專利名稱：基于led交通燈可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種語(yǔ)音提示系統(tǒng)，特別涉及一種基于LED交通燈可見(jiàn)光通信的盲人 交通提示系統(tǒng)
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，殘疾人士越來(lái)越受到重視和關(guān)心，很多地方都采取了各式各樣的 方式來(lái)方便殘疾人士的出行，但是如何輔助視力殘障人士過(guò)交通路口的問(wèn)題一直是各國(guó) 研究的一個(gè)熱點(diǎn)，也是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
《電子技術(shù)應(yīng)用》2007年第10期的《基于單片機(jī)無(wú)線通信技術(shù)的盲人交通提示系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)》一文中，公開(kāi)了一種交通語(yǔ)音提示系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)結(jié)合無(wú) 線電射頻芯片NRP401的方法，為盲人設(shè)計(jì)一套便攜式的信號(hào)發(fā)送/接受終端，自主地發(fā) 送和接受信號(hào)，以半雙工通信方式和嵌入手杖的ISD1420語(yǔ)音播放模塊來(lái)共同實(shí)現(xiàn)交通 燈信號(hào)的無(wú)線語(yǔ)音提示播放功能，性能比現(xiàn)有的交通語(yǔ)音提示系統(tǒng)有了較大的提高。但 是這種方法需要在所有的交通燈系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置射頻裝置，由于射頻裝置價(jià)格不菲，所以需 要另外投資很大一筆費(fèi)用，此外，大功率射頻信號(hào)對(duì)人體有電磁輻射影響。近年來(lái),被譽(yù) 為"綠色照明"的半導(dǎo)體(LED)照明技術(shù)發(fā)展迅猛。由于LED交通燈節(jié)省能源、可 靠性好及在日間及惡劣天氣條件下可見(jiàn)度高等多種益處。用LED制作交通信號(hào)燈已成 趨勢(shì)。利用LED響應(yīng)靈敏度高、調(diào)制性能好的突出優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)LED交通燈可見(jiàn)光無(wú) 線通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種響應(yīng)靈敏度高、調(diào)制性能好的利 用LED交通燈進(jìn)行可見(jiàn)光無(wú)線通信的盲人交通提示系統(tǒng)。將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到LED交通 燈發(fā)射的可見(jiàn)光上進(jìn)行傳輸，使用LED交通燈作為發(fā)射機(jī)，首先用不同碼字信號(hào)調(diào)制 LED交通燈，使之在不同的交通情況(如紅燈亮或綠燈亮)下發(fā)射并在空間傳輸不同的碼 字信號(hào)。再設(shè)計(jì)一個(gè)盲人所戴的眼鏡作為L(zhǎng)ED光信號(hào)的接收機(jī)，接收到LED交通燈發(fā) 射來(lái)的信號(hào)，解調(diào)后，根據(jù)收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的語(yǔ)音提示，盲人可以根據(jù)眼鏡架上 的小喇叭發(fā)出的語(yǔ)音提示穿過(guò)公路。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
基于LED交通燈可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動(dòng)電路和LED交通燈組成，所述LED編碼器將數(shù)字信息碼編為適合光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動(dòng)電流送入LED驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)編碼控制LED交通燈的顯示，將編碼信號(hào)加載到LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)中；接收機(jī)由光接收器、解碼器、控制器、存儲(chǔ)器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測(cè)器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)，光電探測(cè)器將光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號(hào)還原成原來(lái)的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器相應(yīng)地址的音頻信號(hào)，由音頻模塊將音頻信號(hào)從喇叭中播放出。
所述發(fā)射端中，通過(guò)LED編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)制，讓LED交通燈發(fā)出的光中載有描述所發(fā)出的光的信息。
