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帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510534027.3

申請日:

2015.08.27

公開號:

CN105049454A

公開日:

2015.11.11

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):H04L 29/06申請公布日:20151111|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 29/06申請日:20150827|||公開
IPC分類號: H04L29/06; H04B10/116(2013.01)I; G06F13/38 主分類號: H04L29/06
申請人: 桂林理工大學
發明人: 鄧健志; 鄧卓洪; 程小輝
地址: 541004廣西壯族自治區桂林市建干路12號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510534027.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.28|||2015.12.09|||2015.11.11

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置。該裝置包括發射模塊、接收模塊;發射模塊由LED、驅動模塊、編碼器、發射控制模塊、串口下行模塊組成;接收模塊由光電接收器、判決模塊、解碼器、接收控制模塊、串口上行模塊組成;協議轉換實現了發射模塊從上位機接收串口數據并轉換為可見光信號發送出去;及接收模塊接收可見光信號并轉換為串口數據發送到上位機;通過數據緩沖機制解決數據丟失的問題;設置了帶穩定照明功能,讓裝置在進行通信時能夠提供穩定的照明。本發明提供RS232串口設備到VLC網絡的“即插即用”,具有很好的應用推廣價值。

權利要求書

1.一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置,其特征在于該裝置包括發射模塊和接收模塊,發射模塊在發送端,接收模塊在接收端;其中發射模塊由LED、驅動模塊、編碼器、發射控制模塊和串口下行模塊組成;接收模塊由光電接收器、判決模塊、解碼器、接收控制模塊和串口上行模塊組成;驅動模塊分別與LED和編碼器電連接,發射控制模塊分別與編碼器和串口下行模塊電連接;判決模塊分別與光電接收器和解碼器電連接,接收控制模塊分別與解碼器和串口上行模塊電連接;串口下行模塊用于從發送上位機接收串口數據,并輸出到發射控制模塊;發射控制模塊用于將接收到的串口數據,轉換成光數據幀,并輸出到編碼器;編碼器用于將發射控制模塊轉換輸出的光數據幀調制編碼成適合可見光信號發送的形式,并輸出信號到驅動模塊;驅動模塊用于接收編碼器的信號輸出,并驅動LED發送可見光信號;LED用于發送可見光信號;光電接收器用于接收LED發出的可見光信號,并轉換成模擬電信號輸出給判決模塊;判決模塊用于將光電接收器輸出的電信號,轉換成數字信號,并輸出到解碼器;解碼器用于對判決模塊的輸出解調解碼,還原成光數據幀,再輸出到接收控制模塊;接收控制模塊用于將解碼器的輸出,轉換成串口數據,并輸出到串口上行模塊;串口上行模塊用于接收來自接收控制模塊的串口數據,并上傳到接收上位機;協議轉換裝置通過數據緩沖機制解決數據丟失的問題,用于:1、在發送端,保證發送可見光信號的速度與發送上位機的串口向協議轉換模塊發送串口數據的速度匹配,避免發送端的上位機發送的串口數據量大,發射機不能及時處理串口數據并轉發出去而導致數據丟失;2、在接收端,保證協議轉換模塊接收并處理可見光信號的速度與向接收上位機的串口發送串口數據的速度匹配,避免接收機不能及時處理光數據幀以及串口數據的處理和上傳,而導致接收數據丟失;數據緩沖機制,設置兩級緩沖區:一級緩沖區、二級緩沖區;兩級緩沖區利用數組來實現緩沖;發送端的數據緩沖機制功能在發射控制模塊內完成;接收端的數據緩沖機制功能在接收控制模塊內完成;發送端的數據緩沖機制如下:在發送端,一級緩沖區為下行緩沖區,用于暫存從上位機接收到的串口數據,用于匹配發送上位機設置的串口波特率;二級緩沖區為待發送區,用于暫存經過預處理的串口數據;二級緩沖區可存放的串口數據的數量小于一級緩沖區可存放的串口數據的數量;在發送端,發射控制模塊首先將從發送上位機接收到的串口數據暫存在一級緩沖區,與此同時,從一級緩沖區中逐個提取串口數據,將串口數據進行光數據幀打包前的預處理,丟棄停止位,再放入二級緩沖區;當二級緩沖區放入第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內經過預處理的串口數據一次性全部提取出來,打包成光數據幀,清空二級緩沖區,延時計時歸零,等待下一個數據的存入后再進入下一個周期的緩沖;接收端的數據緩沖機制如下:在接收端,二級緩沖區為待處理區,用于暫存從解碼器輸出的解碼后的光數據幀;一級緩沖區為上行緩沖區,用于暫存即將上傳到接收上位機的串口數據,用于匹配接收上位機設置的串口波特率;當二級緩沖區有第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內收到的光數據幀一次性全部提取出來,將光數據幀解包還原成串口數據,再將還原后的串口數據暫存在一級緩沖區,并清空二級緩沖區,延時計時歸零,等待下一個數據的存入后再進入下一個周期的緩沖;一級緩沖區根據接收上位機設置的串口波特率,將一級緩沖區內的串口數據上傳到接收上位機;光數據幀由多個串口數據打包而成,光數據幀包括:前導碼、數量字段、長度字段、數據字段、校驗碼、結束碼;前導碼,用于表示一個光數據幀的開始以及可見光信號的發送速度,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或方波;發射控制模塊對收到的串口數據進行預處理的方法為:將各串口數據幀的停止位丟棄,僅保留串口數據的數據部分以及校驗位;數量字段,用于表示光數據幀中,打包的串口數據的數量;長度字段,用于表示光數據幀中,每一個經過預處理的串口數據的長度;數據字段,用于存放經過預處理的串口數據;在發送端,將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,丟棄停止位,然后按發送上位機輸出的先后順序,將處理后的串口數據放入數據字段;在接收端,將發送端發送的可見光信號判決接收并解碼解調得到的光數據幀,按照發送上位機輸出的先后順序,將光數據幀解包,并逐個將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,并補充停止位,還原成完整的串口數據;校驗碼,用于提供光數據幀的奇偶校驗碼;結束碼,用于表示一個光數據幀的結束,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或者方波;裝置有穩定照明功能:在無數據發送時,LED以固定頻率、固定振幅,持續發送正弦波或方波,該正弦波或方波與前導碼頻率和振幅都相同且相位相反的正弦波或方波,用于保證有無串口數據發送時,LED的照度一致。

