CN111769871A - 基于led信息屏的可见光通信*** - Google Patents

基于led信息屏的可见光通信*** Download PDF

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沈庆宏
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Abstract

本发明提出基于LED信息屏的可见光通信***，发送端和接收端；发送端包括网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏；接收端包括可见光信号接收处理器；发送端加载外部信息***的发布信息，将发布信息转化为能够通过LED显示屏发布的可见光信号，接收端接收LED显示屏发布的可见光信号，并完成可见光信号的转换和解码，从而还原出原始发布信号，再将原始发布信号加载到接收端连接的外部应用***以呈现原始发布信息内容。本发明通过可见光通信实现了信息发布交互，可用于智能交通领域户外可变情报板对车辆发布非视觉附加信息，辅助智能驾驶车辆决策；以及通过LED显示屏发布非视觉附加信息。

Description

基于LED信息屏的可见光通信***
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其是一种基于LED信息屏的可见光通信***。
背景技术
目前LED信息屏由于情报板版面限制，和信息发布对显示内容和显示规格的限制，所能发布的可视信息受到限制，大量相关信息如(各类事故、路段或车道级的交通流量的变化、天气影响到交通通行的变化等)难以及时有效的传递给广大受众。随着智能驾驶技术的发展，对车辆的信息发布需求进一步提高，而目前单纯通过车辆智能检测获取信息还存在许多有待完善的方面，通过路侧设备高效地传输丰富的辅助信息将有助于智能驾驶的推广。鉴于目前LTE-V和DSRC等V2I无线通信技术还在发展阶段，同时这些技术需要车辆智能驾驶***预先安装设备配合，实现实用化有待多方面配合，需要较长发展周期。现有LED光通信在车辆通信的研究中主要考虑车辆之间的白光或单色光近距离通信，无法适应户外多目标远距离可变发光颜色和发光区域的通信需求，因此，目前缺少一种有效便捷的解决方案，为受众提供及时、有效、丰富的信息。
发明内容
发明目的：为解决现有LED可变情报板发布信息有限，同时难以满足主动对智能驾驶车辆传递信息的情况，本发明提出一种基于LED信息屏的可见光通信***，通过与外部信息***对接，将丰富有效的信息通过LED显示屏的内容显示加载可见光通信信号，通过CCD等接收处理设备实现可见光信号接收还原，通过可见光通信实现了信息发布交互，可用于智能交通领域户外可变情报板对车辆发布非视觉附加信息，辅助智能驾驶车辆决策，也可用于其他领域，通过LED显示屏发布非视觉附加信息。
技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：
基于LED信息屏的可见光通信***，包括：发送端和接收端；
发送端包括网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏；接收端包括可见光信号接收处理器；
在发送端：
网络信息处理器获取外部信息发布***的发布信息，并将发布信息转换为可见光信号发送处理器能够识别的信息后传递给可见光信号发送处理器；
可见光信号发送处理器接收经过网络信息处理器处理后的发布信息，先将发布信息调制为可见光信号，再对可见光信号进行信源编码，最后对信源编码后的发布信息进行信道编码，得到待传输的码流数据；在对码流数据通过LED显示屏进行显示之前，可见光信号发送处理器实时采集外界环境光强和能见度，再根据LED显示屏显示区域的灯管颜色配比，计算出当前外界环境光强和能见度下，用于显示码流数据对应图案的不同颜色和功率的灯管的驱动电流；根据计算出的各灯管的驱动电流驱动相应灯管，将码流数据转换为非视觉的LED可见光信号，通过LED显示屏承载，经由大气信道发送；
在接收端：
可见光信号接收处理器接收LED可见光信号，并从LED可见光信号中还原出原始发布信息，并通过车载的外部信息应用***呈现发布信息。
进一步的，可见光信号发送处理器包括信号调制模块、信源编码模块、信道编码模块和LED恒流驱动模块；信号调制模块将信息发布***的发布信息转换为可见光电信号后发送给信源编码模块，信源编码模块将可见光电信号进行信源编码后再发送给信道编码模块进行信道编码，得到待传输的码流数据；LED恒流驱动模块与LED显示屏交互，同时，LED恒流驱动模块还通过外接的传感器采集外界环境光强和能见度；LED恒流驱动模块根据采集到的外界环境光强和能见度和预先得到的LED显示屏显示区域的灯管颜色配比，计算出呈现待传输码流数据对应的图案所需的各颜色灯管的驱动电流，以计算出的驱动电流驱动相应灯管发光，将待传输的码流数据转换为通过LED显示屏承载的非视觉的LED可见光信号。
进一步的，所述网络信息处理器提供连接外部信息发布***的物理网络接口，包括光口、电口和无线接口。