所述發(fā)射端的工作方式將要發(fā)送的數(shù)字信息碼由調(diào)制電路中的編碼器編為適合光傳輸?shù)穆兴固鼐幋a，該編碼作為驅(qū)動(dòng)電流送入LED交通燈的驅(qū)動(dòng)電路，分別驅(qū)動(dòng)紅、黃、綠交通燈發(fā)光并載波相關(guān)傳輸信息。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碼字來(lái)調(diào)制并驅(qū)動(dòng)LED，當(dāng)碼為'l'的時(shí)候，燈亮，碼為'0'的時(shí)候，燈滅。為了防止傳輸中出現(xiàn)過(guò)多O而使燈不發(fā)光，采用曼切斯特編碼，當(dāng)信號(hào)為'l'時(shí)，編碼為'10';信號(hào)為'0'時(shí)，編碼為
'or。因此，曼切斯特編碼適合本系統(tǒng)光傳輸。
由LED編碼器調(diào)制電路來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路，如當(dāng)紅燈亮?xí)r，發(fā)出'0100000000'的
信號(hào)，編碼器會(huì)將信號(hào)進(jìn)行曼切斯特編碼后控制驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出'oiiooioioioioioioior信號(hào)，在'o'的時(shí)候無(wú)光，'r的時(shí)候有光；相應(yīng)的，綠燈亮?xí)r，發(fā)出'ooiooooooo'
信號(hào)，黃燈亮?xí)r，發(fā)出'0110000000，也是這樣工作的。碼字傳輸速率在1Kbit/s以上時(shí)，其調(diào)制頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50HZ以上，人眼不會(huì)感覺(jué)光的閃爍。
所述接收機(jī)系統(tǒng)由光聚焦鏡，光電探測(cè)器，解碼器，控制器，存儲(chǔ)器，音頻模塊
和小喇叭組成。光聚焦鏡負(fù)責(zé)收集LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)。光電探測(cè)器負(fù)責(zé)將光信
號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并將電信號(hào)放大。解碼器負(fù)責(zé)將曼切斯特碼還原為原來(lái)的數(shù)字信息碼?？刂破鞲鶕?jù)還原的信息碼讀出事先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器相應(yīng)地址的音頻信號(hào)，由音頻模塊將音頻信號(hào)從喇叭中播放出。
所述接收機(jī)外形結(jié)構(gòu)為眼鏡的形狀，其中一個(gè)鏡片作為光接收器，由光聚焦鏡及放置其后的光電探測(cè)器組合成，另一個(gè)鏡片位置放置解碼器和控制器，兩邊的鏡架， 一邊 鏡架放入鋰電池進(jìn)行供電，另一邊鏡架放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭。
所述光電接收器包括光學(xué)聚焦鏡和光電探測(cè)器，光學(xué)聚焦鏡為短焦距光學(xué)透鏡，并 在鏡片后以聚焦鏡焦距放置光電探測(cè)器。聚焦鏡將來(lái)自交通燈的信號(hào)光聚焦到光電探測(cè) 器上轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)?？紤]室外光線較強(qiáng)，產(chǎn)生的背景噪聲較強(qiáng)，信噪比減弱。選擇可 見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)靈敏度較高的光電探測(cè)器。硅光電二極管在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍較高的靈敏 度，且雪崩光電二極管具有放大作用，提高信噪比。因此，選擇硅雪崩二極管為光電探 測(cè)器。
所述解碼和控制器工作方式所述光電探測(cè)器將轉(zhuǎn)換成并經(jīng)放大的電流信號(hào)(即曼 切斯特碼)傳到解碼器，解碼器將曼切斯特碼解碼為原始信號(hào)碼，傳給控制器模塊。控 制器收到解碼器傳來(lái)的碼，通過(guò)該原始碼解析出該碼在存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的地址，尋找到存放 相應(yīng)"提示語(yǔ)音"信號(hào)的單元，調(diào)出其"提示語(yǔ)音"信號(hào)傳給語(yǔ)音模塊，通過(guò)小喇叭播 放"提示語(yǔ)音"音頻。
本發(fā)明可利用現(xiàn)有LED交通燈進(jìn)行信號(hào)調(diào)制發(fā)射，接收端接收調(diào)制的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生
語(yǔ)音提示的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助盲人過(guò)交通路口。達(dá)到交通指示、通信并用，實(shí)現(xiàn)資源重復(fù) 利用。與目前所使用的使用喇叭廣播的方法相比，更加人性化，不會(huì)產(chǎn)生擾民現(xiàn)象。與