說明書

帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置

技術領域

本發明屬于光通信技術領域,特別涉及一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置。

背景技術

RS232是美國電子工業協會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物理接口標準,是個人計算機上的一種常用的通訊接口,很多微控制器、無線通信模塊、嵌入式設備都配制了RS232接口,其應用場合比大家熟悉的USB接口更多。RS232作為一種典型的有線通信方式,一個串口數據包括:6位的二進制數據、1位或者0位校驗位、1位或者2位的停止位。

可見光通信技術VLC(VisibleLightCommunition),是利用高速明暗變化的可見光信號來傳輸信息的,利用這種技術做成的系統能夠覆蓋室內燈光達到的范圍,電腦不需要電線連接,因而具有廣泛的開發前景。

為了實現通信設備在這兩個通信方式下的轉換,讓VLC技術跟現有設備的兼容,以VLC技術的優勢彌補現在技術的不足,更好的推廣VLC這一綠色環保的通信技術,提出了本發明的協議轉換裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置。

本發明是這樣實現的:一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置,包括:發射模塊和接收模塊,發射模塊在發送端,接收模塊在接收端;其中發射模塊由LED、驅動模塊、編碼器、發射控制模塊和串口下行模塊組成;接收模塊由光電接收器、判決模塊、解碼器、接收控制模塊和串口上行模塊組成;驅動模塊分別與LED和編碼器電連接,發射控制模塊分別與編碼器和串口下行模塊電連接;判決模塊分別與光電接收器和解碼器電連接,接收控制模塊分別與解碼器和串口上行模塊電連接;串口下行模塊用于從發送上位機接收串口數據,并輸出到發射控制模塊;發射控制模塊用于將接收到的串口數據,轉換成光數據幀,并輸出到編碼器;編碼器用于將發射控制模塊轉換輸出的光數據幀調制編碼成適合可見光信號發送的形式,并輸出信號到驅動模塊;驅動模塊用于接收編碼器的信號輸出,并驅動LED發送可見光信號;LED用于發送可見光信號;光電接收器用于接收LED發出的可見光信號,并轉換成模擬電信號輸出給判決模塊;判決模塊用于將光電接收器輸出的電信號,轉換成數字信號,并輸出到解碼器;解碼器用于對判決模塊的輸出解調解碼,還原成光數據幀,再輸出到接收控制模塊;接收控制模塊用于將解碼器的輸出,轉換成串口數據,并輸出到串口上行模塊;串口上行模塊用于接收來自接收控制模塊的串口數據,并上傳到接收上位機。

