CN105915538A - 基于短距离可见光双向通信的物联网控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，包括光电探测器、信号转换模块、微控制单元、存储器、驱动模块、编码输出装置和被控装置，所述光电探测器与信号转换模块连接，所述微控制单元分别与信号转换模块、存储器、驱动模块和被控装置连接，所述驱动模块还与编码输出装置连接。

Description

基于短距离可见光双向通信的物联网控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体涉及一种基于短距离可见光双向通信的物联网控制器及控制方法。

背景技术

物联网是指将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理，让人们可以更直接地去控制和管理这些事物。

一些物联网装置如售货机、密码锁等，其内部装有通信模块，可以接入互联网，通过网络进行数据的校验，再控制机械装置进行动作。这类设备必须安装通信模块接入互联网，通常是WIFI、3G、4G模块等，不但增加了整机制造成本，在运营中还需要额外支付网络使用费给运营商，影响了这些系统的推广使用。如申请号为201510461257.1的中国发明专利文献公开一种基于可见光的物联网宾馆客房锁控系统，包括可见光钥匙模块、客房锁控模块和台账监控模块，所述客房锁控模块包括可见光检测单元、控制单元、门锁驱动单元、第一无线传输单元，所述台账监控模块包括第二无线传输单元、控制终端；所述可见光钥匙模块用于向可见光检测单元发射可见光；可见光检测单元用于检测可见光并对可见光处理后发送至控制单元；控制单元用于根据接收到的可见光信息，通过第一无线传输单元发送给控制终端；控制终端用于匹配用户和权限信息并通过第二无线传输单元反馈给控制单元；控制单元向门锁驱动单元发送驱动信息；门锁驱动单元根据驱动信息进行开锁或关锁。该专利将可见光通信技术和物联网技术结合，实现了便于统一管理和实时监控的智能物联网锁控系统，但是该技术方案仍需要在客房锁控模块中安装通信模块，增加了系统的制造成本。另外，该系统虽然利用了可见光信号，但是可见光信号在此系统中仍然只是充当一种开锁的凭证码，没有利用可见光进行双向通信。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，采用的技术方案如下：

基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，包括光电探测器、信号转换模块、微控制单元、存储器、驱动模块、编码输出装置和被控装置，所述光电探测器与信号转换模块连接，所述微控制单元分别与信号转换模块、存储器、驱动模块和被控装置连接，所述驱动模块还与编码输出装置连接，所述光电探测器用于接收可见光信号并将之转换成电信号，所述信号转换模块用于将电信号转换成数字信号，所述存储器用于保存控制器运行所需的数据，所述微控制单元用于接收数字信号并对之进行处理然后据此发送控制信号至驱动模块，所述驱动模块用于接收微控制单元发出的控制信号，然后驱动编码输出装置产生相应编码，所述被控装置用于接收微控制单元发出的电信号并转换成机械动作。

本发明中，当用户通过被控装置的按键（当被控装置有按键时，被控装置的按键与微控制单元连接）或可见光信号等发出请求后，物联网控制器通过调制驱动光源发出动态的编码，用户接收该编码后，根据此码进行支付或转换等操作，得到一个授权码，将该授权码调制到用户端光源上发射给物联网控制器，物联网控制器接收到该信号后进行解码和校验判断，并将判断结果发送至被控装置，被控装置接收到信号后则根据结果的正误与否判断是否执行指定动作。本发明通过物联网控制器与用户端之间的可见光双向通信，使得本物联网控制器内部不需要安装通信模块便可以实现装置之间的通信，降低了制造成本、简化了装置结构。

所述用户端可采用智能手机，目前摄像头和闪光灯已属于智能手机标准配置，闪光灯可作为可见光发射装置，摄像头可作为可见光接收装置。光信号没有辐射，不能穿越遮挡物，因此以短距光通信作为物联网控制器的通信方式，具有良好的适用性和安全性。

