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LED光傳輸可視化電子導覽系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510702396.9

申請日:

2015.10.26

公開號:

CN105206204A

公開日:

2015.12.30

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):G09F 27/00申請公布日:20151230|||實質審查的生效IPC(主分類):G09F 27/00申請日:20151026|||公開
IPC分類號: G09F27/00; H04B10/116(2013.01)I 主分類號: G09F27/00
申請人: 桂林電子科技大學
發明人: 何寧; 喻歡; 廖欣; 蔣紅艷; 顧劍飛
地址: 541004 廣西壯族自治區桂林市七星區金雞路1號
優先權:
專利代理機構: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107 代理人: 陳躍琳
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510702396.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.10.09|||2016.01.27|||2015.12.30

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LED光傳輸可視化電子導覽系統,定點照明LED收發裝置包括LED端單片機及與之相連的LED端下行光發射單元和LED端上行光接收單元和LED端單片機。移動光學導覽器包括導覽端單片機和與之相連的導覽端下行光接收單元、導覽端上行光發射單元和核心處理單元。LED端下行光發射單元與導覽端下行光接收單元以無線光信道相連,導覽端上行光發射單元和LED端上行光接收單元以無線光信道連接。各個定點照明LED收發裝置通過電力線載波模塊連接到電力線上。本發明利用設置在各景點處的照明LED發送主要景點位置信息,并進行相應旅游導覽,從而實現照明和通信的雙重功能。

權利要求書

權利要求書
1.  LED光傳輸可視化電子導覽系統,其特征在于:包括安裝在各個景點的定點照明LED收發裝置和游客手持的移動光學導覽器;
每個定點照明LED收發裝置均由LED端下行光發射單元、LED端上行光接收單元和LED端單片機組成;LED端下行光發射單元包括熱釋電紅外感應模塊、光電傳感模塊、編碼調制模塊、恒流驅動模塊和照明LED;熱釋電紅外感應模塊的輸出端連接LED端單片機和光電傳感模塊的輸入端,LED端單片機經編碼調制模塊連接恒流驅動模塊的輸入端,光電傳感模塊的輸出端則直接連接恒流驅動模塊的輸入端,恒流驅動模塊的輸出端與照明LED相連;LED端上行光接收單元包括LED端光電探測模塊、LED端放大濾波模塊和LED端電壓比較模塊;LED端光電探測模塊的輸出端經LED端放大濾波模塊與LED端電壓比較模塊的輸入端相連,LED端電壓比較模塊的輸出端連接LED端單片機;LED端單片機經一LED端電力線載波模塊連接到電力線上;
每個移動光學導覽器由導覽端下行光接收單元、導覽端上行光發射單元、導覽端單片機和核心處理單元組成;導覽端下行光接收單元包括導覽端光電探測模塊、導覽端放大濾波模塊和導覽端電壓比較模塊;導覽端光電探測模塊以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的照明LED,導覽端光電探測模塊的輸出端經導覽端放大濾波模塊連接電壓比較模塊的輸入端,電壓比較模塊的輸出端連接導覽端單片機的輸入端;導覽端上行光發射單元包括調制編碼模塊和光發射器;導覽端單片機的輸出端經調制編碼模塊連接光發射器的輸入端,光發射器以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的LED端光電探測模塊;導覽端單片機與核心處理單元相連接。

2.  根據權利要求1所述的LED光傳輸可視化電子導覽系統,其特征在于:還進一步包括終端監控中心,該監控中心通過監控端電力線載波模塊連接到電力線上。

3.  根據權利要求1和2所述的LED光傳輸可視化電子導覽系統,其特征在于:移動光學導覽器的導覽端光電探測模塊與定點照明LED收發裝置的照明LED之間的下行通信采用可見光波進行傳輸;移動光學導覽器的光發射器與定點照明LED收發裝置的LED端光電探測模塊之間的上行通信采用可見光波進行傳輸;且上行通信所采用的可見光波與下行通信所采用的可見光波的波長相異。

