一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，包括光鑰匙模塊、光控鎖模塊、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光檢測模塊上，通過比對信息來控制插排的關閉和開啟。該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，安全性高。
【專利說明】
一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術領域，尤其是一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排。
【背景技術】
[0002]眾所周知，門禁系統(tǒng)是一種對出入口進行管理的系統(tǒng)。
[0003]太陽能(solarenergy)，是指太陽的熱福射能(參見熱能傳播的三種方式)，主要表現就是常說的太陽光線。在現代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風能、化學能、水能等。
[0004]太陽能是由太陽內部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產生的，來自太陽的福射能量。
[0005]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，并把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。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過漫長的地質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部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。
[0006]門禁系統(tǒng)的發(fā)展經歷了一個很長的過程，從早期的機械插排一直發(fā)展到現在基于無線射頻的電子插排。機械插排是一個典型的純粹的機械裝置，不管設計的多么精巧，使用的材質多么的堅硬，人們總是可以通過外力把它打開。而且，機械插排不方便進行鑰匙的管理。在人流量較多的辦公室、酒店等，如果有一個人丟失了鑰匙，那么就要進行插排的更換，十分麻煩。出于這些問題的考慮，人們研制了電子磁卡鎖和電子密碼鎖。電子磁卡鎖和電子密碼鎖能很好的解決了上面的問題，使門禁系統(tǒng)發(fā)展到了一個全新的高度。但是，它們也暴露出了很多缺點和問題。比如，電子磁卡鎖的讀卡機和卡片的磨損比較大，卡片上的開鎖信息容易被復制，在安全方面有著很大的隱患。電子密碼鎖的在安全性方面的問題就更加的突出，由于它是基于無線技術，密碼特別容易被泄露，安全問題不容忽視。目前，無線門禁系統(tǒng)主要采用無線射頻技術，該技術有很好的穿透性，然而這一特性又使得無線射頻信號容易被電磁干擾，被截獲復制，造成開鎖的信息泄漏而導致財產損失。
[0007]隨著白光LED器件的發(fā)展，可見光通信技術得到了越來越多的重視。可見光無線通信系統(tǒng)主要由光信號發(fā)射端和光信號接收端組成。在發(fā)送端，電信號經放大、濾波等處理后，調制到LED器件上實現電光轉換。在接收端，通過光電檢測器實現光電轉換，并經過相關信號處理單元還原出原始信息。
[0008]目前的無線系統(tǒng)容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，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。因此，可以將可見光通信技術與門禁技術相結合，具有廣闊的運用前景。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現有技術方法的不足，提供了一種節(jié)能環(huán)保，安全性高，可以廣泛的應用于賓館、寫字樓等應用場合，將將可見光通信技術與門禁技術相結合的基于可見光通信的系統(tǒng)。
[0010]為實現上述發(fā)明目的，提出了如下技術方案:一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，包括中央處理器、現場備、LED燈、接收天線、智能插排、信號處理電路;所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調制控制設備、LED燈、接收天線、智能插排、信號處理電路；
所述智能插排包括微控制器、插排開關以及光接收模塊，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，所述微控制器根據所述控制指令生成插排開關的執(zhí)行指令，所述插排開關是電磁繼電器，所述電磁繼電器與插排的加濕裝置連接；
所述智能插座包括微處理器、功率控制電路、信號測量電路、電源轉換電路、光接收模塊，所述微處理器接收所述光接收模塊獲得的控制指令，根據所述控制指令，控制電路實現智能插座的通電和斷電;所述功率控制電路包括繼電器，所述微處理器發(fā)出控制信號，控制繼電器的開合來改變負載的供電，所述繼電器的容量要高于負載的最大功率，所述繼電器回路還包括二極管和電容器件，用于吸收開合瞬間的反向電流和高壓;所述信號測量電路與功率控制電路連接，獲得智能插座的電壓、電流強電信號先通過分壓電阻、錳銅片轉換為弱電信號，再輸入給專用的計量芯片，完成多路電壓電流有效值、功率等計算，生成的數據輸送到微處理器;所述電源轉換電路將220V的交流電壓進行AC-DC變換，輸出電路系統(tǒng)中需要的直流電壓
