基于可见光通信的语音广播系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可见光通信的语音广播系统，包括可见光发射机及带有光电二极管的固定式终端，所述固定式终端与可见光发射机以可见光通信方式无线连接，所述可见光发射机包括AD变换器、并串数据转换模块、发光二极管及发光二极管驱动电路，所述的并串数据转换模块采用第一FPGA处理器，所述固定式终端包括光电接收机、串并数据转换模块、DA变换器及音箱，所述的串并数据转换模块采用第二FPGA处理器。本发明专利技术具有利用照明用可见光进行语音信号无线传输的功能，可用于大型商场、地铁站等需要全天候照明的场所的语音信息广播，可用于考场等需要保密通信的场所的听力广播，该系统安装维护方便，使用范围广，节能环保，科学合理，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于可见光通信的语音广播系统，属于多媒体信息传输及播放的领域。
技术介绍
近年来，被誉为“绿色照明”的半导体(LED)照明技术发展迅猛，特别是白光LED正吸引更多人的注意，他们被认为是下一代照明光源。它最终会替代目前在办公室和家庭广泛使用的白炽灯和荧光灯。利用LED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，可以实现照明通信一体化的高效模式。声音广播，通常用于车站、商场、公共场馆、大厦、小区内部，供背景音乐广播、寻呼广播以及强行插入的灾害性广播使用，声音广播也通常用于语言考试的考场进行听力试题的播放。传统的有线声音广播系统主要包含音源、音源管理控制设备、功率放大器、输出控制设备、声音还原设备以及电源管理设备，常采用总线制结构，采用RS-422、以太网等接口，在播放终端处采用有线传输。但是，传统的有线声音广播系统存在如下缺点：首先，传输线需要专门铺设，且容易产生寄生电容影响系统性能，施工和使用过程中易出现线槽、桥架割伤、短路内部芯线、昆虫、鼠类啮咬等问题，使系统维护成本升高；其次，有线传输使得扬声器布局固定，不灵活，声音广播效果难以保证；再次，有线传输的声音广播无法在对电磁干扰有严格限制的场合使用；最后，传统有线广播系统还存在布线困难、安装复杂、扩容性差、损坏墙面等问题。用于听力试题播放的无线广播系统采用无线电波进行声音信号的传送，具有无需立杆架线，覆盖范围广，无限扩容，安装维护方便，投资省，音质优美清晰的特点，但是，传统的无线广播系统存在如下缺点：首先，传统的无线广播系统无法在对电磁干扰有严格限制的场合使用；其次，传统的无线广播系统传送的声音信号容易被监听，造成试题外泄、考试作弊等问题。近年出现的可见光语音通信系统还处于不成熟阶段，主要存在的问题有：采用复杂的调制解调技术使得系统实现和维护成本增大；传输速度低且距离短，为了避免LED灯的明显闪烁，必须采用麦彻斯特编码等技术，同样增加了系统复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于可见光通信的语音广播系统，其结构紧凑，实现简单，安装维护方便，使用范围广，节能环保，科学合理，安全可靠。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于可见光通信的语音广播系统，包括可见光发射机及带有光电二极管的固定式终端，所述固定式终端与可见光发射机以可见光通信方式无线连接，其特征是：所述可见光发射机包括AD变换器、并串数据转换模块、发光二极管及发光二极管驱动电路，所述的并串数据转换模块采用第一FPGA处理器，所述AD变换器将音源产生的语音模拟信号转成为并行数字信号，所述第一FPGA处理器将经AD变换器转成的并行数字信号转成为串行数据流实现UART异步发送，所述发光二极管驱动电路接收所述串行数据流信号并驱动发光二极管高频亮灭；所述固定式终端包括光电接收机、串并数据转换模块、DA变换器及音箱，所述的串并数据转换模块采用第二FPGA处理器，所述光电接收机接收所述发光二极管的白光信号并转成为电信号的串行数据流，所述第二FPGA处理器将所述串行数据流转成为并行数字信号实现UART异步接收，所述DA变换器将所述的并行数字信号转成为语音模拟信号，所述音箱播放所述语音模拟信号。