基於可見光通信的考試聽力廣播系統的製作方法
2023-10-06 01:00:59 1
基於可見光通信的考試聽力廣播系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於可見光通信的考試聽力廣播系統，包括信源、LED燈、視聽設備，還包括PPM編碼模塊、LED驅動電路、光電檢測電路、信號放大調整電路、解調模塊、FPGA處理平臺Ⅰ，FPGA處理平臺Ⅱ;信源輸入到PPM編碼模塊,PPM編碼模塊與LED驅動電路連接，LED驅動電路與LED燈連接；由LED燈發出光源信號傳遞到光電檢測器，光電檢測器與信號放大調整模塊連接，所述信號放大調整電路與解調模塊連接，解調模塊連接輸出到視聽設備；所述FPGA處理平臺塊Ⅰ發射端連接控制信號的PPM編碼調製模塊；所述FPGA處理平臺Ⅱ發射端連接解調模塊。上述通過LED可見光源在系統中的運用，功耗低，使用壽命長，綠色環保，節能，通信容量大，運用在考試聽力廣播中，提高了數據的保密性和安全性。
【專利說明】基於可見光通信的考試聽力廣播系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光通信系統，特別涉及一種基於可見光通信的考試聽力廣播系統。
【背景技術】
[0002] 20世紀90年代後期，隨著全光接入技術的發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，得到了人們的極大 關注，它為無線寬帶接入的快速部署提供一種靈活的解決方案，其應用範圍已從軍用和航 天領域邁入民用領域。
[0003] 近幾年來，被譽為"綠色照明"的LED照明技術發展迅猛，利用LED器件能夠高速 亮滅的發光響應特性，將信號調製到LED可見光上進行傳輸，使可見光通信與LED照明相結 合，構建出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可見光廣播網絡實現了 LED照明與無線通信雙重效果，無需使用額外的電能 和設備進行短距離無線通信。其次，可見光通信發射功率高，無需無線電頻譜認證，可以提 供一種全新的高速數據接入方式。對於數據的發送由經過調製的LED光束實現，而由PIN 二極體實現高頻光脈衝的探測，經過調整放大後，再利用FPGA實現對脈衝信號的解調，從 而實現高速的數據傳輸。
[0005] 光無線通信系統採用基帶調製，目前適合室內可見光LED通信的調製方法有：開 關鍵控；脈衝位置調製；多脈衝位置調製；差分脈寬調製；數字脈衝間隔調製；雙頭脈衝 間隔寬度調製。一般來說，無論採用哪種調製方法，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。本發明中採用PPM調製方式是 目前無線光通信較好的調製方法之一，它的功率利用率和頻帶利用率都比較好，因而被 IEEE802. 11委員會推薦用於O-lOMHz的無線光通信編碼。
[0006] 另一方面，學校中的考試，特別是英語考試需要聽力測試，然而傳統的英語聽力考 試是用的無線電傳播，需無線發送設備，而無線電的發送區域較廣，導致考試內容很容易被 外界接收到，存在作弊或其它相關問題。最主要的是現有市場上的關於LED燈使用領域過 於窄，使用過於單一，還未涉及在廣播通信系統中的運用。
【發明內容】
[0007] 本發明為了解決LED燈可見光源運用系統過於單一和校園聽力考試存在作弊的 問題，提出了一種基於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，該系統具有功耗極低，使用壽命長，綠色環保等諸多優勢。
[0008] 本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種基於可見光通信的考試聽力廣播系 統，包括信源、LED燈、視聽設備，該系統還包括PPM編碼模塊、LED驅動電路、光電檢測電路、 信號放大調整電路、解調模塊、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驅動電路連接，所述LED驅動電路與LED燈連接；由LED 燈發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整模塊連接，所述信號 放大調整電路與解調模塊連接，所述解調模塊連接輸出到視聽設備；所述FPGA處理平臺I 發射端連接控制信號的PPM編碼調製模塊；所述FPGA處理平臺II發射端連接解調模塊。