射頻無(wú)線通信相比，無(wú)需無(wú)線電頻譜證，LED照明光源發(fā)出的是可見(jiàn)光，對(duì)人類非常安 全，射頻信號(hào)對(duì)人體有害也不能無(wú)限制地增加發(fā)射功率。再者，由于光有方向性，眼鏡 式接收機(jī)必須正對(duì)交通燈方向才能接收，而不會(huì)接收其它方向交通燈發(fā)出的信號(hào)，因此， 不會(huì)產(chǎn)生盲人不能辨別哪個(gè)方向允許通行這種問(wèn)題。而且眼鏡式接收機(jī)既可作為盲人裝 飾用，又可作為一種生活輔助工具。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)還可為盲人提供更多服務(wù)，比如盲人識(shí) 別的LED指示牌，將地理位置等信息調(diào)制到報(bào)文的數(shù)據(jù)位通過(guò)LED指示牌發(fā)射，接收 端接收到信息后解碼并驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊來(lái)提示盲人。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1發(fā)送端調(diào)制信號(hào)載波結(jié)構(gòu)
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1傳輸數(shù)據(jù)幀格式
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1接收機(jī)的外形結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為本發(fā)明實(shí)施例1光接收器結(jié)構(gòu)圖6為本發(fā)明實(shí)施例1接收機(jī)端解碼原理
圖7為本發(fā)明實(shí)施例1控制器和語(yǔ)音模塊結(jié)構(gòu)示意圖
圖8基于LED交通燈可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1
圖8為L(zhǎng)ED可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)應(yīng)用，該系統(tǒng)主要由以LED交通燈為發(fā)射機(jī)和盲人眼鏡為接收機(jī)的兩部分組成。
圖1為發(fā)射機(jī)端的LED交通燈的調(diào)制信號(hào)載波結(jié)構(gòu)。發(fā)射機(jī)由調(diào)制電路編碼器，驅(qū)動(dòng)器和LED交通燈組成。調(diào)制電路編碼器控制驅(qū)動(dòng)器分別控制紅、黃、綠LED交通燈載波不同碼。經(jīng)曼切斯特編碼控制驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)碼為'0'時(shí)，驅(qū)動(dòng)器無(wú)輸出電流，也無(wú)光發(fā)出，當(dāng)碼為'1'時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出電流，發(fā)射光。當(dāng)紅燈亮?xí)r，定義要傳輸?shù)拇a為
'oioooooooo'，經(jīng)過(guò)曼切斯特編碼后發(fā)出的碼為'oi腿oioioioioioior，碼字傳輸
速率為1Kbit/s以上，則控制驅(qū)動(dòng)電路使紅燈發(fā)出承載上述曼切斯特編碼的可見(jiàn)光波信號(hào)；當(dāng)綠燈亮?xí)r，定義要傳輸?shù)拇a為'0010000000'，經(jīng)過(guò)曼切斯特編碼后發(fā)出的碼為
'oioi譲oioioioioior;黃燈亮，定義的碼為'oiioooooor，經(jīng)過(guò)曼切斯特編碼后
發(fā)出的碼為'01101001010101010110'。由此要傳輸?shù)男畔⒋a就分別調(diào)制到LED交通燈發(fā)出的紅、黃、綠光中去。
采用的數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示，第l位為起始碼，表示開(kāi)始傳數(shù)據(jù)。第2 9位為數(shù)據(jù)碼，最后l位為奇效驗(yàn)碼，共10位組成。紅燈亮?xí)r定義的碼為'0100000000'，綠燈
亮?xí)r定義要碼為^010000000，，黃燈亮定義的碼為'oiioooooor 。起始碼均為o，紅
燈和綠燈原碼的奇效驗(yàn)碼為0，黃燈為l。
圖3表示接收機(jī)結(jié)構(gòu)組成。接收機(jī)由光聚焦鏡，光電探測(cè)器，解碼器，控制器，存
儲(chǔ)器，音頻模塊小喇叭組成。
接收機(jī)的外觀構(gòu)造如圖4所示，構(gòu)造為眼鏡結(jié)構(gòu)。兩個(gè)鏡片中的一個(gè)放置光接收器1，另外一個(gè)鏡片中放置解碼器和控制器及存儲(chǔ)器2。兩邊的鏡架， 一邊放入鋰電池3進(jìn)行供電， 一邊放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭4。接收端可由放在鏡架里的鋰電池3供電，另外一邊的鏡架則放上一個(gè)喇叭4來(lái)播放提示音頻。如圖5所示，光接收器1包括光聚焦鏡10和光電探測(cè)器20，通過(guò)光聚焦鏡10接收 到傳遞來(lái)的LED光信號(hào)，后面的光電探測(cè)器20和鏡頭的距離大約在1 cm左右，焦距 為1.5 2cm，選擇使用焦距在1.5cm左右的光聚焦鏡，光電探測(cè)器20可選探測(cè)面積為 0.5 X 0.5 cm大小的硅雪崩光電二極管。
解碼器工作原理如圖6所示，紅燈亮?xí)r，光接收部分接收到LED交通燈的紅光信
號(hào)，檢測(cè)到'oiiooioioioioioioior的曼切斯特碼信號(hào)，通過(guò)解碼器還原為原碼為
'0100000000，。