所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號;所述LED燈是單色的LED;所述智能插排是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與智能插排相適應，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;所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸；
所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設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，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光檢測模塊上，通過比對信息來控制插排的關閉和開啟。
[0011]所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現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的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現的，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所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程;為更好的實現本發(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，而出現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，對中央處理器及現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。
[0012]所述光鑰匙模塊包括密鑰控制模塊、處理器模塊、LED驅動模塊、白光LED;所述密鑰控制模塊控制處理器模塊產生秘鑰信息，信號通過LED驅動模塊，把信號加載到LED燈上。所述光控鎖模塊包括光電檢測模塊、信號處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測模塊接收到光信號，對光信號進行處理，把信號送入處理器模塊，處理器模塊對密鑰信息進行匹配檢測，從而產生受控信號控制光鎖的開啟或閉合。
[0013]所述基于可見光通信的無線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，利用單片機串口通信原理，實現光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實現插排的開啟或關閉。
[0014]本技術方案中待發(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”。由于STC12C2052AD單片機I/O 口驅動能力有限，無法直接驅動LED實現密鑰(TTL電平)信息發(fā)送。因此，需設計LED驅動電路實現電信號到光信號的轉換。基于TTL信號電平特點，選用低成本、小體積PNP型貼片三極管S8550及其相關外圍器件，構成了LED驅動電路。
[0015]光鑰匙是基于單片機STC12C2052AD設計的一種發(fā)送端。光鑰匙可以發(fā)送不同的密鑰，通過不同的密鑰不僅可以打開插排，還可以實現其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。
[0016]所述光鎖受控模塊包括光電接收模塊、譯碼判決模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊、電源模塊;其中，光電檢測器來接收攜帶數據信息的光束，通過光電轉換把光信號轉換成模擬電信號，通過前置放大模塊對電信號進行放大，電信號經過譯碼判決模塊，把模擬信號轉換成數字信號，數字信號輸入到處理器STC12C2052AD進行處理。
[0017]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用00Κ、PPM等調制方式，光源將調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)射端的軟硬件設計，實現字符串的發(fā)送;接收端，采用CCD作為智能插排，硬件設備使用高幀頻(10fps以上)、高靈敏度、高響應度CCD相機。相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。
[0018]所述調制方式是OOK調制方式;OOK帶寬需求低，而且硬件實現最為簡單，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。其中，“亮”狀態(tài)用“I”表示，“滅”狀態(tài)用“O”表示，
所述發(fā)射模塊采用白光LED，為了增大發(fā)射功率，使用LED陣列，具體為3*4的LED陣列，每個LED功率能夠達到4W，束散角為5.30。
[0019]所述接收端采用CXD相機接收，以10fps為例，相機在I秒鐘之內等間距拍攝100張圖像，光信息被接收下之后，存儲在圖像當中。
[0020]所述光接收天線是一組光學鏡頭，與CCD相機相互配合，配置電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現計算機控制自動變焦。