[0009] 作為對本發明的進一步限制，所述光電檢測器具有PIN光電二極體。由此，光電檢 測器用在接收光信號，並將光信號轉換成對應的電信號，PIN光電二極體是光通信中常用的 光探測器，可以對LED燈發出的光線進行探測。
[0010] 作為對本發明的進一步限制，所述信號放大調整電路將光電檢測器的小信號進行 電壓放大、電平調整，並濾除噪聲幹擾，降低系統通信時的誤碼率的電路；由此，通過信號放 大調整電路可以對信號進行放大和調整到聽力廣播合適的範圍。
[0011] 作為對本發明的進一步限制，所述視聽設備包括耳機和其他視聽設備。由此，學生 可以通過耳機來接收聽力信號，通過顯示設備觀看。
[0012] 作為對本發明的進一步限制，所述耳機具有專用集成電路晶片。由此，來提高耳機 的接收效果。
[0013] 本發明的有益技術效果：通過使用FPGA處理平臺模塊實現PPM編碼模塊的調製信 號，直接控制LED燈的驅動電路，實現LED燈閃爍，採用光電檢測器具有的PIN光電二極體 接受光信號，並轉化成電信號，通過波形調整電路，輸入FPGA處理平臺模塊II後，對傳輸數 據進行解碼，並最終連接視聽設備；該系統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製的耳機接收信號，保證考場內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是本發明一種基於可見光通信的考試聽力廣播系統示意圖。
[0015] 圖中：信源1、LED燈12、視聽設備7,該系統還包括PPM編碼模塊2、LED驅動電路 3、光電檢測器4、信號放大調整電路5、解調模塊6、FPGA處理平臺I 8，FPGA處理平臺II 9。
【具體實施方式】 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0016] 如圖1所示是本發明的基於可見光通信的考試聽力廣播系統，包括信源1、LED燈 12、視聽設備7,該系統還包括PPM編碼模塊2、LED驅動電路3、光電檢測器4、信號放大調整 電路5、解調模塊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驅動電路3連接，所述LED驅動電路3與LED燈12連接， 由LED燈12發出可見光源信號傳遞到光電檢測器4,所述光電檢測器4與信號放大調整模 塊5連接，所述信號放大調整電路5與解調模塊6連接視聽設備7,而所述信號放大調整電 路是用於光電檢測器的小信號進行電壓放大、電平調整，並濾除噪聲幹擾，降低系統通信時 的誤碼率的電路。所述FPGA處理平臺I 8控制連接PPM編碼調製模塊2,所述FPGA處理平 臺II 9控制連接解調模塊6,所述光電檢測器4具有PIN光電二極體。
[0017] 其中，本系統中的LED驅動電路3關係到整個通信系統的誤碼率和傳輸速率，通過 優化驅動電路，可以達到數據的高速傳輸，主要通過FPGA處理平臺I 8輸出的信號來實現 一個LED驅動電路開關的功能，從而實現對LED驅動電路3的控制，即LED燈12亮滅的控 制。
[0018] 上述主要技術之一的LED照明系統在現代社會逐漸成為主流的照明系統，用於 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行無線通信。LED可見光無線通 信"安全，節能，環保"的特點，使得該技術很容易被大眾群體所接受。同時，可見光通信的 考試聽力廣播系統可廣泛的應用於學校考試聽力系統的無線廣播，以及其他短距離無線數 據傳輸的無線通信系統。
[0019] 再次，本系統中的LED燈12所產生的光信號在傳送和一系列處理過程中均會受到 各種各樣噪聲的幹擾，導致光電接收器正確接收微弱信號非常困難，來自外界環境的電磁 幹擾等可以通過屏蔽的方式減弱或防止，但是系統內部的隨機噪聲卻不可避免，只能通過 電路設計和製作工藝措施儘量減小。所以，信號調整電路必須在抑制電磁幹擾和噪聲影響 方面起到關鍵作用，進而避免出現信號掩沒在噪聲中的情況發生；其中，光通信是利用LED 燈12發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可快速調製的 優點保證了利用其進行超高速數據通信的可能，其具體過程是發射端將需要傳輸的數據進 行編碼、調製，然後加載到可見光載波信號上發射出去，接收端利用光電轉換器件接收光載 波信號，並用FPGA進行解調以獲取原始信息。
