CN104104439A - 基于可见光通信的考试听力广播系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源、LED灯、视听设备，还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、信号放大调整电路、解调模块、FPGA处理平台Ⅰ，FPGA处理平台Ⅱ;信源输入到PPM编码模块,PPM编码模块与LED驱动电路连接，LED驱动电路与LED灯连接；由LED灯发出光源信号传递到光电检测器，光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号放大调整电路与解调模块连接，解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台块Ⅰ发射端连接控制信号的PPM编码调制模块；所述FPGA处理平台Ⅱ发射端连接解调模块。上述通过LED可见光源在系统中的运用，功耗低，使用寿命长，绿色环保，节能，通信容量大，运用在考试听力广播中，提高了数据的保密性和安全性。

Description

基于可见光通信的考试听力广播系统

技术领域

本发明涉及光通信系统，特别涉及一种基于可见光通信的考试听力广播系统。

背景技术

20世纪90年代后期，随着全光接入技术的发展和人们对高速无线宽带通信的要求，一种信息容量大、部署灵活、维护方便、安全保密的无线光通信技术，得到了人们的极大关注，它为无线宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，其应用范围已从军用和航天领域迈入民用领域。 

近几年来，被誉为“绿色照明”的LED照明技术发展迅猛，利用LED器件能够高速亮灭的发光响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可见光通信与LED照明相结合，构建出LED照明和通信两用基站灯，可为光通信提供一种全新的宽带接入方式。

LED可见光广播网络实现了LED照明与无线通信双重效果，无需使用额外的电能和设备进行短距离无线通信。其次，可见光通信发射功率高，无需无线电频谱认证，可以提供一种全新的高速数据接入方式。对于数据的发送由经过调制的LED光束实现，而由PIN二极管实现高频光脉冲的探测，经过调整放大后，再利用FPGA实现对脉冲信号的解调，从而实现高速的数据传输。

光无线通信系统采用基带调制，目前适合室内可见光LED通信的调制方法有：开关键控；脉冲位置调制；多脉冲位置调制；差分脉宽调制；数字脉冲间隔调制；双头脉冲间隔宽度调制。一般来说，无论采用哪种调制方法,其目的是为了获得更高的功率利用率、相对窄的带宽、比较高的带宽利用率和较低的误码率。本发明中采用PPM调制方式是目前无线光通信较好的调制方法之一,它的功率利用率和频带利用率都比较好，因而被IEEE802.11委员会推荐用于0-10MHz的无线光通信编码。

另一方面，学校中的考试，特别是英语考试需要听力测试，然而传统的英语听力考试是用的无线电传播，需无线发送设备，而无线电的发送区域较广，导致考试内容很容易被外界接收到，存在作弊或其它相关问题。最主要的是现有市场上的关于LED灯使用领域过于窄，使用过于单一，还未涉及在广播通信系统中的运用。

发明内容

本发明为了解决LED灯可见光源运用系统过于单一和校园听力考试存在作弊的问题，提出了一种基于LED灯可见光源的能运用在英语考试听力广播中的可视光源考试听力广播系统，该系统具有功耗极低,使用寿命长,绿色环保等诸多优势。

   本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源、LED灯、视听设备，该系统还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、信号放大调整电路、解调模块、FPGA处理平台Ⅰ，FPGA处理平台Ⅱ;所述信源输入到PPM编码模块，所述PPM编码模块与LED驱动电路连接，所述LED驱动电路与LED灯连接；由LED灯发出光源信号传递到光电检测器，所述光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号放大调整电路与解调模块连接，所述解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台Ⅰ发射端连接控制信号的PPM编码调制模块；所述FPGA处理平台Ⅱ发射端连接解调模块。

作为对本发明的进一步限制，所述光电检测器具有PIN光电二极管。由此，光电检测器用在接收光信号，并将光信号转换成对应的电信号，PIN光电二极管是光通信中常用的光探测器，可以对LED灯发出的光线进行探测。

作为对本发明的进一步限制，所述信号放大调整电路将光电检测器的小信号进行电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降低系统通信时的误码率的电路；由此，通过信号放大调整电路可以对信号进行放大和调整到听力广播合适的范围。

作为对本发明的进一步限制，所述视听设备包括耳机和其他视听设备。由此，学生可以通过耳机来接收听力信号，通过显示设备观看。

作为对本发明的进一步限制，所述耳机具有专用集成电路芯片。由此，来提高耳机的接收效果。

本发明的有益技术效果：通过使用FPGA处理平台模块实现PPM编码模块的调制信号，直接控制LED灯的驱动电路，实现LED灯闪烁，采用光电检测器具有的PIN光电二极管接受光信号，并转化成电信号，通过波形调整电路，输入FPGA处理平台模块Ⅱ后，对传输数据进行解码，并最终连接视听设备；该系统运用在校园英语考试的听力广播可以通过可见光来传输，特别是能防止考生使用特制的耳机接收信号，保证考场内考生能正常收到广播听力信号，也防止考场以外的人收到听力广播信号，从而可以杜绝听力考试作弊行为，提高了保密性和安全性。

附图说明

   图1是本发明一种基于可见光通信的考试听力广播系统示意图。

图中:信源1、LED灯12、视听设备7，该系统还包括PPM编码模块2、LED驱动电路3、光电检测器4、信号放大调整电路5、解调模块6、FPGA处理平台Ⅰ8，FPGA处理平台Ⅱ9。 

