本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LED可見光進行通信的系統(tǒng)、使用該通信系統(tǒng)進行通信的方法以及對該通信系統(tǒng)的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

使用可見光范圍的光的光學(xué)通信技術(shù)近年來備受關(guān)注。伴隨著使用諸如發(fā)光二極管(LED)之類的發(fā)光器件的照明設(shè)備的迅速增多，開發(fā)使用包括室內(nèi)和室外照明的基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)更方便、更高速率的數(shù)據(jù)通信技術(shù)是未來光通信技術(shù)的發(fā)展方向。目前已經(jīng)存在、并且與該技術(shù)相似的近距離通信手段是：紅外通信技術(shù)。紅外通信技術(shù)主要應(yīng)用在家電的遙控器上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種可見光通信系統(tǒng)，包括

控制單元Ⅰ，用于接收通信密碼，并將所述通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號；

光發(fā)射單元，用于發(fā)射攜帶有通信密碼的LED光信號；

光接收單元，用于接收攜帶有通信密碼的LED光信號；

控制單元Ⅱ，用于將光接收單元接收到的LED光信號解碼為通信密碼。

通過可見光傳遞信息，在短距離通信領(lǐng)域具有信息傳遞過程簡潔、通信迅速快、安全的優(yōu)勢。

進一步的，所述控制單元Ⅰ包括通信密碼接收模塊，根據(jù)觸發(fā)信號獲取通信密碼。

進一步的，所述控制單元Ⅰ還包括通信密碼轉(zhuǎn)換模塊，將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述LED光信號以閃光的形式發(fā)射出去。

進一步的，所述控制單元Ⅰ還包括加密模塊，所述加密模塊用于對控制單元Ⅰ獲取的通信密碼進行加密。

進一步的，所述通信密碼可以為隨機編譯的密碼或者預(yù)先存儲的密碼。

更進一步的，所述控制單元Ⅰ還包括存儲模塊，用于存儲預(yù)設(shè)的通信密碼。

使用可見光通信系統(tǒng)進行可見光通信的方法，包括以下步驟：

控制單元Ⅰ接收通信密碼，并將所述通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號，光發(fā)射單元將攜帶有通信密碼的LED光信號發(fā)射出去，光接收單元接收光發(fā)射單元發(fā)射的攜帶有通信密碼的LED光信號，控制單元Ⅱ?qū)⒐饨邮諉卧邮盏降腖ED光信號解碼為通信密碼。

進一步的，所述控制單元Ⅰ將通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號的方法為將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述LED光信號以閃光的形式發(fā)射出去。

進一步的，所述通信方法包括對通信密碼轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)據(jù)進行加密的步驟。

進一步的，所述通信方法還包括對解碼后的通信密碼進行核對的步驟。

本發(fā)明的有益效果：

可見光通信系統(tǒng)實現(xiàn)了可見光的點對點通信，相較于藍牙、WIFI等通信技術(shù)需要配對或連接成功后才能進行通信的技術(shù)更為簡潔、快速。

通過加密模塊，光發(fā)射單元和光接收單元之間所傳輸?shù)目梢姽庑盘柌皇窃紨?shù)據(jù)信號，而是加密過的信號，大大提高了可見光通信的安全性。

將可見光通信系統(tǒng)應(yīng)用于門鎖以及門禁上，使用光信號進行鎖控，用戶可以看見LED可見光的照射范圍，準(zhǔn)確發(fā)射LED可見光，可見光信號也難以被人截取導(dǎo)致密碼泄露，極大提高了門鎖、門禁系統(tǒng)的安全性。

附圖說明

圖1是可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，

圖2是可見光通信方法的流程圖，

圖3是控制單元Ⅰ的原理框圖，

圖4是可見光通信方法的另一流程圖，

圖5是光發(fā)射單元的電路圖，

圖6是光接收單元的電路圖，

圖7是控制單元Ⅰ的另一結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，不能理解為對本發(fā)明具體保護范圍的限定。

