CN103338072A - 基于Android系统的可见光通信及无线接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Android系统的可见光通信及无线接入方法，包括电源管理模块、接收端模块、发射端模块和桥接电路模块。在Android系统下，智能终端能够实现对电源、接收、发射模块的控制，建立收发接口系统框架及相关协议，达到智能终端间利用可见光实现通信的功能。其中，智能终端可以作为网络的系统主机，通过无线网络接入框架及相关协议，实现其他智能终端的利用可见光通信技术达到无线网络的接入、智能终端间的自组织网络的建立。

Description

基于Android系统的可见光通信及无线接入方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及Android系统下的可见光通信系统及无线接入技术。

 

背景技术

Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。Android的开发平台允许任何移动终端厂商加入到Android的联盟中来，显著的开放性可以使其拥有更多的开发者，随着用户和应用的日益丰富，一个崭新的平台也将很快走向成熟。2012年11月数据显示，Android占据全球智能手机操作系统市场76%的份额，中国市场占有率为90%。

无线接入一直作为一种重要的通信手段在现代通信领域发挥着举足轻重的作用，无线接入技术成为无线通信中的关键问题。传统的无线接入方式需要占用日益紧缺的频谱资源，传输速率受限，并且存在着电磁干扰。然而，可见光通信及其关键器件的飞速发展使得可见光通信成为全球研究热点，利用可见光载频的高速率、大容量、宽带宽等优点实现大容量数字信号的高速传输。 

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。使用USB接口将可见光通信技术结合到各种智能设备上的应用研究正越来越受到学者们的关注。

 

发明内容

技术问题：本发明提供了一种大容量、高速、短距离的基于Android系统的可见光通信及无线接入方法。       

技术方案：本发明的一种基于Android系统的可见光通信及无线接入方法，采用可见光通信及无线接入装置，在两个基于Android系统的数据处理终段之间实现通信及无线接入，可见光通信及无线接入装置包括LED发射机、光电转换接收端、信号放大模块、信号处理模块和桥电路模块， LED发射机通过桥电路模块与数据处理终段的主控芯片连接，光电转换接收端依次通过信号放大模块、信号处理模块和桥电路模块后与数据处理终段的主控芯片连接；

一个数据处理终段所连接的LED发射机，与另一个数据处理终段所连接的光电转换接收端之间点对点对应设置，用以利用可见光实现信号传输，具体流程为：

数据处理终端提取数据流并传送至桥电路模块，桥电路模块将接收到的数据流由差分信号转换为串口信号后传送至LED发射机，驱动并控制LED的闪烁，完成信号的发送；

另一个数据处理终端的光电转换接收端检测接收LED的闪烁信号，转化为串口信号后发送至信号发大模块进行放大，然后由信号处理模块进行滤波修正与判决，再经桥电路模块将串口信号转换为差分信号后，传送至数据处理终端，数据处理终端将差分信号恢复为原始的数据流。

本发明方法中， LED发射机包括：射级跟随器、LED驱动电路，其中，射级跟随器输入端接桥接模块的输出端，LED驱动电路接射级跟随器输出端。

本发明方法中，信号处理模块包括滤波电路、判决电路，信号放大模块的输出端依次连接滤波电路、判决电路，判决电路输出端接桥电路模块的输入端。

本发明中，智能终端在Android系统下，实现对LED发射机、光电转换接收端和桥接电路的控制，建立收发接口系统框架及相关协议，达到智能终端间利用可见光实现通信的功能；智能终端作为连接网络的系统主机，通过可见光通信技术，实现其他智能终端的无线网络接入、智能终端间的自组织网络的建立。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

手持终端上的无线通信一般是红外通信或者是蓝牙通信。传统的红外通信在实际应用中，传输距离非常短并且对传输设备之间的距离要求比较苛刻，极不利于移动终端之间的数据的传输；以目前蓝牙在手机终端的应用来看，其传输速率大约在20-30Kb/s，而且还是单一的单向传输。并且因为其工作的频段较高，不仅功耗比较大，而且其辐射对人的身体也有一定的影响。利用可见光无线传输系统，实现了高速率及同时双向的数据传输，避免了传统手机之间低速率而且单向的数据传输的缺陷。当接入可见光网络时，可以实现在医院，飞机等对电磁信号敏感的场所的网络接入，避免了传统的无线接入方式存在电磁干扰的缺陷。