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

   如图1所示是本发明的基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源1、LED灯12、视听设备7，该系统还包括PPM编码模块2、LED驱动电路3、光电检测器4、信号放大调整电路5、解调模块6、FPGA处理平台Ⅰ8，FPGA处理平台Ⅱ9；所述信源1输入到PPM编码模块2，所述PPM编码模块2与LED驱动电路3连接，所述LED驱动电路3与LED灯12连接，由LED灯12发出可见光源信号传递到光电检测器4，所述光电检测器4与信号放大调整模块5连接，所述信号放大调整电路5与解调模块6连接视听设备7，而所述信号放大调整电路是用于光电检测器的小信号进行电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降低系统通信时的误码率的电路。所述FPGA处理平台Ⅰ8控制连接PPM编码调制模块2，所述FPGA处理平台Ⅱ9控制连接解调模块6，所述光电检测器4具有PIN光电二极管。

其中，本系统中的LED驱动电路3关系到整个通信系统的误码率和传输速率，通过优化驱动电路，可以达到数据的高速传输，主要通过FPGA处理平台Ⅰ8输出的信号来实现一个LED驱动电路开关的功能，从而实现对LED驱动电路3的控制，即LED灯12亮灭的控制。

上述主要技术之一的LED照明系统在现代社会逐渐成为主流的照明系统，用于LED灯12可见光无线通信的LED光源十分普遍，在照明的同时实现无线通信，也极大地减少了能源的消耗。随着移动终端的普及，将会越来越频繁的进行无线通信。LED可见光无线通信“安全，节能，环保”的特点，使得该技术很容易被大众群体所接受。同时，可见光通信的考试听力广播系统可广泛的应用于学校考试听力系统的无线广播，以及其他短距离无线数据传输的无线通信系统。

再次，本系统中的LED灯12所产生的光信号在传送和一系列处理过程中均会受到各种各样噪声的干扰,导致光电接收器正确接收微弱信号非常困难,来自外界环境的电磁干扰等可以通过屏蔽的方式减弱或防止,但是系统内部的随机噪声却不可避免,只能通过电路设计和制作工艺措施尽量减小。所以，信号调整电路必须在抑制电磁干扰和噪声影响方面起到关键作用，进而避免出现信号掩没在噪声中的情况发生；其中，光通信是利用LED灯12发出的肉眼觉察不到的高速明暗闪烁信号来传递信息。通过LED灯12可快速调制的优点保证了利用其进行超高速数据通信的可能，其具体过程是发射端将需要传输的数据进行编码、调制，然后加载到可见光载波信号上发射出去，接收端利用光电转换器件接收光载波信号，并用FPGA进行解调以获取原始信息。

综上所述，LED灯不仅功耗极低,且具有使用寿命长,绿色环保等诸多优势。随着发光效率的提高，高亮度LED灯将逐渐从专业显示领域扩展到日常生活照明领域，极有可能将会替代传统照明设备成为21世纪的新一代绿色光源。而在LED灯用以照明或显示的同时，进行数据传输，使可见光通信与LED 照明相结合，将会成为通信方式的一个崭新的发展方向，将更有利于能耗的降低、环境的保护。随着发光效率的提高,高亮度LED将逐渐从专业显示领域扩展到日常生活照明领域，会替代传统照明设备成为21世纪的新一代绿色光源。而在LED灯用以照明或显示的同时，进行数据传输，使可见光通信与LED 灯照明相结合，是新一代通信方式的发展，更有利于能耗的降低，环境的保护。

进一步地说，LED 灯还包括了诸多优点：（1）节能：LED灯是目前公认的具有电光转换效率高、节能、可靠、使用寿命长的新一代绿色照明产品，将LED照明技术和光通信技术相结合，实现资源的充分利用，极大地降低了能耗，具有重大意义。（2）通信容量大：白光LED作为半导体器件，具有响应速度高、调制性能好的特点，可用于高速数据传输。白光LED的亮度非常高，且调制速率很快，人眼无法感受到灯光的闪烁，因此，在保证照明的条件下，可以实现高速数据传输。（3）安全：传统的光通信是利用不可见光来进行通信传输,大多是采用波长较长的红外光。相比无线红外通信，可见光是绿色资源，不存在电磁辐射，对人体没有伤害。（4）经济效益前景广阔：使用LED可见光进行无线通信，减少无线数据传输所需的外部设备，大大降低数据传输成本。同时，LED照明技术是将大部分能量以可见光的形式耗散，只有少部分的能量转换成热。同时，我们又实现了对可见光的充分利用，当批量投入使用后，便能产生巨大的经济效益。

 本系统FPGA处理平台Ⅰ8控制PPM调制模块2，将信源变换成PPM信号传输，由LED驱动电路3发射PPM信号。使用FPGA处理平台Ⅱ9进行传输数据的解调。FPGA处理平台Ⅰ8和FPGA处理平台Ⅱ9为现场可编程逻辑模块, 具有功耗低、速度快等特点，更能提高系统传输速率,抗干扰性更强，适应于对速度要求严苛的通信系统；以上所述的仅是对本发明的实施方式的阐述，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源、LED灯、视听设备，其特征在于：该系统还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、信号放大调整电路、解调模块、FPGA处理平台Ⅰ、FPGA处理平台Ⅱ；所述信源输入到PPM编码模块，所述PPM编码模块与LED驱动电路连接，所述LED驱动电路与LED灯连接；由LED灯发出光源信号传递到光电检测器，所述光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号放大调整电路与解调模块连接，所述解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台Ⅰ发射端连接控制信号的PPM编码调制模块；所述FPGA处理平台Ⅱ发射端连接解调模块。

2.如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述光电检测器具有PIN光电二极管。

3.如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述信号放大调整电路，用于对光电检测器的小信号进行电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降低系统通信时的误码率。

4.如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述视听设备包括耳机或其他视听设备。

5.如权利要求4所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述耳机具有专用集成电路芯片。