作为优选，本发明还包括分别与光电探测器和信号转换模块连接的信号预处理模块，所述信号预处理模块用于对所述电信号进行放大与滤波。

作为优选，所述信号预处理电路包含前置放大电路和带通滤波电路，用于对所述光电探测器输出的电信号进行低噪声放大和带通滤波，使其具有足够的幅度和信噪比，以便进一步处理。

作为优选，所述微控制单元与所述驱动模块通过DIM接口或PWM接口连接。

作为优选，所述光电探测器为光敏电阻或光电池或光电二极管。

作为优选，所述编码输出装置为显示装置，对于显示装置可直接呈现包含编码信息的图形。

作为优选，所述编码输出装置光源为LED光源，所述LED光源装有匀光罩。

对于LED加匀光罩组成的面光源，在成像系统中可形成一个较大的均匀光斑，光源调制编码在图像传感器的光斑区域呈现出亮暗条纹，对其进行图像处理和解码即可得到所传输的数据。

作为优选，所述信号转换模块为模数转换电路。

作为优选，所述信号转换模块为电平转换电路。

作为优选，所述微控制单元和存储器集成于一块芯片中。

本发明的另一目的为解决现有技术的缺陷，提供一种基于短距离可见光双向通信的控制方法，采用的技术方案如下：

基于短距离可见光双向通信的控制方法，包括如下步骤：

S1.用户发起请求；

S2.控制端接收请求信号并对请求信号进行处理得到一个随机编码；

S3.对随机编码进行调制，利用调制后的随机编码驱动控制端的编码输出装置输出编码信号；

S4.用户端接收编码信号并对信号进行解码，得到所述随机编码；

S5.用户根据得到的随机编码进行操作，得到操作结果；

S6.将操作得到的结果调制到可见光信号中，驱动用户端的光源发射可见光信号；

S8.控制端接收用户端发射的可见光信号，对其进行解码，并判断解码得到的结果是否正确，并将结果发送至被控装置，然后结束。

作为优选，用户可通过利用用户端发射可见光信号或被控装置上的按键发起请求。

本发明中，当用户通过被控装置的按键（当被控装置有按键时，被控装置的按键与微控制单元连接）或可见光信号等发出请求后，控制端通过编码输出装置发出一串动态的随机编码，用户接收该编码后，根据此码进行支付或转换等操作，得到一个结果，将该结果调制到用户端光源上发射给控制端，控制端接收到该信号后进行解码和校验判断，如校验正确则执行指定动作。本发明通过控制端与用户端之间的可见光双向通信，实现装置之间的通信，可有效降低制造成本、简化装置结构。

作为优选，当用户通过利用用户端发射可见光信号发起请求时，所述步骤S2具体为：

当用户通过利用用户端发射可见光信号发起请求时，所述步骤S2具体为：

控制端接收用户端发射的可见光信号，并将其转换成电信号；

将电信号转换成数字信号；

对数字信号进行处理并生成随机编码；

当用户通过被控装置上的按键发起请求时，所述步骤S2具体为：对按键信号进行处理生成随机编码。

作为优选，本发明中，控制端通过光电探测器接收可见光信号并将其转换成电信号，通过信号转换模块将电信号转换成数字信号，通过微控制单元对数字信号进行处理并生成控制信号，通过驱动模块接收控制信号并将之转换成电流信号，所述微控制单元与所述驱动模块通过DIM接口或PWM接口连接。

作为优选，本发明中所述的用户端为智能手机。

所述用户端可采用智能手机，目前摄像头和闪光灯已属于智能手机标准配置，闪光灯可作为可见光发射装置，摄像头可作为可见光接收装置。光信号没有辐射，不能穿越遮挡物，因此以短距光通信作为物联网控制器的通信方式，具有良好的适用性和安全性。