[0021]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括光信號數據采集處理模塊，用于通過編寫的程序完成對LED發(fā)來的信號光的采集處理。該程序以MFC為框架編寫，完成對從相機發(fā)送過來的圖片信息的分析和處理。當光源和相機的頻率同步時，相機能夠準確捕捉到光源發(fā)送的信息。
[0022]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括可見光通信數據傳輸模塊，用于完成數據傳輸時的同步，與自適應傳輸模塊配合，完成速率可變自適應信息傳輸。包括數據傳輸準備過程，數據速率識別過程，數據同步過程，數據傳輸過程。按次序依次為數據傳輸建立，持續(xù)時間為IT，保護間隔2T ;速率識別碼發(fā)送時間3T ;保護間隔4T ;數據同步時間；最后進行數據傳輸。
[0023]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)具體包括:
調制器，用于可見光通信發(fā)射端需要將基帶信號調制到光載波上，調制器的作用就是要根據不同的調制方式，如OOK調制、PPM調制等，將信息先調制成電信號。調制器硬件上可以采用常用的51單片機系列，為了達到更高的速度和精度的要求，還可以選擇FPGA等。
[0024]LED驅動，用于將電信號轉化為光信號。LED驅動模塊用于完成對LED光源的驅動功能，同時將調至好的電信號轉化為光信號加載到LED光源上。如51單片機，其觸發(fā)方式是TTL觸發(fā)，完成對LED光源驅動。
[0025]LED，是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射裝置，為了滿足通信系統(tǒng)的需求，應盡可能選擇功率大、束散角小、白光LED光源。此外，選擇陣列形式LED光源可以增大光功率，而對束散角一般達到4度。
[0026]LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。
[0027]大氣信道，光源將調至好的信號光發(fā)射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。
[0028]相機鏡頭，相機鏡頭即是接收天線，主要完成光信號的捕捉接收功能，鏡頭能夠進行變焦，變化接收視場角，可以放大或者縮小目標。為了便于和CCD相機相互配合，配置了電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現電腦控制自動變焦。
[0029](XD相機，CXD是感光元器件，主要是將光信號轉化為電信號再成像。
[0030](XD相機需能夠匹配光源的速率，CXD相機能夠完成高幀頻采集。CXD相機通過千兆以太網連接到電腦上，并通過程序完成圖像數據的采集和處理。
[0031]成像處理過程，用于將接收到的已調光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調出原始信息，完成信息接收。
[0032]所述光電檢測器為PIN光電二極管。成本較低，而且易于實現。
[0033]該發(fā)明的有益效果:
應用人工智能專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、人工神經網絡等方法和技術，進行智能化、集成化、協(xié)調化、設計和實現的新一代的計算機管理系統(tǒng)。WIFI容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，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。智能插排能夠通過GSM通信模塊實現了遠程控制，用戶可以在回家之前啟動智能插排，改善室內空氣濕度，在離開家以后關閉，即使忘記出門之前關閉智能插排，也可以通過手機發(fā)出控制指令，關閉智能插排，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。
[0034]遠距離可見光通信系統(tǒng)，在發(fā)射端采用了OOK調制方式，OOK帶寬需求低，而且硬件實現最為簡單，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作為智能插排，硬件設備使用高幀頻(10fps以上)、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。選擇CCD作為智能插排，其靈敏度和響應度比傳統(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，成倍的提高傳輸速率。并且CCD作為智能插排還可以同時用于APT通信系統(tǒng)當中
光鑰匙和智能移動終端相結合，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。Android系統(tǒng)已經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、郵箱等服務產品，能夠無縫的應用到Andr1d系統(tǒng)中去。
[0035]所述微控制器是采用單片機，其CPU由控制器和運算器組成，主要進行運算及指令識別。存儲器為8K可擦寫閃存，工作電源為+5V。其內部有振蕩器的反相放大器，石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠，功能強大，使用方便，并具有低功耗空閑和掉電模式。
