基於藍牙及攝像頭通信的近場無線通信裝置的製作方法

2023-07-09 20:04:26

(一)技術領域

本發明屬於可見光(visiblelightcommunication,縮寫為vlc)通信系統技術領域。

(二)

背景技術：

目前，在公交車，地鐵，手機支付等刷卡支付系統以及各處的門禁系統中，無線射頻識別(radiofrequencyidentification，簡稱rfid)技術的應用非常廣泛。相對於傳統的條形碼識別，rfid有著有效識別距離大，識別速度快，使用壽命長等優勢。隨著現代市場經濟的快速發展，越來越多的商家推出各式各樣的會員等身份卡片，對於消費者來說，出門在外攜帶著一大把卡片非常地累贅，而在一大把的卡片中找出需要的卡片更是相當繁瑣。相對來說，手機在當下幾乎是每個人出門必隨身攜帶的通信工具，如果可以將身份識別技術集成應用在手機上，將會大大便利人們的出行。現在實現這種理念的方法主要有兩種，一種是通過手機應用軟體生成對應身份的條形碼或二維碼，為了保證安全性，身份碼需要實時生成，這意味著必須保證手機網絡的連通，對於應用場景有一定的局限性。另一種方法是近場通信(nearfieldcommunication，簡稱nfc)，目前部分手機中已經整合了nfc技術，但首先不是所有手機都具備nfc功能，因為對於手機製造商來說這需要加入額外的設備，增加成本，其次，為了保證隨時能夠與靠近的手機建立安全的通信，主機的nfc收發設備需要時刻保持開通狀態，這或多或少地會造成電量的浪費和電磁波汙染。

為了解決上述問題，本發明提出了一種只採用發光二極體(lightemittingdiode，簡稱led)和藍牙接收機的通信裝置，可以直接與現在市場上的智慧型手機進行交互。這種裝置可以將認證密鑰信號加載到led上，利用手機攝像頭的捲簾效應(rollingshuttereffect，簡稱rse)在近場獲取該信息，再將待傳信號利用密鑰加密後通過藍牙發射給主機，不需要與主機進行繁瑣的藍牙配對。

捲簾機制是互補金屬氧化物半導體(complementarymetaloxidesemiconductor，簡稱cmos)傳感照相機獲取圖像的原理，cmos像素點將入射光轉化為電壓，從而獲取其像素值。cmos傳感器所包含的像素點是排成列的，所以拍照時並不是一次性獲取整個圖像，而是逐列獲取的，這種成像的方式就稱為「捲簾」。當led的閃爍頻率低於捲簾掃描頻率且高於照相機成像頻率(幀/秒)時，照相機就會拍到密度不同的光帶，也就是led閃爍所表示的信號。

(三)

技術實現要素：

針對上述情況，本發明的目的是提出一種利用目前手機均具備的攝像頭和藍牙設備即可進行安全通信的方法及裝置，該裝置主機的通信設備只需要發光二極體和藍牙接收機，既可以在沒有網絡信號的情況下使用，同時也沒有持續的電磁波汙染。

為了實現上述目的，本發明與手機進行通信具體方案如下：

a.用手機攝像頭對準接近主機led光源，接收主機的密鑰交換及藍牙開啟信息；

b.手機將身份等信息加密後通過藍牙廣播發送；

c.主機接收並確認處理後通過led返回確認及藍牙關閉信息。

所述的密鑰交換為動態對稱密鑰，以保證安全性及通信速率。

本發明所述的近場無線通信裝置包括：

一個發光二極體，其作用在於發射主機信息給手機，手機通過攝像頭接收該信息。

一個藍牙接收器，其作用在於接收手機發射的身份認證等功能信息。

一個led驅動器，其作用在於驅動發光二級管工作。

數字電路，其作用在於控制驅動器。

一個微處理器，其作用在於控制數字電路及藍牙接收器，並處理髮射接收的信號。

一個內存，其作用在於存貯接收和發射的信號。

集成的rs232、usb等常用通信接口，其作用在於簡化與其他通信設備間的連接，易於與當前先用系統融合及其他系統的嵌入。

本發明的目的實現過程如下，主機微處理器通過數字電路控制驅動器，驅動led發送動態對稱密鑰信息，手機攝像頭靠近主機led，獲取密鑰後自動開啟手機藍牙設備，將身份認證信息及其他功能信息加密後，通過藍牙設備廣播發送，主機的藍牙接收機接收信號並傳輸至微處理器，微處理器將信息解密，確認身份等信息後通過led返回確認信號並處理扣費等其他功能信息，手機接收到確認信息後自動關閉藍牙設備以節省電量並避免不必要的電磁波汙染。

本發明的有益之處是，採用上述方法及裝置後，門禁等類似場景可以將身份等信息整合在個人手機中，避免卡片等實體的使用，大大簡化個人的出行。同時該裝置可再沒有無線網絡的環境下使用，且不需要與用戶手機藍牙配對，節約了一般藍牙通信中的配對時間。另外，該裝置本身不會產生電磁波汙染，是一種安全，成本低，速度快，無汙染，易實現的近場無線通信方法及裝置。

(四)附圖說明

以下結合附圖及實例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的進場無線通信方法及裝置應用場景不局限於該實例。

圖1是本發明的近場無線通信裝置示意圖。

圖2是手機攝像頭捲簾效應信號效果示意圖。

圖3是本發明的近場無線通信裝置應用場景圖。

圖中：

1-發光二極體

2-led驅動器

3-數字電路

4-微處理器

5-藍牙接收器

6-內存

7-usb、rs232等通信接口

8-近場無線通信裝置

9-手機攝像頭

10-手機藍牙設備

11-智慧型手機

12-待發送數據

13-手機攝像頭所拍的圖片

14-經過處理後所得信號

(五)具體實施方式

本發明的近場無線通信裝置8的通信過程是這樣的，微處理器4從內存6中獲取動態對稱密鑰，通過數字電路3控制驅動器2，從而驅動發光二極體1發送密鑰協商信號，當智慧型手機11的攝像頭9對準發光二極體1，即可接收到密鑰信息，完成密鑰協商並開啟手機藍牙設備10，將使用密鑰加密後的信息通過藍牙設備10廣播發送，藍牙接收器5接收到信號後傳給微處理器4進行解密，確認身份信息後通過集成的其他通信接口7完成扣費，開門等功能，並再次通過數字電路3控制驅動器2，驅動發光二極體1返回確認信息，手機11通過攝像頭9接收到確認信息後關閉手機藍牙設備10。

圖3為該發明用於地鐵支付的實際場景，用戶在將要乘坐地鐵時通過手機應用軟體打開手機攝像頭，並靠近地鐵閘機的led燈即可完成地鐵支付，不需要排隊購票取票，也不需要攜帶交通卡、一卡通等，同時，也保證了支付系統的安全性。

該發明裝置利用目前手機均具備的攝像頭和藍牙設備即可進行安全通信，不需要進行藍牙配對，通信效率高。其主機的通信設備只需要發光二極體和藍牙接收機，成本低，易於實現，也易於與現有系統結合，另外可以在沒有網絡信號的情況下使用，同時也沒有持續的電磁波汙染。