一種室內(nèi)無線ccd控制自動窗簾的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，包括：橋接電路，用于連接計算機USB接口和光收發(fā)電路，接受或發(fā)射自計算機USB數(shù)據(jù)信號進行變換處理的信號；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；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(shè)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。該系統(tǒng)實現(xiàn)了點對點通信方式，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(zhǔn)即可，應(yīng)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。
【專利說明】
一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾。
【背景技術(shù)】
[0002]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，來自太陽的福射能量。
[0003]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(zhuǎn)變成化學(xué)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(zhì)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(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。
[0004]可見光通信技術(shù)，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(shù)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:
(I)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(zhǔn)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(zhǔn)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。
[0005](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(shè)備安裝，適合臨時使用和復(fù)雜地形中的緊急組網(wǎng)，對于重新撤換部署也很方便。
[0006](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(yīng)的器件成本也較低。
[0007]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)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(zhǔn)即可，應(yīng)用于室內(nèi)短距離無線通信，可以達到1Mbps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可見光通信插座系統(tǒng)。
[0009]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術(shù)方案:
一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，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(shè)備、LED燈、自動窗簾、光探測器、信號處理電路；
所述自動窗簾包括核心處理器模塊、LED光接收電路、存儲器模塊、按鍵模塊、電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊、繼電器模塊;所述繼電器模塊包括繼電器電路和行程開關(guān)，其中所述行程開關(guān)位于自動窗簾軌道上，通過導(dǎo)線與控制器內(nèi)部的所述繼電器電路相連;核心處理器通過控制繼電器的通斷實現(xiàn)電源接線點的選擇，所述繼電器模塊包括2個繼電器，通過繼電器的接通或者斷開實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉;所述2個繼電器回路也分別與2個行程開關(guān)的常閉觸點串聯(lián)；當(dāng)窗簾已經(jīng)完全打開或關(guān)閉時，系統(tǒng)能夠自動將電源斷開，預(yù)防碰撞的發(fā)生，并可通過行程開關(guān)的常開觸點向控制器發(fā)出位置信號；所述LED光接收電路接收LED照明燈組的LED通信信號并轉(zhuǎn)化為控制指令輸送到核心處理器;所述電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊包括電源保護部分和電平轉(zhuǎn)換部分，所述電平轉(zhuǎn)換部分對日常交流市電將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換為5 V直流電壓輸出；所述電源保護部分是一個與電源輸入端串聯(lián)的保險絲;所述按鍵模塊包括一個獨立式按鍵，用于實現(xiàn)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)初始設(shè)置。
[0010]所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設(shè)備、LED燈、自動窗簾、光探測器、信號處理電路;所述信號調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)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(yīng)較好的CCD光電轉(zhuǎn)換器件;所述自動窗簾是可變倍數(shù)的光學(xué)鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應(yīng)，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;所述探照燈和所述自動窗簾之間是大氣信道，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(shè)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(shè)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)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(qū)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(shè)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)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(qū)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(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)設(shè)備主要包括發(fā)射端和接收端;發(fā)射端可使用00Κ、ΡΡΜ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(shè)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(shè)備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應(yīng)度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設(shè)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(yīng)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(shè)置于閉合門的側(cè)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(shè)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)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(qū)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(zhuǎn)換，即E/0轉(zhuǎn)換)，最后經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射到大氣信道中。