[0036]所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現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1/0模塊;FPGA的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現的，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1/0間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程;為更好的實現本發(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，而出現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，對中央處理器及現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。
[0037]智能插排可以根據室內的溫度來自動調節(jié)濕度，當空氣中的水氣量一定時，提高溫度，濕度則會降低;可以自行設定相對濕度值，當環(huán)境的相對濕度值低于設定值時，系統(tǒng)將自動加濕；當環(huán)境的相對濕度值高于設定值時，聲光報警器發(fā)出報警信號。用戶可以根據所在環(huán)境自行設置濕度限值，采集的相對濕度值、溫度值和濕度限值，都可以在液晶顯示屏上顯示。有高中低水位開關，在沒有水的情況下，則LED亮，提示用戶加水，以防止干燒。
[0038]另外，智能插排能夠通過遠程控制，用戶可以在回家之前啟動智能插排，改善室內空氣濕度，在離開家以后關閉，即使忘記出門之前關閉智能插排，也可以通過手機發(fā)出控制指令，關閉智能插排，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。
[0039]光鑰匙可以發(fā)送不同的密鑰，通過不同的密鑰不僅可以打開插排，還可以實現其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。
【附圖說明】
[0040]圖1是系統(tǒng)框圖；
圖2是處理器模塊電路圖；
圖3是LED驅動電路圖；
圖4是人機交互電路圖；
圖5是電源電路；
圖6是光電檢測模塊電路圖；
圖7是電壓比較電路圖；
圖8是插排及LED驅動電路；
圖9是電壓轉化電路；
圖10是反壓電路。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發(fā)明的一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排作進一步詳盡描述:如圖1所示，一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，包括中央處理器、現場備、LED燈、接收天線、智能插排、信號處理電路;所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調制控制設備、LED燈、接收天線、智能插排、信號處理電路；
所述智能插座包括微處理器、功率控制電路、信號測量電路、電源轉換電路、光接收模塊，所述微處理器接收所述光接收模塊獲得的控制指令，根據所述控制指令，控制電路實現智能插座的通電和斷電;所述功率控制電路包括繼電器，所述微處理器發(fā)出控制信號，控制繼電器的開合來改變負載的供電，所述繼電器的容量要高于負載的最大功率，所述繼電器回路還包括二極管和電容器件，用于吸收開合瞬間的反向電流和高壓;所述信號測量電路與功率控制電路連接，獲得智能插座的電壓、電流強電信號先通過分壓電阻、錳銅片轉換為弱電信號，再輸入給專用的計量芯片，完成多路電壓電流有效值、功率等計算，生成的數據輸送到微處理器;所述電源轉換電路將220V的交流電壓進行AC-DC變換，輸出電路系統(tǒng)中需要的直流電壓
所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號;所述LED燈是單色的LED;所述智能插排是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與智能插排相適應，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;所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸；
所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設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，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光檢測模塊上，通過比對信息來控制插排的關閉和開啟。
[0042]所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現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的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現的，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所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程;為更好的實現本發(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，而出現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，對中央處理器及現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。