上述通信協議轉換裝置的通信協議轉換分為兩個部分:1、在發送端,發射模塊從發送上位機接收串口數據并轉換為可見光信號發送出去;2、在接收端,接收模塊接收可見光信號并轉換為串口數據發送到接收上位機。

上述兩個部分的協議轉換過程,通過數據緩沖機制解決數據丟失的問題,數據緩沖機制,用于:1、在發送端,保證發送可見光信號的速度與發送上位機的串口向協議轉換模塊發送串口數據的速度匹配,避免發送端的上位機發送的串口數據量大,發射模塊不能及時處理串口數據并轉發出去而導致數據丟失;2、在接收端,保證協議轉換模塊接收并處理可見光信號的速度與向接收上位機的串口發送串口數據的速度匹配,避免接收模塊不能及時處理光數據幀以及串口數據的處理和上傳,而導致接收數據丟失。

上述數據緩沖機制,設置兩級緩沖區:一級緩沖區、二級緩沖區;兩級緩沖區利用數組來實現緩沖;發送端的數據緩沖機制功能在發射控制模塊內完成;接收端的數據緩沖機制功能在接收控制模塊內完成。

發送端的數據緩沖機制如下:

在發送端,一級緩沖區為下行緩沖區,用于暫存從發送上位機接收到的串口數據,用于匹配發送上位機設置的串口波特率;二級緩沖區為待發送區,用于暫存經過預處理的串口數據;二級緩沖區可存放的串口數據的數量小于一級緩沖區可存放的串口數據的數量。

在發送端,發射控制模塊首先將從發送上位機接收到的串口數據暫存在一級緩沖區,與此同時,從一級緩沖區中逐個提取串口數據,將串口數據進行光數據幀打包前的預處理,丟棄停止位,再放入二級緩沖區;當二級緩沖區放入第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內經過預處理的串口數據一次性全部提取出來,打包成光數據幀,清空二級緩沖區,延時計時歸零,等待下一個數據的存入后再進入下一個周期的緩沖。

接收端的數據緩沖機制如下:

在接收端,二級緩沖區為待處理區,用于暫存從解碼器輸出的解碼后的光數據幀;一級緩沖區為上行緩沖區,用于暫存即將上傳到接收上位機的串口數據,用于匹配接收上位機設置的串口波特率;當二級緩沖區有第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內收到的光數據幀一次性全部提取出來,將光數據幀解包還原成串口數據,再暫存在一級緩沖區,并清空二級緩沖區,延時計時歸零,等待下一個數據的存入后再進入下一個周期的緩沖;一級緩沖區根據接收上位機設置的串口波特率,將一級緩沖區內的串口數據上傳到接收上位機。

發送端的發送流程如下:

T1、上電后,發射控制模塊初始化;

T2、初始化完成后,開始掃描發送上位機的串口,檢測是否有串口數據輸入;

T3、當有串口數據輸入時,進入數據緩沖機制的處理,并打包成光數據幀輸出給編碼器;

T4、編碼器將光數據幀調制編碼成適合可見光信號發送的形式,并輸出到驅動模塊。

T5、光數據幀經過編碼器處理后,輸出到驅動模塊,用以驅動LED發送可見光信號。

接收端的接收流程如下:

R1、上電后,接收控制模塊初始化;

R2、掃描檢測判決模塊的輸出,當檢測到判決模塊的輸出為有效的可見光信號的判決輸出時,由解碼器對數據處理成光數據幀,并進入數據緩沖機制;

R3、通過數據緩沖機制,將光數據幀進行解包,還原成串口數據,并輸出到串口上行模塊。

光數據幀由多個串口數據打包而成,光數據幀包括:前導碼、數量字段、長度字段、數據字段、校驗碼、結束碼。

前導碼,用于表示一個光數據幀的開始以及可見光信號的發送速度,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或方波。發射控制模塊對收到的串口數據進行預處理的方法為:將各串口數據幀的停止位丟棄,僅保留串口數據的數據部分以及校驗位。