實施例一

圖1給出了一種可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括

控制單元Ⅰ，用于接收通信密碼，并將所述通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號；

光發(fā)射單元，用于發(fā)射攜帶有通信密碼的LED光信號；

光接收單元，用于接收攜帶有通信密碼的LED光信號；

控制單元Ⅱ，用于將光接收單元接收到的LED光信號解碼為通信密碼。

使用圖1所示可見光通信系統(tǒng)進行通信的方法如圖2所示，包括以下步驟：

S1、控制單元Ⅰ接收通信密碼，并將所述通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號，

S2、光發(fā)射單元將攜帶有通信密碼的LED光信號發(fā)射出去，

S3、光接收單元接收光發(fā)射單元發(fā)射的攜帶有通信密碼的LED光信號，

S4、控制單元Ⅱ?qū)⒐饨邮諉卧邮盏降腖ED光信號解碼為通信密碼。

進一步的，參見圖3，所述控制單元Ⅰ包括通信密碼接收模塊和通信密碼轉(zhuǎn)換模塊，所述通信密碼接收模塊根據(jù)觸發(fā)信號獲取通信密碼；所述通信密碼轉(zhuǎn)換模塊將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述LED光信號以閃光的形式發(fā)射出去。

進一步的，所述控制單元Ⅰ將通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號的方法為將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述二進制數(shù)據(jù)以閃光的形式發(fā)射出去。

進一步的，參見圖4，使用所述可見光通信系統(tǒng)進行通信的方法還包括步驟S5：對解碼后的通信密碼進行核對。

在本發(fā)明實施例中，所述通信密碼可以為隨機編譯的密碼或者預(yù)先存儲的密碼。參見圖3，所述控制單元Ⅰ還包括存儲模塊，用于存儲預(yù)設(shè)的通信密碼。

具體的，在硬件結(jié)構(gòu)上，控制單元Ⅰ和控制單元Ⅱ可以采用單片機，而光發(fā)射單元可以采用如圖5所示的發(fā)射電路，所示發(fā)射電路包括一個發(fā)光二極管D1、一個三極管Q1、兩個電阻R1、R2，所述電阻R1與發(fā)光二極管D1連接在三極管Q1的集電極，所述電阻R2連接在三極管的基極與發(fā)射極之間，所述發(fā)射電路輸入信號由控制單元Ⅰ的單片機向三極管的基極發(fā)送。

所述發(fā)射電路中各元件功能：

電阻R1為限流電阻，防止發(fā)光二極管D1因電流過大而燒壞。

電阻R2在沒有信號輸入的時候，保證Signal Input端為低電平，避免誤發(fā)信號。

發(fā)光二極管D1發(fā)送可見光信號。

三極管Q1驅(qū)動發(fā)光二極管。

整個發(fā)射電路的功能為：

1、當(dāng)Signal Input置1時，發(fā)光二極管點亮，置1的時間多長，點亮的時間就多長。

2、當(dāng)Signal Input置0時，發(fā)光二極管熄滅，置0的時間多長，熄滅的時間就多長。

當(dāng)Signal Input無輸入時，發(fā)光二極管常滅。

光接收單元可以采用如圖6所示的接收電路，所述接收電路包括兩個電阻R3、R4，一個光電池D2和一個電壓比較器U1構(gòu)成。各元件功能如下：

電阻R4、R3為電壓比較器提供基準(zhǔn)電壓。

光電池D2產(chǎn)生的電壓與光照射的強度成正比。

電壓比較器U1：當(dāng)IN+>IN-時，輸出高電平；當(dāng)IN+<IN-時，輸出低電平。

整個接收電路的功能為：

1、當(dāng)光電池有光照射時，Signal Output輸出1，照射的時間多長，輸出1的時間就多長。

2、當(dāng)光電池?zé)o光照射時，Signal Output輸出0，無光的時間多長，輸出0的時間就多長。

以下以可見光通信系統(tǒng)應(yīng)用于智能門鎖為例，進一步說明本發(fā)明的可見光通信系統(tǒng)及方法。

所述控制單元Ⅰ和光發(fā)射單元可以集成在手機、PAD等便攜式電子設(shè)備上，或者一個終端上，或者專門開發(fā)的一個可以和智能門鎖匹配的電子鑰匙上；光接收單元和控制單元Ⅱ設(shè)置在智能門鎖上。當(dāng)用戶需要輸入密碼開門時，拿出比如手機，打開手機專門用于開鎖的APP，觸摸例如“開鎖”、“輸入密碼”等按鈕，向控制單元Ⅰ即發(fā)送了獲取通信密碼的觸發(fā)信號，本實施例通信密碼即為十進制數(shù)的數(shù)字門鎖密碼，由通信密碼接收模塊獲取已經(jīng)預(yù)設(shè)好的門鎖密碼，通信密碼轉(zhuǎn)換模塊將門鎖密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，由此生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述二進制數(shù)據(jù)以閃光的形式發(fā)射出去。比如門鎖密碼是106104，轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)是00011001111001111000，則控制單元Ⅰ單片機向光發(fā)射單元發(fā)射電路以高低電平的形式點亮或熄滅手機LED燈。具體的，