[0043]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用00K、PPM等調制方式，光源將調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)射端的軟硬件設計，實現字符串的發(fā)送;接收端，采用CCD作為智能插排，硬件設備使用高幀頻(10fps以上)、高靈敏度、高響應度CCD相機。相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。
[0044]所述調制方式是OOK調制方式;OOK帶寬需求低，而且硬件實現最為簡單，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。其中，“亮”狀態(tài)用“I”表示，“滅”狀態(tài)用“O”表示，
所述發(fā)射模塊采用白光LED，為了增大發(fā)射功率，使用LED陣列，具體為3*4的LED陣列，每個LED功率能夠達到4W，束散角為5.30。
[0045]所述接收端采用CCD相機接收，以10fps為例，相機在I秒鐘之內等間距拍攝100張圖像，光信息被接收下之后，存儲在圖像當中。
[0046]所述光接收天線是一組光學鏡頭，與CCD相機相互配合，配置電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現計算機控制自動變焦。
[0047]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括光信號數據采集處理模塊，用于通過編寫的程序完成對LED發(fā)來的信號光的采集處理。該程序以MFC為框架編寫，完成對從相機發(fā)送過來的圖片信息的分析和處理。當光源和相機的頻率同步時，相機能夠準確捕捉到光源發(fā)送的信息。
[0048]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括可見光通信數據傳輸模塊，用于完成數據傳輸時的同步，與自適應傳輸模塊配合，完成速率可變自適應信息傳輸。包括數據傳輸準備過程，數據速率識別過程，數據同步過程，數據傳輸過程。按次序依次為數據傳輸建立，持續(xù)時間為IT，保護間隔2T ;速率識別碼發(fā)送時間3T ;保護間隔4T ;數據同步時間；最后進行數據傳輸。
[0049]所述遠距離可見光通信系統(tǒng)具體包括:
調制器，用于可見光通信發(fā)射端需要將基帶信號調制到光載波上，調制器的作用就是要根據不同的調制方式，如OOK調制、PPM調制等，將信息先調制成電信號。調制器硬件上可以采用常用的51單片機系列，為了達到更高的速度和精度的要求，還可以選擇FPGA等。
[0050]LED驅動，用于將電信號轉化為光信號。LED驅動模塊用于完成對LED光源的驅動功能，同時將調至好的電信號轉化為光信號加載到LED光源上。如51單片機，其觸發(fā)方式是TTL觸發(fā)，完成對LED光源驅動。
[0051]LED，是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射裝置，為了滿足通信系統(tǒng)的需求，應盡可能選擇功率大、束散角小、白光LED光源。此外，選擇陣列形式LED光源可以增大光功率，而對束散角一般達到4度。
[0052]LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。
[0053]大氣信道，光源將調至好的信號光發(fā)射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。
[0054]相機鏡頭，相機鏡頭即是接收天線，主要完成光信號的捕捉接收功能，鏡頭能夠進行變焦，變化接收視場角，可以放大或者縮小目標。為了便于和CCD相機相互配合，配置了電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現電腦控制自動變焦。
[0055](XD相機，CXD是感光元器件，主要是將光信號轉化為電信號再成像。
[0056](XD相機需能夠匹配光源的速率，CXD相機能夠完成高幀頻采集。CXD相機通過千兆以太網連接到電腦上，并通過程序完成圖像數據的采集和處理。
[0057]成像處理過程，用于將接收到的已調光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調出原始信息，完成信息接收。
[0058]如圖2所示，所述基于可見光通信的無線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，STC12C2052AD共有20個管腳，VCC(20管腳)和+5V電源相連，GND( 10管腳)接參考低。處于設計方便的目的，其余管腳全部通過標號引出，相同標號表示兩者之間具有相同的電氣連接。C5，Y1，C6組成晶振電路，它產生單片機所需要的時鐘頻率。Cl，R1組成復位電路和STC12C2052AD的Rst管腳(I管腳)相連接。下載接口與USB轉TTUPL2303/CH340)下載線相連，便于向單片機燒寫程序時使用。
[0059]P3.0/Rx D(2管腳)為串口數據的輸入端I/O接口。
[0060]P3.1/Tx D(3管腳)為串口數據輸出端I/O接口。P3.2/INT0(管腳6)為外部中斷O I/O 口。P3.3/INT1(管腳7)為外部中斷I I/O 口。P3.4/T0(8管腳)為外計算器外部時鐘輸入腳/定時器和計數器O外部時鐘輸入I/O 口。Ρ3.5/Τ1(管腳9)為脈沖調制輸出I/可編程門陣列輸入腳/定時器和計數器I外部時鐘輸入I/o 口。