數量字段,用于表示光數據幀中,打包的串口數據的數量。

長度字段,用于表示光數據幀中,每一個經過預處理的串口數據的長度。

數據字段,用于存放經過預處理的串口數據。在發送端,將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,丟棄停止位,然后按發送上位機輸出的先后順序,將處理后的串口數據放入數據字段。在接收端,將發送端發送的可見光信號判決接收并解碼解調得到的光數據幀,按照發送上位機輸出的先后順序,將光數據幀解包,并逐個將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,并補充停止位,還原成完整的串口數據。

校驗碼,用于提供光數據幀的奇偶校驗碼。

結束碼,用于表示一個光數據幀的結束,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或者方波。

裝置有均衡照明功能,用于提供亮度穩定的照明,照度均衡的實現:在無數據發送時,LED以固定頻率、固定振幅,持續發送正弦波或方波,該正弦波或方波與前導碼頻率和振幅都相同且相位相反的正弦波或方波,用于保證有無串口數據發送時,LED的照度一致。

本發明提供了一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置,實現了RS232串口數據經過可見光通信信道發送,讓現有配備RS232串口的設備能夠無需任何硬件修改,直接接入可見光通信信道網絡,做到可見光通信設備的“即插即用”,讓可見光通信這么一個綠色環保安全的無線通信技術,能夠更好更快的進入人們的日常生活。

附圖說明:

圖1是本發明實施例的系統結構圖。

圖中標記:1-串口下行模塊;2-發射控制模塊;3-編碼器;4-驅動模塊;5-LED;6-光電接收器;7-判決模塊;8-解碼器;9-接收控制模塊;10-串口上行模塊;11-接收上位機;12-發送上位機。

具體實施方式

實施例:

一種帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置,包括:發射模塊、接收模塊。裝置的發射模塊在發送端,接收模塊在接收端。

發射模塊由LED-5、驅動模塊4、編碼器3、發射控制模塊2、串口下行模塊1組成。接收模塊由光電接收器6、判決模塊7、解碼器8、接收控制模塊9、串口上行模塊10組成。

驅動模塊4分別與LED-5和編碼器3電連接,發射控制模塊2分別與編碼器3和串口下行模塊1電連接。

判決模塊7分別與光電接收器6和解碼器8電連接,接收控制模塊9分別與解碼器8和串口上行模塊10電連接。

串口下行模塊1,用于從發送上位機接收串口數據,并輸出到發射控制模塊2。

發射控制模塊2,用于將接收到的串口數據,轉換成光數據幀,并輸出到編碼器3。

編碼器3,用于將發射控制模塊2轉換輸出的光數據幀調制編碼成適合可見光信號發送的形式,并輸出信號到驅動模塊。

驅動模塊4,用于接收編碼器3的信號輸出,并驅動LED-5發送可見光信號。

LED-5,用于發送可見光信號。

光電接收器6,用于接收LED-5發出的可見光信號,并轉換成模擬電信號輸出給判決模塊7。

判決模塊7,用于將光電接收器6輸出的電信號,轉換成數字信號,并輸出到解碼器8。

解碼器8,用于對判決模塊7的輸出解調解碼,還原成光數據幀,再輸出到接收控制模塊9。

接收控制模塊9,用于將解碼器8的輸出,轉換成串口數據,并輸出到串口上行模塊10。

串口上行模塊10,用于接收來自接收控制模塊9的串口數據,并上傳到接收上位機11。

上述建立的帶穩定照明功能的RS232與VLC通信協議轉換裝置,進行RS232與VLC通信協議轉換,協議轉換分為兩個部分:1、在發送端,發射模塊從發送上位機12接收串口數據并轉換為可見光信號發送出去;2、在接收端,接收模塊接收可見光信號并轉換為串口數據發送到接收上位機11。

這兩個部分的協議轉換過程產生的程序處理時間,會導致數據丟失。因此需要通過數據緩沖機制解決。數據緩沖機制,用于:1、在發送端,保證發送可見光信號的速度與發送上位機的串口向協議轉換模塊發送串口數據的速度匹配,避免發送端的上位機發送的串口數據量大,發射模塊不能及時處理串口數據并轉發出去而導致數據丟失;2、在接收端,保證協議轉換模塊接收并處理可見光信號的速度與向接收上位機的串口發送串口數據的速度匹配,避免接收模塊不能及時處理光數據幀以及串口數據的處理和上傳,而導致接收數據丟失。