控制器工作原理如圖7所示，解碼器將還原的原碼傳給控制器，控制器根據(jù)原碼到 存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)地址的存儲(chǔ)單元讀取語(yǔ)音提示信號(hào)。事先在存儲(chǔ)器的三個(gè)地址單元分別存入 '紅燈亮，，'綠燈亮'， <黃燈亮'的語(yǔ)音提示信號(hào)。并將三個(gè)地址分別對(duì)應(yīng)'紅燈亮，， '綠燈亮'，'黃燈亮'的原碼。當(dāng)控制器收到相應(yīng)的原碼信號(hào)時(shí)，就會(huì)將對(duì)應(yīng)的地址單 元中的語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸Z(yǔ)音模塊。比如根據(jù)'0100000000'到解析出存儲(chǔ)器存儲(chǔ)'紅燈
亮'語(yǔ)音提示信號(hào)的存儲(chǔ)單元地址，讀取該語(yǔ)音提示信號(hào)并傳給語(yǔ)音模塊，經(jīng)小喇叭發(fā)
出'紅燈亮，的提示音；綠燈、黃燈亮?xí)r都如此操作。因此，盲人就可以根據(jù)聽(tīng)到的指
示過(guò)交通路口。
權(quán)利要求
1、基于LED交通燈可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，其特征是，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動(dòng)電路和LED交通燈組成，所述LED編碼器將數(shù)字信息碼編為適合光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動(dòng)電流送入LED驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)編碼控制LED交通燈的顯示，將編碼信號(hào)加載到LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)中；接收機(jī)由光接收器、解碼器、控制器、存儲(chǔ)器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測(cè)器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)，光電探測(cè)器將光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號(hào)還原成原來(lái)的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器相應(yīng)地址的音頻信號(hào)，由音頻模塊將音頻信號(hào)從喇叭中播放出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述適合光傳輸?shù)木幋a為曼切斯特編碼。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述接收機(jī)為眼鏡的形狀，其中一個(gè)鏡片作為光聚焦鏡，聚焦鏡后放置光電探測(cè)器兩者組合成光接收器，另一個(gè)鏡片位置放置解碼器和控制器，兩邊的鏡架， 一邊鏡架放入鋰電池進(jìn)行供電，另一邊鏡架放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電接收器包括光學(xué)聚焦鏡和光電探測(cè)器， 一個(gè)鏡片作為光學(xué)聚焦鏡，并在鏡片后以聚焦鏡焦距放置光電探測(cè)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電探測(cè)器為硅雪崩二極管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電探測(cè)器和光學(xué)聚焦鏡的距離在lcm左右，焦距為1.5 2cm，選擇使用焦距在1.5cm左右的光聚焦學(xué)透鏡。
全文摘要
基于LED交通燈可見(jiàn)光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動(dòng)電路和LED交通燈組成，LED編碼器將數(shù)字信息碼編為光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動(dòng)電流送入LED驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)編碼控制LED交通燈，將編碼信號(hào)加載到LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)中；接收機(jī)由光接收器、解碼器、控制器、存儲(chǔ)器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測(cè)器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號(hào)，光電探測(cè)器將光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號(hào)還原成原來(lái)的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器相應(yīng)地址的音頻信號(hào)，音頻模塊將音頻信號(hào)從喇叭中播放出。
文檔編號(hào)H04B10/10GK101593436SQ200910031989
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者立 張, 娜 朱, 江曉明, 陳和生 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)