說明書

說明書LED光傳輸可視化電子導覽系統
技術領域
本發明涉及光通信技術領域,具體涉及一種LED光傳輸可視化電子導覽系統。
背景技術
電子導游解決了傳統導游講解的許多問題,如解說不詳細、發音不標準、誤導消費等諸多弊端,在國內外得到了廣泛的應用。目前市場上常見的導覽器有存儲式和非存儲式兩類。存儲式導覽器是把講解內容存儲在導覽器中,游客自主選擇接聽講解。游客在操作存儲式導覽器時,景點序列號容易選錯,造成講解內容和景點或講解點內容不一致。存儲式導覽器是通過設置安裝在景點或講解點上的無線發射器來播放講解內容。非存儲式導覽器主要由信號發射器、接收器、數據庫、罐裝接口、輸入設備和輸出設備幾部分構成。發射器通常固定在景點或講解點上,發送需要講解的信息,設備復雜。
無論是存儲式還是非存儲式的導覽器,都是將景點的位置信息通過某種方式傳送到游客的接收器,以便獲取導覽信息。目前的傳送方式有無線電傳送(包含射頻技術)和無線光傳送。而為減小環境的電磁污染,無線光是理想的傳送方式。傳統的無線光傳送方式包括激光和紅外兩種,它們雖具有方向性好和發散角小的特點,作為單純的信息傳輸機制優勢較大,但這兩種光源對人眼有一定的傷害,發散角所覆蓋的區域小對接收不利。
隨著各種節能技術和產品不斷得到研發和使用,照明LED具有功耗低、壽命長、可低壓驅動、安全穩定、發射功率大和線性調制度好等優點,成為未來照明的發展方向,目前在戶外照明和大屏幕廣告牌已進入相對成熟階段,它的高亮度和大發散角,光照所覆蓋的區域廣,對人眼是安全的。用于短距離無線光通信是理想的光源。然而,將照明LED作為通信光源正處在初期研究階段,更沒有將照明LED用于電子導覽的方案出現。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是采用激光和紅外光來實現景點位置信息向電子導覽器的傳送方式所存在的不足,提供一種LED光傳輸可視化電子導覽系統,其利用照明LED進行信息傳送,替代傳統的通信光源,在景區內旅游路線上安裝一定數量的照明LED,通過設置的LED發送主要景點位置信息,并進行相應旅游導覽,實現照明和通信的雙重功能。
為解決上述問題,本發明是通過以下技術方案實現的:
LED光傳輸可視化電子導覽系統,包括安裝在各個景點的定點照明LED 收發裝置和游客手持的移動光學導覽器。
每個定點照明LED收發裝置均由LED端下行光發射單元、LED端上行光接收單元和LED端單片機組成;LED端下行光發射單元包括熱釋電紅外感應模塊、光電傳感模塊、編碼調制模塊、恒流驅動模塊和照明LED;熱釋電紅外感應模塊的輸出端連接LED端單片機和光電傳感模塊的輸入端,LED端單片機經編碼調制模塊連接恒流驅動模塊的輸入端,光電傳感模塊的輸出端則直接連接恒流驅動模塊的輸入端,恒流驅動模塊的輸出端與照明LED相連;LED端上行光接收單元包括LED端光電探測模塊、LED端放大濾波模塊和LED端電壓比較模塊;LED端光電探測模塊的輸出端經LED端放大濾波模塊與LED端電壓比較模塊的輸入端相連,LED端電壓比較模塊的輸出端連接LED端單片機;LED端單片機經一LED端電力線載波模塊連接到電力線上。
每個移動光學導覽器由導覽端下行光接收單元、導覽端上行光發射單元、導覽端單片機和核心處理單元組成;導覽端下行光接收單元包括導覽端光電探測模塊、導覽端放大濾波模塊和導覽端電壓比較模塊;導覽端光電探測模塊以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的照明LED,導覽端光電探測模塊的輸出端經導覽端放大濾波模塊連接電壓比較模塊的輸入端,電壓比較模塊的輸出端連接導覽端單片機的輸入端;導覽端上行光發射單元包括調制編碼模塊和光發射器;導覽端單片機的輸出端經調制編碼模塊連接光發射器的輸入端,光發射器以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的LED端光電探測模塊;導覽端單片機與核心處理單元相連接。
上述LED光傳輸可視化電子導覽系統,還進一步包括終端監控中心,該監控中心通過監控端電力線載波模塊連接到電力線上。