作为优选，本发明还包括通过信号预处理模块对所述电信号进行放大和滤波。

所述信号预处理电路包含前置放大电路和带通滤波电路，用于对所述光电探测器输出的电信号进行低噪声放大和带通滤波，使其具有足够的幅度和信噪比，以便进一步处理。

作为优选，所述光电探测器为光敏电阻或光电池或光电二极管。

作为优选，所述编码输出装置为显示装置。

作为优选，所述编码输出装置LED光源，所述LED光源上装有匀光罩，形成一个面型光源。

作为优选，所述信号转换模块为模数转换电路。

作为优选，所述信号转换模块为电平转换电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过短距离可见光双向通信物联网控制器可以实现数据的可靠双向传输，本发明通过控制端与用户端之间的可见光双向通信，实现对被控装置的控制，有效降低制造成本、简化装置结构。

附图说明

图1为本发明实施例1的物联网控制器的系统结构示意图；

图2是本发明实施例3的系统结构示意图；

图3是本发明实施例3售货机端的流程图；

图4是本发明实施例3手机端的流程图；

图5是本发明实施例4的系统结构示意图；

图6是本发明实施例4锁端的流程图；

图7是本发明实施例4手机端的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，包括光电探测器2、信号转换模块4、微控制单元5、存储器6、驱动模块7、编码输出装置8和被控装置10，所述光电探测器2与信号转换模块4连接，所述微控制单元5分别与信号转换模块4、存储器6、驱动模块7和被控装置10连接，所述驱动模块7还与编码输出装置8连接，所述光电探测器2用于接收可见光信号1并将之转换成电信号，所述信号转换模块4用于将电信号转换成数字信号，所述存储器6用于保存控制器运行所需的数据，所述微控制单元5用于接收数字信号并对之进行处理然后据此发送控制信号至驱动模块7，所述驱动模块7用于接收微控制单元5发出的控制信号，然后驱动编码输出装置8发射可见光编码信号，所述被控装置10用于接收微控制单元5发出的电信号并转换成机械动作。

本实施例中，当用户通过被控装置的按键（当被控装置有按键时，被控装置的按键与微控制单元连接）或可见光信号等发出请求后，物联网控制器通过调制驱动光源发出一串动态编码，用户接收该编码后，根据此码进行支付或转换等操作，得到一个授权码，将该授权码调制到用户端光源上发射给物联网控制器，物联网控制器接收到该信号后进行解码和校验判断，并将结果发送至被控装置，被控装置接收到信号后则根据结果的正误与否判断是否执行指定动作。本实施例通过物联网控制器与用户端之间的可见光双向通信，使得本物联网控制器内部不需要安装通信模块便可以实现装置之间的通信，降低了制造成本、简化了装置结构。

所述用户端可采用智能手机，目前摄像头和闪光灯已属于智能手机标准配置，闪光灯可作为可见光发射装置，摄像头可作为可见光接收装置。光信号没有辐射，不能穿越遮挡物，因此以短距光通信作为物联网控制器的通信方式，具有良好的适用性和安全性。