进一步的，所述网络信息处理器还包括网络通信模块和数据对接模块；其中，网络通信模块用于对接不同的网络通信协议，实现与不同外部信息***的统一网络交互；数据对接模块用于通过协议数据编解码和解析，实现与不同外部信息***的统一应用数据交互。
进一步的，所述可见光信号接收处理器包括接收天线、光电检测电路、解调模块、解码模块和信息处理模块；可见光信号接收处理器通过接收天线接收来自LED显示屏的LED可见光信号；光电检测电路将LED可见光信号转换为电信号，并将电信号送至解调模块进行解调，恢复传输信息；解码模块对解调后的传输信息进行解码，还原原始发布信息；信息处理模块根据原始发布信息执行预先设定好的处理程序，将原始发布信息处理为与接收端连接的外部应用***能够识别的数据格式。
进一步的，所述接收天线为光电二极管接收天线或雪崩光电二极管接收天线或CCD成像器件接收天线。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明通过LED显示屏的内容显示加载可见光通信信号，通过可见光信号接收处理设备实现可见光信号接收还原，实现了基于可见光通信的信息发布交互，丰富了LED可变情报板的发布信息，补充现有路侧基础设施信息发布内容和形式，可用于智能交通领域，户外可变情报板对车辆发布非视觉附加信息，适应户外多目标远距离可变发光颜色和发光区域的可见光通信需求，可以实现辅助智能驾驶车辆决策；也可用于其他领域通过LED显示屏发布非视觉附加信息。同时，实现对智能驾驶辅助决策的信息支撑。
附图说明
图1为本发明的***框图；
图2为***功能模块划分构成图；
图3为外部信息***对接流程图；
图4为可见光信息发布处理流程图；
图5为可见光信息接收处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1为本发明的整体***架构图，包括：网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏、可见光信号接收处理器；网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏依次相连，网络信息处理器同时连接外部信息发布***，形成可见光信号的发送端，待发布的信息通过显示屏显示，并通过大气信道传输；而可见光信号接收处理器则作为可见光信号的接收端，可见光信号接收处理器还与外部应用***相连，将接收到的可见光信号转化为外部应用***能够识别的信号，通过外部应用***呈现。在实际操作中，发送端部署于路侧LED显示屏，接收端部署于车辆内。
图2为本发明所述基于LED可变情报板的可见光通信***中的功能模块划分构成图。下面对图中的网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏、可见光信号接收处理器分别进行说明。
(一)网络信息处理器
网络信息处理器提供各类物理接口，如电口，光口，无线接口等，可以与外部***通过网络直接互联；网络信息处理器还包括网络通信处理模块和数据对接模块；网络通信处理模块提供对接不同通信协议的能力，可以实现与不同外部信息***的统一网络交互；数据对接模块提供应用协议数据编解码换和解析能力，实现与不同外部信息***的统一应用数据交互
外部信息***对接流程如图3所示：网络信息处理器通过电口(如RJ45等)、光口(如FC、ST、SC、LC等)或无线接口(如3G/4G/5G、WIFI、蓝牙、zigbee、Sub-G等)与外部信息发布***/集成平台实现物理网络连通，网络通信处理模块提供TCP/IP、UDP、SNMP、FTP等网络协议解析能力，并支持网络协议的定制扩展，通过网络协议解析与外部信息发布***/集成平台交互网络数据包。数据对接模块提供对各类应用协议数据编解码换和解析能力，包括MQTT、NTCIP、CoAP、HTTP、XMPP、SoAP等，并支持对应用协议的定制扩展，通过应用协议解析、编码转换实现与外部信息发布***/集成平台应用数据交互，完成通信***与外部信息发布***/集成平台的应用层面对接。
(二)可见光信号发送处理器
可见光信号发送处理器包括可见光信号调制模块、LED恒流驱动模块、信源编码模块、信道编码模块。
可见光信息发布处理流程如图4所示：可见光信号发送处理器与网络信息处理器交互，将外部信息***需要发送的信息通过可见光信号调制模块调制为可见光电信号；再通过信源编码模块和信道编码模块对调制信号进行编码，得到待传输的码流数据；为减少通信的波动，LED恒流驱动模块预先获得LED显示屏显示区域的不同颜色的灯管配比(单色、双基色、全彩)，实时通过外接的传感器采集外界环境光强和能见度；可见光信号发送处理器根据不同颜色和不同功率的可见光信号传播性能，对不同颜色和功率的LED灯管做整体均衡，计算出各个LED灯管发出所需要的光强所对应的驱动电流，通过LED恒流驱动模块生成LED显示屏显示区域中各灯管的驱动电流，实现对LED显示屏显示内容区域不同颜色灯管的驱动，将编码后的信号转变为非视觉的LED可见光信号，并通过大气信道发送。