[0020] 綜上所述，LED燈不僅功耗極低，且具有使用壽命長，綠色環保等諸多優勢。隨 著發光效率的提高，高亮度LED燈將逐漸從專業顯示領域擴展到日常生活照明領域，極有 可能將會替代傳統照明設備成為21世紀的新一代綠色光源。而在LED燈用以照明或顯示 的同時，進行數據傳輸，使可見光通信與LED照明相結合，將會成為通信方式的一個嶄新的 發展方向，將更有利於能耗的降低、環境的保護。隨著發光效率的提高，高亮度LED將逐漸 從專業顯示領域擴展到日常生活照明領域，會替代傳統照明設備成為21世紀的新一代綠 色光源。而在LED燈用以照明或顯示的同時，進行數據傳輸，使可見光通信與LED燈照明相 結合，是新一代通信方式的發展，更有利於能耗的降低，環境的保護。
[0021] 進一步地說，LED燈還包括了諸多優點：（1)節能：LED燈是目前公認的具有電光 轉換效率高、節能、可靠、使用壽命長的新一代綠色照明產品，將LED照明技術和光通信技 術相結合，實現資源的充分利用，極大地降低了能耗，具有重大意義。（2)通信容量大：白光 LED作為半導體器件，具有響應速度高、調製性能好的特點，可用於高速數據傳輸。白光LED 的亮度非常高，且調製速率很快，人眼無法感受到燈光的閃爍，因此，在保證照明的條件下， 可以實現高速數據傳輸。（3)安全：傳統的光通信是利用不可見光來進行通信傳輸，大多 是採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)經濟效益前景廣闊：使用LED可見光進行無線通信，減少無線數據傳輸所 需的外部設備，大大降低數據傳輸成本。同時，LED照明技術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換成熱。同時，我們又實現了對可見光的充分利用，當批量投 入使用後，便能產生巨大的經濟效益。
[0022] 本系統FPGA處理平臺I 8控制PPM調製模塊2,將信源變換成PPM信號傳輸，由 LED驅動電路3發射PPM信號。使用FPGA處理平臺II 9進行傳輸數據的解調。FPGA處理 平臺I 8和FPGA處理平臺II 9為現場可編程邏輯模塊，具有功耗低、速度快等特點，更能 提高系統傳輸速率，抗幹擾性更強，適應於對速度要求嚴苛的通信系統；以上所述的僅是 對本發明的實施方式的闡述，應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明 的創造構思的前提下，還可以做出其它變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種基於可見光通信的考試聽力廣播系統，包括信源、LED燈、視聽設備，其特徵在 於：該系統還包括PPM編碼模塊、LED驅動電路、光電檢測電路、信號放大調整電路、解調模 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驅動電路連接，所述LED驅動電路與LED燈連接；由LED燈發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整模塊連接，所述信號放大調整電路與解調模塊連 接，所述解調模塊連接輸出到視聽設備；所述FPGA處理平臺I發射端連接控制信號的PPM 編碼調製模塊；所述FPGA處理平臺II發射端連接解調模塊。
2. 如權利要求1所述的基於可見光通信的考試聽力廣播系統，其特徵在於：所述光電 檢測器具有PIN光電二極體。
3. 如權利要求1所述的基於可見光通信的考試聽力廣播系統，其特徵在於：所述信號 放大調整電路，用於對光電檢測器的小信號進行電壓放大、電平調整，並濾除噪聲幹擾，降 低系統通信時的誤碼率。
4. 如權利要求1所述的基於可見光通信的考試聽力廣播系統，其特徵在於：所述視聽 設備包括耳機或其他視聽設備。
5. 如權利要求4所述的基於可見光通信的考試聽力廣播系統，其特徵在於：所述耳機 具有專用集成電路晶片。
【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 優先權日:2014年7月15日
【發明者】陸天翼, 鄭姚生, 謝晨偉, 湯勇明 申請人:東南大學