上述方案中,移動光學導覽器的導覽端光電探測模塊與定點照明LED收發裝置的照明LED之間的下行通信采用可見光波進行傳輸;移動光學導覽器的光發射器與定點照明LED收發裝置的LED端光電探測模塊之間的上行通信采用可見光波進行傳輸;且上行通信所采用的可見光波與下行通信所采用的可見光波的波長相異。
當游客進入某個定點照明LED收發裝置的光輻射工作區域,該定點照明LED收發裝置點亮LED照明,并發送該景點或講解點對應的編號,只要有游客在該區域活動,定點照明LED收發裝置正常工作,否則就熄滅。若是陰天或是晚上,光敏器件感應環境光變化,啟動照明LED作為普通照明燈使用,當有游客經過定點照明LED收發裝置才傳輸數據,照明LED的大發射角使收發雙方容易對準。游客手持的移動導覽器接收定點照明LED收發裝置輸出的光信號,解調出信源(即該小景點或講解點對應的編號),移動導覽器依據此編號從數據庫調出該編號對應的景點或講解點的資料,其顯示屏提示游客到了哪個景點或講解點,等待游客的進一步操作,游客根據自己的需要,選擇導游服務。同時,移動導覽器上行發送該設備編號到固定在各景點上的定點 照明LED收發裝置,并通過載波電力線上傳到景區數據管理中心。
與現有技術相比,本發明采用照明LED移動光傳輸技術構建一種可視化電子導覽系統,實現綠色照明和通信的功能;系統僅在有游客經過時,點亮照明LED發送數據,傳輸完畢關閉LED;系統在不影響正常LED照明的同時,充分利用LED的調制特性,光接收裝置在不同LED照明有效覆蓋區域接收每個景點唯一的位置信息,通過圖、文、聲方式完成相應的旅游導覽,顯示游客在景區的位置及路徑圖,同時將移動光導覽終端編號上行發送到固定景點LED裝置接收,經電力線傳輸到上位機管理中心,實現對景區游客的旅游路徑和流量的宏觀管理,上位機可實時監控和查詢各景點游客狀態,必要時可實時呼叫游客終端,其成本低、操作簡單、工作穩定可靠。
附圖說明
圖1為LED光傳輸可視化電子導覽系統框圖。
圖2為定點照明LED收發裝置的原理框圖。
圖3為移動光學導覽器的原理框圖。
圖4為某景區的LED光傳輸可視化電子導覽系統的導覽路徑模型框圖。
具體實施方式
如圖1所示,一種LED光傳輸可視化電子導覽系統,包括終端監控中心、安裝在景點或講解點的定點照明LED收發裝置和游客手持的移動光學導覽器。各個定點照明LED收發裝置和終端監控中心均通過電力線載波模塊連接到電力線上。電力線既提供LED供電,也作為通信信息傳輸介質。在景區內各景點間通過電力線將各個定點照明LED收發裝置連接,并接入景區的上位機數據庫管理中心即終端監控中心。
在景區的各小景點或講解點安裝一塊定點照明LED收發裝置,每個定點照明LED收發裝置都設置了唯一的景點或講解點的編號。游客手持移動光學導覽器在景區行走,當進入某個景點或講解點的定點照明LED收發裝置的熱釋電紅外感應模塊的有效探測區域時,定點照明LED收發裝置點亮照明LED,在啟動照明的同時,向外廣播發送該景點或講解點對應的編號。照明LED的大發射角使收發雙方容易對準,只要有游客在景點或講解點區域活動,照明LED就處于照明和發射狀態,否則就熄滅。此外,定點照明LED收發裝置的光電傳感模塊還實時監控環境亮度,當亮度低于一定值時(如陰天或晚上),輸出信號觸發單片機產生PWM脈沖,自動開啟照明LED作為普通照明燈使用,當有游客經過時傳輸景點編號數據。游客手中的移動光學導覽器接收到編號后,觸摸屏顯示的景區地圖界面上當前景點或講解點的小圓點不斷閃爍,提示游客到了哪個景點,實現了簡單的定位。游客可以在觸摸屏的操作界面上,選擇相應的導游服務,如游客可以選擇聆聽該小景點或講解點的介紹或查看該景點或講解點的文字介紹和附近的飯店、賓館、公廁的位置、已走過的路 徑等。游客手持的移動光學導覽器經過某景點,在完成導覽的同時,將本移動光學導覽器的編號及進入與離開時間上行傳送到固定照明LED點接收,再通過載波電力線傳輸給景區的終端監控中心進行管理。圖4為某景區的LED光傳輸可視化電子導覽系統的導覽路徑模型框圖。