所述外接的传感器包括光传感器和能见度传感器，分别用于检测外接光强和能见度信息。
(三)LED显示屏
LED显示屏由LED恒流驱动模块，实现对可见光通信信号的承载和发送，LED显示屏所采用的LED灯管的光学和电学特征可以满足可见光通信所需的波长、频率、发射角灯需求。
(四)可见光信号接收处理器
可见光信号接收处理器用于接收处理LED显示屏发送的可见光通信信息，并于外部应用***对接，实现信息应用。信息接收处理器可实现后装应用及通过手机等终端实现应用开发。可见光信号接收处理器包括接收天线、光电检测电路、解调模块、解码模块、信息处理模块。
可见光信号接收处理的流程如图5所示：可见光信号接收处理器通过外部接收天线实现对可见光信号的有效接收；接收到的调制可见光信号通过光电检测电路实现光电转换，将可见光信号转换为调制电信号；然后通过解调模块对调制电信号进行解调，恢复传输信息；解调后的信号由解码模块解码后还原出原始的应用信息，并发送给信息处理模块；信息处理模块接收到的应用信息通过应用协议解析后，根据原始发布信息采取设定的处理程序，提供外部***接口实现与外部应用***的信息交互，实现各种应用功能，如语音提示、车控电脑联动等。
所述接收天线包括由光电二极管构成的外部接收天线、雪崩光电二极管(APD)构成的外部接收天线、CCD成像器件构成的外部接收天线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，包括：发送端和接收端；
发送端包括网络信息处理器、可见光信号发送处理器、LED显示屏；接收端包括可见光信号接收处理器；
在发送端：
网络信息处理器获取外部信息发布***的发布信息，并将发布信息转换为可见光信号发送处理器能够识别的信息后传递给可见光信号发送处理器；
可见光信号发送处理器接收经过网络信息处理器处理后的发布信息，先将发布信息调制为可见光信号，再对可见光信号进行信源编码，最后对信源编码后的发布信息进行信道编码，得到待传输的码流数据；在对码流数据通过LED显示屏进行显示之前，可见光信号发送处理器实时采集外界环境光强和能见度，再根据LED显示屏显示区域的灯管颜色配比，计算出当前外界环境光强和能见度下，用于显示码流数据对应图案的不同颜色和功率的灯管的驱动电流；根据计算出的各灯管的驱动电流驱动相应灯管，将码流数据转换为非视觉的LED可见光信号，通过LED显示屏承载，经由大气信道发送；
在接收端：
可见光信号接收处理器接收LED可见光信号，并从LED可见光信号中还原出原始发布信息，并通过车载的外部信息应用***呈现发布信息。
2.根据权利要求1所述的基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，可见光信号发送处理器包括信号调制模块、信源编码模块、信道编码模块和LED恒流驱动模块；信号调制模块将信息发布***的发布信息转换为可见光电信号后发送给信源编码模块，信源编码模块将可见光电信号进行信源编码后再发送给信道编码模块进行信道编码，得到待传输的码流数据；LED恒流驱动模块与LED显示屏交互，同时，LED恒流驱动模块还通过外接的传感器采集外界环境光强和能见度；LED恒流驱动模块根据采集到的外界环境光强和能见度和预先得到的LED显示屏显示区域的灯管颜色配比，计算出呈现待传输码流数据对应的图案所需的各颜色灯管的驱动电流，以计算出的驱动电流驱动相应灯管发光，将待传输的码流数据转换为通过LED显示屏承载的非视觉的LED可见光信号。
3.根据权利要求1所述的基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，所述网络信息处理器提供连接外部信息发布***的物理网络接口，包括光口、电口和无线接口。
4.根据权利要求1所述的基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，所述网络信息处理器还包括网络通信模块和数据对接模块；其中，网络通信模块用于对接不同的网络通信协议，实现与不同外部信息***的统一网络交互；数据对接模块用于通过协议数据编解码和解析，实现与不同外部信息***的统一应用数据交互。
5.根据权利要求1所述的基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，所述可见光信号接收处理器包括接收天线、光电检测电路、解调模块、解码模块和信息处理模块；可见光信号接收处理器通过接收天线接收来自LED显示屏的LED可见光信号；光电检测电路将LED可见光信号转换为电信号，并将电信号送至解调模块进行解调，恢复传输信息；解码模块对解调后的传输信息进行解码，还原原始发布信息；信息处理模块根据原始发布信息执行预先设定好的处理程序，将原始发布信息处理为与接收端连接的外部应用***能够识别的数据格式。
6.根据权利要求1所述的基于LED信息屏的可见光通信***，其特征在于，所述接收天线为光电二极管接收天线或雪崩光电二极管接收天线或CCD成像器件接收天线。
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