[0011]光接收機:通過光學(xué)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(zhuǎn)換成電信號(這個過程稱之為光電轉(zhuǎn)換，即0/E轉(zhuǎn)換)，轉(zhuǎn)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。
[0012]所述光發(fā)射機包括光源和驅(qū)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(qū)動器，所述驅(qū)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(shè)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(qū)動器構(gòu)成反饋電路。
[0013]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1B和內(nèi)部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 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(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動1/0，由此構(gòu)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。
[0014]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。
[0015]待發(fā)送密鑰為TTL電平信號，即+5V表示高電平T，0V表示低電平“O”；所述LED驅(qū)動模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關(guān)外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)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(shè)計的一種發(fā)送端。
[0016]
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。
[0017]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(shè)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(shè)計要求(多l(xiāng)OMb/s);使用壽命長;價格低，降低成本。所述LED驅(qū)動電路采用差分電路。
[0018]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(gòu)成光接收機的線性通道，以完成光/電轉(zhuǎn)換，把信號放大到判決電路所需的信號電平。
[0019]在光通信系統(tǒng)中，接收機的作用是把接收到光信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)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。
[0020]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。
[0021]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，所述自動窗簾包括核心處理器模塊、LED光接收電路、存儲器模塊、按鍵模塊、電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊、繼電器模塊;所述繼電器模塊包括繼電器電路和行程開關(guān)，其中所述行程開關(guān)位于自動窗簾軌道上，通過導(dǎo)線與控制器內(nèi)部的所述繼電器電路相連；核心處理器通過控制繼電器的通斷實現(xiàn)電源接線點的選擇，所述繼電器模塊包括2個繼電器，通過繼電器的接通或者斷開實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉;所述2個繼電器回路也分別與2個行程開關(guān)的常閉觸點串聯(lián)；當(dāng)窗簾已經(jīng)完全打開或關(guān)閉時，系統(tǒng)能夠自動將電源斷開，預(yù)防碰撞的發(fā)生，并可通過行程開關(guān)的常開觸點向控制器發(fā)出位置信號;所述LED光接收電路接收LED照明燈組的LED通信信號并轉(zhuǎn)化為控制指令輸送到核心處理器;所述電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊包括電源保護部分和電平轉(zhuǎn)換部分，所述電平轉(zhuǎn)換部分對日常交流市電將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換為5 V直流電壓輸出；所述電源保護部分是一個與電源輸入端串聯(lián)的保險絲;所述按鍵模塊包括一個獨立式按鍵，用于實現(xiàn)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)初始設(shè)置。
[0022]應(yīng)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(luò)等方法和技術(shù)，進行智能化、集成化、協(xié)調(diào)化、設(shè)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?，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(yōu)點。
[0023]光鑰匙和智能移動終端相結(jié)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(chǔ)。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(wù)產(chǎn)品，能夠無縫的應(yīng)用到Andr1d系統(tǒng)中去。
[0024]
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(yuǎn)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O或者I;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(shè)備使用高幀頻(10fps以上)、高靈敏度、高響應(yīng)度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設(shè)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(yīng)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(yīng)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(dāng)中。
[0025]在計算機上支持熱插拔，充分體現(xiàn)了USB接口設(shè)備使用快速便捷的特點。在驅(qū)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(yīng)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(zhǔn)，省去了紅外波段價值昂貴的望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)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(qū)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小;對于存在容易產(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】
[0026]圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是光發(fā)射機電路框圖；
圖3是LED光源驅(qū)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】
[0027]下面結(jié)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(shè)備、LED燈、自動窗簾、光探測器、信號處理電路;所述自動窗簾包括微控制器、插座開關(guān)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)所述控制指令生成插座開關(guān)的執(zhí)行指令，所述插座開關(guān)是電磁繼電器，所述電磁繼電器與插座的加濕裝置連接；