上述定點照明LED收發裝置如圖2所示,由LED端下行光發射單元、LED端上行光接收單元和LED端單片機組成。LED端下行光發射單元包括熱釋電紅外感應模塊、光電傳感模塊、編碼調制模塊、恒流驅動模塊和照明LED。熱釋電紅外感應模塊的輸出端連接LED端單片機和光電傳感模塊,LED端單片機經編碼調制模塊連接恒流驅動模塊,光電傳感模塊的輸出端則直接連接恒流驅動模塊,恒流驅動模塊與照明LED相連。LED端上行光接收單元包括LED端光電探測模塊、LED端放大濾波模塊和LED端電壓比較模塊。LED端光電探測模塊的輸出端經LED端放大濾波模塊與LED端電壓比較模塊的輸入端相連,LED端電壓比較模塊的輸出端連接LED端單片機。
采用照明LED構成可見光發射,當游客進入某定點照明LED發射裝置的熱釋電紅外感應模塊的工作區域,該熱釋電紅外感應模塊輸出一高電平,同時觸發光電傳感模塊和LED端單片機工作,發送該景點或講解點的編號,實現可見光信號發送。定點照明LED收發裝置的LED端下行光發射單元能根據環境光和游客需求能自動進行LED照明與通信發射功能切換;其LED端上行光接收單元能接收記錄每個移動導覽器設備的編號和進入及離開景點的時間。
熱釋電紅外感應模塊用于識別人流狀態,由LHI778熱釋電紅外感應探頭和熱釋電紅外處理芯片BISS0001組成,LHI778熱釋電紅外感應探頭感應周圍熱輻射能量的變化,LHI778熱釋電紅外感應探頭的輸出端與熱釋電紅外處理芯片BISS0001的輸入端相連,熱釋電紅外處理芯片BISS0001的輸出端分別連接LED端單片機和光電傳感模塊的輸入端。LED端單片機采用STC12C5A60S2,并產生PWM脈沖信號。編碼調制模塊采用FSK調制。恒流驅動模塊主要采用DD311芯片實現,編碼調制模塊輸出的已調制信號輸入到DD311的EN端控制照明LED的亮滅。照明LED根據實際需要采用陣列方式。光電傳感模塊用于識別環境光狀態,光電傳感模塊的輸入端連接熱釋電紅外感應模塊,光電傳感模塊的輸出端連接恒流驅動模塊,強制恒流驅動模塊工作。LED端光電探測模塊接收來自導覽端光發射器發送來的光信號,LED端光電探測模塊的輸出端依次經LED端放大濾波模塊和LED端電壓比較模塊連接LED端單片機。當熱釋電紅外探測有游客進入景點區域,通過輸出電平觸發光電傳感模塊啟動LED驅動電路,同時出發單片機輸出景點編碼信號,光電傳感模塊主要是控制LED的工作狀態。
熱釋電紅外感應模塊的探頭感應到有游客靠近,輸出高電平,經過熱釋電紅外處理芯片BISS0001處理,輸出的高電平同時觸發LED端單片機和光電傳感模塊。LED端單片機STC12C5A60S2發送該景點或講解點的編號,并產生 PWM碼元信號,經過FSK調制,輸入到恒流驅動模塊的DD311的EN端,恒流驅動照明LED的亮滅,發送數據。若是陰天或晚上,LED作為普通照明燈使用,則由光電傳感模塊通過控制恒流驅動模塊工作,從而控制LED的亮滅,僅有游客經過才傳輸數據。白天LED燈是熄滅的(由光電傳感模塊控制),當有游客進入景點時,由熱釋電紅外模塊控制光電傳感模塊點亮LED后發射編碼數據。此外,定點照明LED收發裝置接收移動光學導覽器發送來的本機編號后,再通過載波電力線上傳給終端監控中心存儲。
上述移動光學導覽器導覽端如圖3所示,由下行光接收單元、導覽端上行光發射單元、導覽端單片機和核心處理單元組成。導覽端下行光接收單元,完成景點編碼接收處理,包括導覽端光電探測模塊、導覽端放大濾波模塊和導覽端電壓比較模塊。導覽端光電探測模塊以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的照明LED,導覽端光電探測模塊的輸出端經導覽端放大濾波模塊連接電壓比較模塊的輸入端,電壓比較模塊的輸出端連接導覽端單片機的輸入端。導覽端上行光發射單元,完成移動光學導覽器的編號的上行發送,包括調制編碼模塊和光發射器。導覽端單片機的輸出端經調制編碼模塊連接光發射器的輸入端,光發射器以無線方式連接該移動光學導覽器所處景點處的定點照明LED收發裝置的LED端光電探測模塊。導覽端單片機與核心處理單元相連接。在本發明中,核心處理單元為ARM核心處理單元,包括核心處理芯片、以及連接在核心處理芯片上的觸摸屏、語音處理芯片以及電子地圖和導游信息存儲器。導覽端上行光發送單元在移動導覽器被導覽端下行光發射單元的信號激活后,自動向定點照明LED收發裝置發送該移動導覽器的設備編號。