本实施例还包括分别与光电探测器2和信号转换模块4连接的信号预处理模块3，所述信号预处理模块3用于对所述电信号进行放大与滤波。

所述信号预处理电路3包含前置放大电路和带通滤波电路，用于对所述光电探测器2输出的电信号进行低噪声放大和带通滤波，使其具有足够的幅度和信噪比，以便进一步处理。

所述光电探测器2为光敏电阻，其外部安装有滤光片，滤除非信号波段，降低干扰，通过光电探测器2将可见光信号1转换成电信号。

所述编码输出装置8为LED光源或显示装置，所述LED光源采用单颗LED或LED阵列。

所述信号转换模块4为模数转换电路。

所述微控制单元5和存储器6集成于一块芯片中。

实施例2：

基于短距离可见光双向通信的控制方法，包括如下步骤：

S1.用户发起请求；

S2.控制端接收请求信号并对请求信号进行处理得到一个随机编码；

S3.对随机编码进行调制，利用调制后的随机编码驱动控制端的编码输出装置输出编码信号；

S4.用户端接收编码信号并对信号进行解码，得到所述随机编码；

S5.用户根据得到的随机编码进行操作，得到操作结果；

S6.将操作得到的结果调制到可见光信号中，驱动用户端的光源发射可见光信号；

S8.控制端接收用户端发射的可见光信号，对其进行解码，并判断解码得到的结果是否正确，并将结果发送至被控装置，然后结束。

用户可通过利用用户端发射可见光信号或被控装置上的按键发起请求。

当用户发出请求后，控制端通过编码输出装置发出一串动态的随机编码，用户接收该编码后，根据此码进行支付或转换等操作，得到一个结果，将该结果调制到用户端光源上发射给控制端，控制端接收到该信号后进行解码和校验判断，如校验正确则执行指定动作。本发明通过控制端与用户端之间的可见光双向通信，实现装置之间的通信，可有效降低制造成本、简化装置结构。

当用户通过利用用户端发射可见光信号发起请求时，所述步骤S2具体为：

控制端接收用户端发射的可见光信号，并将其转换成电信号；

将电信号转换成数字信号；

对数字信号进行处理并生成随机编码；

当用户通过被控装置上的按键发起请求时，所述步骤S2具体为：对按键信号进行处理生成随机编码。

本实施例中，控制端通过光电探测器接收可见光信号并将其转换成电信号；通过信号转换模块将电信号转换成数字信号；通过微控制单元对数字信号进行处理并得到用户指令；通过驱动模块接收控制信号并驱动编码输出装置发射编码信号。

本实施例中所述的用户端为智能手机。

所述用户端可采用智能手机，目前摄像头和闪光灯已属于智能手机标准配置，闪光灯可作为可见光发射装置，摄像头可作为可见光接收装置。光信号没有辐射，不能穿越遮挡物，因此以短距光通信作为物联网控制器的通信方式，具有良好的适用性和安全性。

本实施例还包括通过信号预处理模块对所述电信号进行放大和滤波。

所述信号预处理电路包含前置放大电路和带通滤波电路，用于对所述光电探测器输出的电信号进行低噪声放大和带通滤波，使其具有足够的幅度和信噪比，以便进一步处理。

所述光电探测器为光敏电阻。

所述光源为LED光源，所述光源上装有匀光罩，形成一个面型光源。

所述信号转换模块为模数转换电路。

实施例3：

如图2所示，本实施例中，被控装置为自动售货机，用户端为手机21，在用户端及控制器的配合控制下实现物品或票据的输出，使用手机自带闪光灯发射光信号1给物联网控制器，使用手机自带摄像头接收物联网控制器发出的光编码信号9，手机21能够接入互联网，与云服务器22进行数据交互。

如图3和图4所示，本实施例的工作过程包括：首先用户通过自动售货机选择商品，物联网控制器根据所选商品得到随机动态的商品码，之后通过微控制单元5控制驱动模块7驱动编码输出装置8发射可见光编码信号，所述商品码被调制到所述可见光信号中；等待用户支付，并进行信号接收判断和超时判断；如没有超时则继续等待用户支付，如果设定时间还没有支付则自动结束该流程。

用户支付的过程为：用户使用手机摄像头获取控制器编码输出装置8的可见光编码信号，并对可见光信号进行解码得到商品码；用手机支付该商品，并将支付信息上传云服务器，从云服务器中获取已支付授权码，手机将该授权码编码，调制驱动手机闪光灯发射所述编码。

物联网控制器接收到用户发射的可见光编码信号后进行解码，得到支付授权码；判断该授权码是否正确，如正确则输出用户指定商品，如错误则结束该流程。

本实施例中，用户端和控制器通过可见光通信，控制器上无需安装任何通信模块即可实现与用户端通信，实现用户端对自动售货机的控制，降低了系统的制造成本，简化了系统的结构。

实施例4：

如图5所示，本实施例中，被控装置为电子锁芯，用户端为手机，使用手机自带闪光灯发射光信号1给物联网控制器，使用手机自带摄像头接收物联网控制器发出的光信号9，在用户端及控制器的配合控制下实现锁芯的开关。