所述自動窗簾包括核心處理器模塊、LED光接收電路、存儲器模塊、按鍵模塊、電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊、繼電器模塊;所述繼電器模塊包括繼電器電路和行程開關(guān)，其中所述行程開關(guān)位于自動窗簾軌道上，通過導(dǎo)線與控制器內(nèi)部的所述繼電器電路相連;核心處理器通過控制繼電器的通斷實現(xiàn)電源接線點的選擇，所述繼電器模塊包括2個繼電器，通過繼電器的接通或者斷開實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉;所述2個繼電器回路也分別與2個行程開關(guān)的常閉觸點串聯(lián)；當(dāng)窗簾已經(jīng)完全打開或關(guān)閉時，系統(tǒng)能夠自動將電源斷開，預(yù)防碰撞的發(fā)生，并可通過行程開關(guān)的常開觸點向控制器發(fā)出位置信號；所述LED光接收電路接收LED照明燈組的LED通信信號并轉(zhuǎn)化為控制指令輸送到核心處理器;所述電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊包括電源保護部分和電平轉(zhuǎn)換部分，所述電平轉(zhuǎn)換部分對日常交流市電將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換為5 V直流電壓輸出；所述電源保護部分是一個與電源輸入端串聯(lián)的保險絲;所述按鍵模塊包括一個獨立式按鍵，用于實現(xiàn)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)初始設(shè)置。
[0028]所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設(shè)備、LED燈、自動窗簾、光探測器、信號處理電路;所述信號調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)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(yīng)較好的CCD光電轉(zhuǎn)換器件;所述自動窗簾是可變倍數(shù)的光學(xué)鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應(yīng)，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;所述探照燈和所述自動窗簾之間是大氣信道，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(shè)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(shè)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)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(qū)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(qū)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(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)設(shè)備主要包括發(fā)射端和接收端;發(fā)射端可使用00Κ、ΡΡΜ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(shè)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(shè)備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應(yīng)度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設(shè)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(yīng)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(shè)置于閉合門的側(cè)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。
[0029]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(zhuǎn)換，即E/0轉(zhuǎn)換)，最后經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射到大氣信道中。
[0030]光接收機:通過光學(xué)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(zhuǎn)換成電信號(這個過程稱之為光電轉(zhuǎn)換，即0/E轉(zhuǎn)換)，轉(zhuǎn)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。
[0031]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1B和內(nèi)部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 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(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動1/0，由此構(gòu)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。
[0032]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。
[0033]待發(fā)送密鑰為TTL電平信號，S卩+5V表示高電平“1”，0V表示低電平“O”；所述LED驅(qū)動模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關(guān)外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)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(shè)計的一種發(fā)送端。
[0034]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。
[0035]當(dāng)連接在可見光發(fā)射模塊中的各類傳感器(煙霧傳感器、溫度傳感器)發(fā)現(xiàn)災(zāi)害出現(xiàn)時，會立即向此模塊的核心控制電路發(fā)出報警信號。核心控制電路隨即發(fā)出報警信號到以太網(wǎng)通信模塊中，通過互聯(lián)網(wǎng)同時向用戶發(fā)出警報信息。該自動窗簾應(yīng)能通過開斷電源，來控制插座上電器的供電，或?qū)﹄娖鞯耐ㄐ趴诎l(fā)命令幀控制，控制的家電包括空調(diào)、電飯煲、自動窗簾等。自動窗簾與核心控制電路進行通信，將數(shù)據(jù)傳送給主控制器或響應(yīng)主控制器的命令，保證智能家居系統(tǒng)的正常工作。自動窗簾與主控制器構(gòu)成有效的通信網(wǎng)絡(luò)，通信應(yīng)快速穩(wěn)定。
[0036]另外，智能插排能夠通過GSM通信模塊實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，用戶可以在回家之前啟動智能插排，改善室內(nèi)空氣濕度，在離開家以后關(guān)閉，即使忘記出門之前關(guān)閉智能插排，也可以通過手機發(fā)出控制指令，關(guān)閉智能插排，這樣能夠合理規(guī)劃智能插排的使用時間，延遲使用壽命以及節(jié)約能源。
[0037]如圖2所示，所述光發(fā)射機包括光源和驅(qū)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(qū)動器，所述驅(qū)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(shè)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(qū)動器構(gòu)成反饋電路。
[0038]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。
[0039]優(yōu)選地，所述發(fā)射機電路中米用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(shè)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(shè)計要求(多l(xiāng)OMb/s);使用壽命長;價格低，降低成本。如圖3所示，所述LED驅(qū)動電路米用差分電路。
[0040]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(gòu)成光接收機的線性通道，以完成光/電轉(zhuǎn)換，把信號放大到判決電路所需的信號電平。
[0041]在光通信系統(tǒng)中，接收機的作用是把接收到光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｊ紫扔晒怆娞綔y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(zhuǎn)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(gòu)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。