[0061]P1.0-P1.7 為標準I/O 口/AD 轉換通道。
[0062]發(fā)射端電路信號主要是通過STC12C2052AD進行處理，通過P3.1/Tx D(3管腳)口把處理好的信號發(fā)出，然后通過驅動電路，把信號加載到LED燈上發(fā)出。
[0063]如圖3所示，S8550L基極管腳(I腳)通過限流電阻R2與單片機P3.1(Tx D)管腳相連。其發(fā)射極管腳(2腳)與LED光源低電平輸入管腳相連。電容C4起濾波作用，濾除電源高頻噪聲。集電極管腳(3腳)接地。當Ρ3.1 口輸出高電平時，三極管S8550L處于截止狀態(tài)，即LED滅，輸出為“O”。當Ρ3.1 口輸出為低電平時，三極管S8550L處于飽和狀態(tài)，即LED亮，輸出為“I”。此種方式設計，是因為STC12C2052AD的Tx D(p3.1) 口默認為高電平，使用這種PNP型的三極管方式進行設計能夠很有效的降低功率。
[0064]如圖4所示，人機互動電路包括開關按鍵、電阻和74LVC1G11GW芯片；組成。三個開關按鍵，SI和單片機STC12C2052AD的Pl.0 口相連；S2和單片機STC12C2052AD的Pl.1 口相連;S3和單片機STC12C2052AD的Pl.2 口相連。電阻主要起到一個限流的功能。74LVC1G11GW芯片可以提供一個三輸入與門，工作在1.65V到5.5V的電壓范圍上。將按鍵S1，S2，S3分別和芯片74LVC1G11GW的1、3、6腳相連，組成了一個三輸入的與門電路。單片機STC12C2052AD的中斷0(P3.2)與芯片74LVC1G11的4腳相連，實現S1、S2、S3任意按鍵都可以觸發(fā)外部中斷0，來喚醒單片機。通過上述電路設計，實現了一個光鑰匙的不同用途，極大的節(jié)省了資源。
[0065]如圖5所示電源電路，不僅實現了升壓的功能，還實現了對蓄電池的充電功能。當K開關打到I上時，可以對蓄電池進行充電。當開關K打到3上時，可以對3.8V電壓進行5V升壓。升壓電路主要由CE8301芯片、電感L1、二極管D2以及電容C1，C2組成的。LI主要用來升壓，二極管的作用是防止電流回流，兩個電容作為濾波器件來使用。通過電路在CE8301的2端口可以得到5V的電壓，來對單片機STC12C2052AD和三極管S8550L進行供電，保證器件的正常運行。
[0066]如圖6所示，光電檢測模塊主要由前置跨阻放大電路、高通濾波器和主放大電路組成。0PA658是一種超寬帶，低功耗，底電流反饋的運算放大器，具有高轉換率和低差分增益/相位誤差的優(yōu)點。選用0PA658組成前置跨阻放大電路，通過反饋電阻R6和補償電容C9實現微弱光電流信號到電壓信號的轉換。電容C12和R8構成高通濾波器，用于濾除電壓信號中的直流分量和低頻背景光噪聲。低噪聲0P37運放采用同向放大，構成主放大器。電阻R6、R4控制放大倍數，實現對信號的放大作用，便于譯碼判決模塊準確還原出原始信息。
[0067]如圖7所示，電壓比較電路由LM311芯片、電容、電阻組成。LM311引腳2和電阻R9和Rll相連，確定了門限電壓即Rll端分的的電壓，約為200mv。當引腳3輸入的電壓大于200mv時，就把它設置為O電平。當引腳3輸入的電壓小于200mv時，就把它設置為I電平?！癐”電平和“O”電平從引腳7輸出。電容C16和電阻R13構成高通濾波器，濾除輸入電壓信號中的直流分量。電阻R10，是一個上拉電阻，起穩(wěn)定電壓輸出作用。通過這個電路，可以把模擬信號轉換成相應的數字信號，然后把轉換好的信號，輸入到單片機的Rx D(P3.0) 口對信號進行相應的處理。
[0068]如圖8所示，單片機Pi1口為開鎖信號輸出管腳，其通過一限流電阻R2與三極管S2(S8550L)基極相連，繼電器2腳、5腳控制其4腳、6腳的導通。二極管Dl(1N4148)為續(xù)流二極管，保障繼電器的穩(wěn)定工作。P6(電控鎖接口)1腳與電控鎖正極相連。當Pl.1 口為低電平時，三極管S8550L導通，繼電器4、6腳導通，即電控鎖閉合，實現開鎖功能。當Pl.1 口為高電平時，三極管S8550L截止，繼電器4、6腳斷開，即電控鎖釋放，實現關鎖功能。為實現I把光鑰匙控制多把鎖或多個用電器的功能，在原型系統(tǒng)設計中，除實現光秘鑰開插排的演示功能外，還同時設計了光鑰匙發(fā)送不同光密鑰信息打開不同的LED燈功能。圖中Pl.0 口、Pl.2 口分別通過三極管S8550L控制LED的亮或滅。
[0069]如圖9所示，12V轉5V電路主要由amslll7_5.0芯片，以及相關的電容組成。輸入12V電壓接amslll7-5.0的3腳，電容C3、C4實現濾波功能。amslll7_5.0的I腳接地。amslll7-5.0的2腳輸出5V電壓，電容C1、C2起濾波作用。
[0070]如圖10所示，反壓電路由TC7662芯片、電容組成。反壓芯片(TC7662)的8腳和正的5V電壓相接，2腳和4腳之間接上一個1uf的電容(Cll)，3腳和5腳接地，C8、C12兩個10n F的電容做濾波電容使用，輸出引腳(5腳)就可以輸出-5V的電壓。這個-5V的電壓，可以用來給opa658和比較器LM311進行供電。
【主權項】