如图6和图7所示，本实施例的工作流程包括：

锁端接收用户的开锁请求，根据内置算法生成动态锁码，并通过编码输出装置发射光编码信号；然后等待用户的开锁信号，并判断开锁信号接收判断和超时判断；如果未超时则继续等待接收开锁信号，如超过设定时间仍未收到开锁信号则结束该开锁流程。

用户端发送开锁信号的过程包括：用户使用手机摄像头获取密控制器编码输出装置8的可见光编码信号，对所述可见光编码信号进行解码得到动态锁码；根据预设解码算法得到动态锁码对应的解锁码；对解锁码进行编码；调制驱动手机闪光灯发射所述编码。

物联网控制器接收到用户发射的可见光编码信号后进行解码，得到解锁码；判断该解锁码是否正确，如正确则解锁，如错误则结束该流程。

本实施例中，物联网控制器上无需安装任何通信装置，在整个过程中，无论是手机还是控制器都不需要连接到互联网，直接通过可见光与电子锁芯11通信，简化了整个流程和装置的结构，解决了大量物联网设备连接互联网的生产成本和维护成本，也避免了网络拥挤带来的开锁速度慢或不能开锁等问题，更确保了数据的安全性。

Claims (10)

1.基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，其特征在于，包括光电探测器、信号转换模块、微控制单元、存储器、驱动模块、编码输出装置和被控装置，所述光电探测器与信号转换模块连接，所述微控制单元分别与信号转换模块、存储器、驱动模块和被控装置连接，所述驱动模块还与编码输出装置连接。

2.根据权利要求1所述的基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，其特征在于，还包括分别与光电探测器和信号转换模块连接的信号预处理模块，所述信号预处理模块用于对所述电信号进行放大与滤波。

3.根据权利要求2所述的基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，其特征在于，所述信号预处理电路包含前置放大电路和带通滤波电路，用于对所述光电探测器输出的电信号进行低噪声放大和带通滤波，使其具有足够的幅度和信噪比，以便进一步处理。

4.根据权利要求1所述的基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，其特征在于，所述编码输出装置为显示装置。

5.根据权利要求1所述的基于短距离可见光双向通信的物联网控制器，其特征在于，所述编码输出装置为LED光源。

6.基于短距离可见光双向通信的控制方法，包括如下步骤：

S1.用户发起请求；

S2.控制端接收请求信号并对请求信号进行处理得到一个随机编码；

S3.对随机编码进行调制，利用调制后的随机编码驱动控制端的编码输出装置输出编码信号；

S4.用户端接收编码信号并对信号进行解码，得到所述随机编码；

S5.用户根据得到的随机编码进行操作，得到操作结果；

S6.将操作得到的结果调制到可见光信号中，驱动用户端的光源发射可见光信号；

S8.控制端接收用户端发射的可见光信号，对其进行解码，并判断解码得到的结果是否正确，并将结果发送至被控装置，然后结束。

7.根据权利要求6所述的基于短距离可见光双向通信的控制方法，其特征在于，用户可通过用户端发射可见光信号或被控装置上的按键发起请求；

当用户通过利用用户端发射可见光信号发起请求时，所述步骤S2具体为：

控制端接收用户端发射的可见光信号，并将其转换成电信号；

将电信号转换成数字信号；

对数字信号进行处理并生成随机编码；

当用户通过被控装置上的按键发起请求时，所述步骤S2具体为：对按键信号进行处理生成随机编码。

8.根据权利要求6所述的基于短距离可见光双向通信的控制方法，其特征在于，还包括通过信号预处理模块对所述电信号进行放大和滤波。

9.根据权利要求6所述的基于短距离可见光双向通信的控制方法，其特征在于，所述编码输出装置为LED光源，所述LED光源上装有匀光罩。

10.根据权利要求6所述的基于短距离可见光双向通信的控制方法，其特征在于，所述编码输出装置为显示装置。