導覽端光電探測模塊依次串接導覽端放大濾波模塊和導覽端電壓比較模塊后,連接導覽端單片機的輸入端。導覽端光電探測模塊為硅PIN光電二極管S4204;導覽端放大濾波模塊由放大器和包絡檢波電路組成。導覽端光電探測模塊的輸出端連接放大器的輸入端,放大器的輸出端連接包絡檢波電路的輸入端,包絡檢波電路的輸出端與導覽端電壓比較模塊的輸入端連接。放大器采用運放OPA2354;低通濾波器和檢波二極管IN60組成包絡檢波電路。導覽端電壓比較模塊采用高增益運放LM358。導覽端單片機為STC89C52。導覽端單片機的輸出端分為兩路:一路經調制編碼模塊與光發射器相連,導覽端單片機輸出本導覽器的編號,經調制編碼控制光發射,上行發送到定點照明LED收發裝置。一路經過串口模塊與ARM核心板相連,組成下行接收。ARM核心處理單元為核心處理芯片S3C2440。語音處理芯片UDA1341TS通過IIS接口連接核心處理芯片S3C2440,語音處理芯片UDA1341TS外接SPEAKER音頻輸出端口和MICROPHONE音頻輸入端口。
導覽端光電探測模塊接收到定點照明LED收發裝置發送的光信號,實現光電轉換,輸出的微弱電信號由導覽端放大濾波模塊的放大器對信號進行放大,低通濾波器把一定帶寬外的干擾頻率濾掉,通過檢波二極管IN60實現包 絡檢波,完成FSK解調,得到發射端的碼元波形。對FSK調制信號的解調是通過包絡檢波電路實現的,然后再進行放大、濾波、整形處理,得到發射端的碼元波形(標準TTL電平),再送單片機進行解碼(譯碼)。導覽端電壓比較模塊對該碼元波形進行整形后送入導覽端單片機。導覽端單片機完成信號的解碼,并把碼元(即景點或講解點的編號)通過串口傳輸到AMR核心處理單元進行處理,該AMR核心處理單元的電子地圖和導游信息存儲器中已儲存了各景區的各景點講解點的文字、導覽圖、該景點語音介紹、該景區的百度地圖,利用Mapinfo軟件設計該景點的導覽圖。ARM核心處理單元依據導覽端單片機解碼出的編號,在顯示屏提示游客的具體位置(顯示屏上表示該景點或講解點的小圓點閃爍),游客點擊該小圓點,即可進入“手動查詢界面”。如當游客把耳機插入SPEAKER音頻輸出口,在觸摸屏的操作界面上點擊“語音導覽”按鈕時,即可聆聽該景點的解說。游客也可以點擊“地圖查詢”按鈕,通過百度地圖查看附近飯店、賓館、公廁的位置、當前位置和已走過的路徑等。此外,移動光學導覽器進入景區內各景點后,可自動發射本機的編號到定點照明LED收發裝置。
上述終端監控中心可實現對移動光學導覽器的活動位置(軌跡)進行實時監控和查詢管理,便于景區游客流量的宏觀管理和為安全救援提供幫助,并可通過載波電力線傳輸對各景點進行緊急呼叫。
終端監控中心的電腦作為主機,各個照明LED發射模塊為從機。管理人員通過主機發送4個字節的查詢指令,第一字節為幀頭“AA”,第二字節為查詢命令,第三字節為從機地址,第四字節為幀尾“FF”,可采用定時循環發送或手動發送查詢指令,查看各個景點或講解點的游客進入時間,從機收到數據包后,只有識別為本地址的指令,才進行處理,把記錄的所有的數據通過電力線傳輸到主機,同時清空單片機的記錄。當主機工作在自動查詢狀態,發送數據幀后,將等待10秒鐘(具體時間間隔可由用戶設置,通常設為10秒),若接收不到從機的響應信息則重發該數據幀,直到接收到響應信息,再把從機地址加1,發送數據幀。主機接收到的數據后,存儲在Access2003數據庫中供管理員查看。
定點照明LED收發裝置和移動光學導覽器的上下行雙向傳輸采用兩種不同的可見光波長實現。

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LED 傳輸 可視化 電子 系統
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