[0042]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。
[0043]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(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(fù)反饋的高增益高阻抗放大器，基本上是一個電流-電壓轉(zhuǎn)換器，噪聲低、頻帶寬和動態(tài)范圍大。
【主權(quán)項】
1.一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，包括: 自動窗簾、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(shè)備、LED燈、光探測器、信號處理電路;所述自動窗簾包括微控制器、插座開關(guān)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)所述控制指令生成插座開關(guān)的執(zhí)行指令，所述插座開關(guān)是電磁繼電器，所述電磁繼電器與插座的加濕裝置連接； 所述自動窗簾包括核心處理器模塊、LED光接收電路、存儲器模塊、按鍵模塊、電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊、繼電器模塊;所述繼電器模塊包括繼電器電路和行程開關(guān)，其中所述行程開關(guān)位于自動窗簾軌道上，通過導(dǎo)線與控制器內(nèi)部的所述繼電器電路相連;核心處理器通過控制繼電器的通斷實現(xiàn)電源接線點的選擇，所述繼電器模塊包括2個繼電器，通過繼電器的接通或者斷開實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉;所述2個繼電器回路也分別與2個行程開關(guān)的常閉觸點串聯(lián)；當(dāng)窗簾已經(jīng)完全打開或關(guān)閉時，系統(tǒng)能夠自動將電源斷開，預(yù)防碰撞的發(fā)生，并可通過行程開關(guān)的常開觸點向控制器發(fā)出位置信號；所述LED光接收電路接收LED照明燈組的LED通信信號并轉(zhuǎn)化為控制指令輸送到核心處理器;所述電源保護與電平轉(zhuǎn)換模塊包括電源保護部分和電平轉(zhuǎn)換部分，所述電平轉(zhuǎn)換部分對日常交流市電將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換為5 V直流電壓輸出；所述電源保護部分是一個與電源輸入端串聯(lián)的保險絲;所述按鍵模塊包括一個獨立式按鍵，用于實現(xiàn)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)初始設(shè)置。2.所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調(diào)制控制設(shè)備、LED燈、自動窗簾、光探測器、信號處理電路;所述信號調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)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(yīng)較好的CCD光電轉(zhuǎn)換器件;所述自動窗簾是可變倍數(shù)的光學(xué)鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應(yīng)，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;所述探照燈和所述自動窗簾之間是大氣信道，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(shè)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(shè)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)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(qū)動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送； 橋接電路，用于連接計算機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； 光發(fā)射機，用于將經(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，使其發(fā)出被編碼電信號調(diào)制的可見光光脈沖信號，最后經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射到大氣信道中； 光接收機，通過光學(xué)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(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)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(qū)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、自動功率控制電路和自動溫度控制電路;使用時，電信號輸入到驅(qū)動器，所述驅(qū)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(shè)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(qū)動器構(gòu)成反饋電路； 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，所述信號處理電路包括低噪前置放大器、主放大器、均衡器、AGC電路;使用時，所述經(jīng)強度調(diào)制的數(shù)字光信號，光電檢測器在接收端采用直接檢測方式接收光信號，低噪前置放大器、主放大器、均衡器構(gòu)成光接收機的線性通道，AGC電路連接主放大器和均衡器之間，完成光/電轉(zhuǎn)換，把光信號放大到判決再生電路所需的信號電平。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，所述遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應(yīng)度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設(shè)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(yīng)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(shè)置于閉合門的側(cè)端;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1B和內(nèi)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表(16 X 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(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動1/0，由此構(gòu)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。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，所述光源工作波段為紅光650nm;待發(fā)送密鑰為TTL電平信號，S卩+5V表示高電平“1”，0V表示低電平“O”；所述LED驅(qū)動模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關(guān)外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)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(shè)計的一種發(fā)送端。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，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。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，所述LED驅(qū)動電路采用差分電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于，所述低噪前置放大器為寬帶、低噪聲放大器。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種室內(nèi)無線CCD控制自動窗簾，其特征在于， 所述低噪前置放大器是跨阻放大器。
【文檔編號】A47H5/02GK105933061SQ201610440692
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】楊定寬
【申請人】蘇州邁奇杰智能技術(shù)有限公司