1.一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，其特征在于，包括中央處理器、智能插排、LED燈、接收天線、現場可編程門陣列電路、信號處理電路;所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路;所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路;所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調制控制設備、LED燈、接收天線、智能插排、信號處理電路； 所述智能插座包括微處理器、功率控制電路、信號測量電路、電源轉換電路、光接收模塊，所述微處理器接收所述光接收模塊獲得的控制指令，根據所述控制指令，控制電路實現智能插座的通電和斷電;所述功率控制電路包括繼電器，所述微處理器發(fā)出控制信號，控制繼電器的開合來改變負載的供電，所述繼電器的容量要高于負載的最大功率，所述繼電器回路還包括二極管和電容器件，用于吸收開合瞬間的反向電流和高壓;所述信號測量電路與功率控制電路連接，獲得智能插座的電壓、電流強電信號先通過分壓電阻、錳銅片轉換為弱電信號，再輸入給專用的計量芯片，完成多路電壓電流有效值、功率等計算，生成的數據輸送到微處理器;所述電源轉換電路將220V的交流電壓進行AC-DC變換，輸出電路系統(tǒng)中需要的直流電壓； 所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號;所述LED燈是單色的LED;所述智能插排是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與智能插排相適應，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;所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進行傳輸； 所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設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，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光檢測模塊上，通過比對信息來控制插排的關閉和開啟。2.根據權利要求1所述的一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，其特征在于，所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端;發(fā)射端可使用00Κ、ΡΡΜ等調制方式，光源將調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)射端的軟硬件設計，實現字符串的發(fā)送;接收端，采用CCD作為智能插排，硬件設備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收;所述充電插口設置于閉合門的側端;所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊1B和內部連線三個部分;FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅動其他邏輯電路或驅動1/0，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現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的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現的，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所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程。3.根據權利要求2所述的一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，其特征在于，所述基于可見光通信的無線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，利用單片機串口通信原理，實現光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實現插排的開啟或關閉。4.根據權利要求3所述的一種基于移動互聯(lián)網技術控制的插排，其特征在于，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驅動模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關外圍器件，用于實現電信號到光信號的轉換； 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設計的一種發(fā)送端；所述光鎖受控模塊包括光電接收模塊、譯碼判決模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊、電源模塊;其中，光電檢測器來接收攜帶數據信息的光束，通過光電轉換把光信號轉換成模擬電信號，通過前置放大模塊對電信號進行放大，電信號經過譯碼判決模塊，把模擬信號轉換成數字信號，數字信號輸入到處理器STC12C2052AD進行處理； 所述光電檢測器為PIN光電二極管。
【文檔編號】H01R13/717GK106067633SQ201610384606
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610384606.9, CN 106067633 A, CN 106067633A, CN 201610384606, CN-A-106067633, CN106067633 A, CN106067633A, CN201610384606, CN201610384606.9
【發(fā)明人】王燁
【申請人】蘇州杰姆斯特機械有限公司