本发明通过硬件设计和软件设计的结合，实现了基于Android系统的高速双向数据传输和无线网络的接入。      

附图说明

图1是基于Android系统的可见光通信及无线接入方法示意图

图2是基于Android系统的可见光通信及无线接入方法的整体流程图。

图3是基于Android系统的可见光通信及无线接入方法的接收、发射控制框架图。

图4是基于Android系统的可见光通信及无线接入方法的软件设计图。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，基于Android系统的可见光通信及无线接入方法，采用可见光通信及无线接入装置，在两个基于Android系统的数据处理终段之间实现通信及无线接入。具体包括第一Android数据处理终端、第一桥接模块、第一LED发射机、第一光电转换接收端、第一信号放大模块、第一信号处理模块，第一Android数据处理终端、第二桥接模块、第二LED发射机、第二光电转换接收端、第二信号放大模块、第二信号处理模块。桥接模块包括接口电路、脉冲编码、解码电路。LED发射机包括射级跟随器、LED驱动电路。光电转换接收端包括光电检测电路。信号处理模块包括滤波电路、判决模块。

本发明方法中，数据处理终端提取数据流并传送至桥电路模块，桥电路模块将接收到的数据流由差分信号转换为串口信号后传送至LED发射机，通过LED发射机里的射级跟随器驱动并控制LED的闪烁，完成信号的发送；

另一个数据处理终端的光电转换接收端检测接收LED的闪烁信号，将LED的闪烁信号转换成电信号以后再发送至信号放大模块进行放大，然后由信号处理模块进行滤波修正，经过滤波处理的信号再经过信号处理模块中的判决电路恢复成标准的串口信号，桥电路模块将满足判决门限要求的串口信号转换为差分信号后，传送至数据处理终端，数据处理终端将差分信号恢复为原始的数据流。

具体的方法实施中。USB主控选择是可以选择功耗较低的FT230芯片，首先使用FT230芯片的电压转换功能将USB的VCC转换为3.3V，以此电压来驱动LED和芯片内部的部分电路来降低模块的功耗。另外，此芯片将USB接口输出的差分信号转换为串口信号，将信号输出至TXD端来驱动LED。光电转换接收端检测到此信号，经过信号放大模块与信号处理模块，使光电转换接收端检测到的信号恢复成串口信号，此串口信号送至FT230的RXD端，再通过FT230芯片将此串口信号转换为Android数据处理终端可识别的差分信号，Android数据处理终端提取数据流，恢复至原始信号，这样就完成了两个Android终端之间数据的传输。

本发明方法利用的是Andriod系统的AOA（android.open.accessory）协议，如图3所示。该协议支持对Android数据处理终端对USB设备进行读写操作。首先需要在内核文件中枚举该设备，一般的芯片的内部存储中存放着该芯片的唯一识别号（PID、VID）。系统工作时，内核会一直检测USB接口是否有模块插入，一旦发现有模块插入，内核通过读取外部芯片的识别号识别设备，在内核中没有被枚举的设备是不会被识别的。识别设备后，就利用AOA对USB设备进行读写。系统识别USB设备后，软件会将本地数据以数据流的形式写入USB主控芯片，完成信号转换。在该系统中，就是利用AOA协议识别设备，对设备进行读写操作，主控芯片将USB发出的读写信号转换成串口信号，该串口信号被加载到LED灯上，通过LED的闪烁完成信息的发送。

当用作无线网络接入时，在AOA协议的支持下，通过软件将终端的USB接口虚拟成以太网接口。因为Android是Linux内核的系统，利用Linux的灵活性，可以将一个终端的网络数据发送到该虚拟的以太网接口，也就是USB接口，同时另一个终端也通过将USB接口虚拟成以太网接口来接受数据流，这样就实现了无线网络的接入

综上所述，本发明的Android终端之间的无线通信系统中，两个Android终端之间可以同时双向的传输数据。利用Android操作系统主机可简化为路由器，Android操作系统客户机可通过可见光模块与简化后的路由器相连，实现网路连接。上述实施例只是本发明的一个具体实施例，凡是符合本专利发明宗旨的实施例均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于Android系统的可见光通信及无线接入方法，其特征在于，该方法采用可见光通信及无线接入装置，在两个基于Android系统的数据处理终段之间实现通信及无线接入，所述可见光通信及无线接入装置包括LED发射机、光电转换接收端、信号放大模块、信号处理模块和桥电路模块，所述LED发射机通过桥电路模块与数据处理终段的主控芯片连接，所述光电转换接收端依次通过信号放大模块、信号处理模块和桥电路模块后与数据处理终段的主控芯片连接；

一个数据处理终段所连接的LED发射机，与另一个数据处理终段所连接的光电转换接收端之间点对点对应设置，用以利用可见光实现信号传输，具体流程为：

数据处理终端提取数据流并传送至桥电路模块，桥电路模块将接收到的数据流由差分信号转换为串口信号后传送至LED发射机，驱动并控制LED的闪烁，完成信号的发送；

另一个数据处理终端的光电转换接收端检测接收LED的闪烁信号，转化为串口信号后发送至信号发大模块进行放大，然后由信号处理模块进行滤波修正与判决，再经桥电路模块将串口信号转换为差分信号后，传送至数据处理终端，数据处理终端将差分信号恢复为原始的数据流。

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