數據緩沖機制,設置兩級緩沖區:一級緩沖區、二級緩沖區。兩級緩沖區利用數組來實現緩沖。發送端的數據緩沖機制功能在發射控制模塊2內完成。接收端的數據緩沖機制功能在接收控制模塊9內完成。

發送端的數據緩沖機制如下:

在發送端,一級緩沖區為下行緩沖區,用于暫存從發送上位機12接收到的串口數據,用于匹配發送上位機12設置的串口波特率。二級緩沖區為待發送區,用于暫存經過預處理的串口數據。二級緩沖區可存放的串口數據的數量小于一級緩沖區可存放的串口數據的數量。

在發送端,發射控制模塊2首先將從發送上位機12接收到的串口數據暫存在一級緩沖區,與此同時,從一級緩沖區中逐個提取串口數據,將串口數據進行光數據幀打包前的預處理,丟棄停止位,再放入二級緩沖區。當二級緩沖區有第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內經過預處理的串口數據一次性全部提取出來,打包成光數據幀,并清空二級緩沖區,延時計時歸零。

接收端的數據緩沖機制如下:

在接收端,一級緩沖區為上行緩沖區,用于暫存即將上傳到接收上位機11的串口數據,用于匹配接收上位機11設置的串口波特率。二級緩沖區為待處理區,用于暫存從解碼器8輸出的解碼后的光數據幀。當二級緩沖區有第一個數據時,開始緩沖延時計時,當二級緩沖區裝滿或者延時計時超時,就將二級緩沖區內收到的光數據幀一次性全部提取出來,還原成串口數據暫存在一級緩沖區,并清空二級緩沖區,延時計時歸零。一級緩沖區根據接收上位機11設置的串口波特率,將一級緩沖區內的串口數據上傳到接收上位機11。

發送端的發送流程如下:

T1、上電后,發射控制模塊2初始化;

T2、初始化完成后,開始掃描發送上位機12的串口,檢測是否有串口數據輸入;

T3、當有串口數據輸入時,進入數據緩沖機制的處理,并打包成光數據幀輸出給編碼器3;

T4、編碼器3將光數據幀調制編碼成適合可見光信號發送的形式,并輸出到驅動模塊4;

T5、光數據幀經過編碼器3處理后,輸出到驅動模塊4,用以驅動LED-5發送可見光信號。

接收端的接收流程如下:

R1、上電后,接收控制模塊9初始化;

R2、掃描檢測判決模塊7的輸出,當檢測到判決模塊7的輸出為有效的可見光信號的判決輸出時,由解碼器8對數據處理成光數據幀,并進入數據緩沖機制;

R3、通過數據緩沖機制,將光數據幀進行解包,還原成串口數據,并輸出到串口上行模塊10。

光數據幀由多個串口數據打包而成,光數據幀包括:前導碼、數量字段、長度字段、數據字段、校驗碼、結束碼。

前導碼,用于表示一個光數據幀的開始以及可見光信號的發送速度,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或方波。

數量字段,用于表示光數據幀中,打包的串口數據的數量。

長度字段,用于表示光數據幀中,每一個經過預處理的串口數據的長度。

數據字段,用于存放經過預處理的串口數據。在發送端,將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,丟棄停止位,然后按發送上位機12輸出的先后順序,將處理后的串口數據放入數據字段。在接收端,將收到的發送端發送的可見光信號解碼解調得到的光數據幀,按照發送上位機12輸出的先后順序,將光數據幀解包,并逐個將串口數據的數據部分和校驗位提取出來,并補充停止位,還原成完整的串口數據。

校驗碼,用于提供光數據幀的奇偶校驗碼。

結束碼,用于表示一個光數據幀的結束,采用一組3-5個固定頻率、固定振幅的正弦波或者方波。

裝置有均衡照明功能:在無數據發送時,LED-5以固定頻率、固定振幅,持續發送正弦波或方波,該正弦波或方波與前導碼頻率和振幅都相同且相位相反的正弦波或方波,用于保證有無串口數據發送時,LED-5的照度一致。

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穩定 照明 功能 RS232 VLC 通信協議 轉換 裝置
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