發(fā)射第0位數(shù)據(jù)0，熄滅發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間；

發(fā)射第1位數(shù)據(jù)0，熄滅發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間；

發(fā)射第2位數(shù)據(jù)0，熄滅發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間；

發(fā)射第3位數(shù)據(jù)1，點亮發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間；

發(fā)射第4位數(shù)據(jù)1，點亮發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間；

直至

發(fā)射第19位數(shù)據(jù)0，熄滅發(fā)光二極管，持續(xù)一定的時間。

在手機LED燈點亮熄滅過程中，置于智能門鎖的光接收電路的光電池也被間歇的照射，當(dāng)光電池有可見光照射時，電壓比較器的IN+電位高于IN-的電位，電壓比較器輸出高電平，反之電壓比較器輸出為低電平。這樣連接在電壓比較器輸出端的單片機對二進制數(shù)據(jù)進行解碼，智能門鎖獲取密碼106104，獲取門鎖密碼之后，智能門鎖對門鎖密碼進行核對，如果正確即開鎖。

實施例二

參照圖7，本實施例的可見光通信系統(tǒng)與實施例一的不同之處在于：所述控制單元Ⅰ還包括加密模塊，所述加密模塊用于對控制單元Ⅰ獲取的通信密碼進行加密，加密可以采用動態(tài)加密算法等現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)很成熟的算法進行加密，這里不再贅述。實施例一中的光接收單元在可見光能到達的一定區(qū)域內(nèi)都能接收到來自光發(fā)射單元的可見光信號，如果通信密碼不加密，很容易通過偽造的光接收單元以及控制單元Ⅱ破解通信密碼，從而給通信安全造成很大的威脅，這樣的通信系統(tǒng)被應(yīng)用到例如智能門鎖上是很危險的，而加密模塊可以確保通信密碼經(jīng)過加密后，即使有人惡意截取通信密碼進行破解，所解碼的通信密碼也不是真實的通信密碼，自然難以實現(xiàn)開鎖、開啟門禁等操作，保證了系統(tǒng)的安全性。

由于控制單元Ⅰ具有加密模塊，所以本實施例的可見光通信方法中控制單元Ⅰ將通信密碼轉(zhuǎn)化為LED光信號的方法除了將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)以外，還包括將轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)據(jù)進行加密的步驟。

以下以可見光通信系統(tǒng)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)為例，進一步說明本發(fā)明的可見光通信系統(tǒng)及方法。

所述控制單元Ⅰ和光發(fā)射單元可以集成在手機、PAD等便攜式電子設(shè)備上，或者一個終端上，或者專門開發(fā)的一個可以和門禁系統(tǒng)匹配的電子鑰匙上；光接收單元和控制單元Ⅱ設(shè)置在門禁上。當(dāng)用戶需要輸入個人信息開門時，打開比如車載終端里專門用于開啟門禁的APP，觸摸例如“開門”、“輸入密碼”等按鈕，向控制單元Ⅰ即發(fā)送了獲取通信密碼的觸發(fā)信號，這里所說的通信密碼不只局限于十進制數(shù)的數(shù)字密碼，也可能是代表個人身份的信息，比如名字、住址、身份證號碼等，由通信密碼接收模塊獲取已經(jīng)預(yù)設(shè)好的通信密碼，通信密碼轉(zhuǎn)換模塊將通信密碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)，并通過加密模塊對二進制數(shù)據(jù)進行加密，由此生成LED光信號，并根據(jù)LED光信號觸發(fā)光發(fā)射單元將所述二進制數(shù)據(jù)以閃光的形式發(fā)射出去。

在車輛照明LED燈點亮熄滅過程中，置于門禁的光接收電路的光電池也被間歇的照射，當(dāng)光電池有可見光照射時，電壓比較器的IN+電位高于IN-的電位，電壓比較器輸出高電平，反之電壓比較器輸出為低電平。這樣連接在電壓比較器輸出端的單片機對二進制數(shù)據(jù)進行解碼，門禁系統(tǒng)獲取密碼，獲取門鎖密碼之后，門禁系統(tǒng)對通信密碼進行核對，如果正確即開門。