FPGA處理平臺I、FPGA處理平臺II ;所述信源輸入到PPM編碼模塊，所述PPM編碼模塊 與LED驅(qū)動電路連接，所述LED驅(qū)動電路與LED燈連接；由LED燈發(fā)出光源信號傳遞到光電 檢測器，所述光電檢測器與信號放大調(diào)整模塊連接，所述信號放大調(diào)整電路與解調(diào)模塊連 接，所述解調(diào)模塊連接輸出到視聽設(shè)備；所述FPGA處理平臺I發(fā)射端連接控制信號的PPM 編碼調(diào)制模塊；所述FPGA處理平臺II發(fā)射端連接解調(diào)模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，其特征在于：所述光電 檢測器具有PIN光電二極管。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，其特征在于：所述信號 放大調(diào)整電路，用于對光電檢測器的小信號進(jìn)行電壓放大、電平調(diào)整，并濾除噪聲干擾，降 低系統(tǒng)通信時的誤碼率。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，其特征在于：所述視聽 設(shè)備包括耳機或其他視聽設(shè)備。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于可見光通信的考試聽力廣播系統(tǒng)，其特征在于：所述耳機 具有專用集成電路芯片。
【文檔編號】H04H20/63GK104104439SQ201410334623
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】陸天翼, 鄭姚生, 謝晨偉, 湯勇明 申請人:東南大學(xué)