所述光电接收机包括光电接收电路，所述光电接收电路由依次连接的PIN光电二极管、跨阻放大器、第二级放大器、第三级放大器及高速比较器组成，所述PIN光电二极管用于识别发光二极管的亮灭信号。所述发光二极管驱动电路为交流电流源电路，由四个电流反馈型运算放大器电路并联组成。可见光发射机包括电源管理模块，所述电源管理模块将220V的交流电转换为正负15V的直流电。所述光电接收电路包括电源管理电路，所述电源管理电路将9V直流电转换为正负5V直流电。为了避免采用复杂的调制技术和编码技术，从而降低系统复杂度，提高数据传输的准确性，本专利技术并串转换模块利用FPGA处理器将并行音频数字信号转换成串行数据流并实现UART异步发送功能。即接收到并行的8位数据后，按照固定的波特率定时将其从低位开始，一位一位的发送出去。串并转换模块利用FPGA处理器将串行数据流恢复成并行音频数字信号并实现UART异步接收功能。即在检测到信道上电平发生变化后，能够按照固定的采样速率采集一字符帧的数据，并将其中的数据位转为并行交给其他处理模块。本专利技术光电接收机包括光电接收电路，其中光电接收电路包括光电二极管、跨阻放大器、第二级放大器、第三级放大器及高速比较器。所述光电二极管识别发光二极管的亮灭信号，产生相应的电流信号，所述跨阻放大器将光电二极管输出的电流信号转化为电压信号，所述第二级放大器将跨阻放大器输出的电压信号进行放大，所述第三级放大器将第二级放大器输出的信号进一步放大到一定数值，所述高速比较器将第三级放大器输出的信号处理成数字电平信号，所述数字电平信号就是光电接收机的输出信号或接收到的可见光信号，光电接收机的输出端与串并转换器相连。本专利技术提供的基于可见光通信的语音广播系统，同目前应用较多的公共广播系统相比，具有以下有益效果：1. 可见光通信可与实际环境中现存的照明电力线相结合，系统布局中不需要增加额外的电力供应线路，通过简单改造既有照明系统即可建立基于可见光通信的语音广播系统的发射机，达到充分利用现有资源、环保节能的目的；2. 可见光通信属于无线传输，避免了因信号线故障所产生的维护成本，也使得扬声器的布局更为灵活便于维护；3. LED属于绿色光源，可见光对人体安全无害，本专利技术可用于大型商场、地铁站等人流密集、需要全天候照明和全方位语音广播系统的场所；4. 无电磁干扰，本专利技术可应用于飞机、手术室等对电磁干扰有严格限制的场合；5. 便于实现保密通信，本专利技术可用于需要防窃听的语音广播应用场景（比如听力考场）中。6. 系统在LED功率为1瓦不变的情况下，对不同频率的方波信号测试其随距离的衰减特性，系统最终可实现距离6米，带宽2.5MHz的数据传输。不需要复杂的调制解调、编码解码技术，系统实现与维护十分方便。附图说明图1为本专利技术使用状态的结构框图。图2为本专利技术可见光发射机连接结构框图。图3为本专利技术固定接收机的连接结构框图。图4为本专利技术发光二极管驱动电路的电路原理图。图5为本专利技术光电接收电路的电路原理图。图6为本专利技术所采用UART异步串口通信协议的数据帧格式。图7为本专利技术中UART发送程序设计框图。图8为本专利技术中UART接收程序设计框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示基于可见光通信的语音广播系统，包括可见光发射机及带有光电二极管的固定式终端，所述固定终端与可见光发射机以可见光通信方式无线连接。如图2 所示，所述可见光发射机包括电源管理模块、AD变换器、并串数据转换模块及发光二极管驱动电路。几个模块间利用导线将相应信号依次连接。本案中，电源管理模块可采用A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的语音广播系统，包括可见光发射机及带有光电二极管的固定式终端，所述固定式终端与可见光发射机以可见光通信方式无线连接，其特征是：所述可见光发射机包括AD变换器、并串数据转换模块、发光二极管及发光二极管驱动电路，所述的并串数据转换模块采用第一FPGA处理器，所述AD变换器将音源产生的语音模拟信号转成为并行数字信号，所述第一FPGA处理器将经AD变换器转成的并行数字信号转成为串行数据流实现UART异步发送，所述发光二极管驱动电路接收所述串行数据流信号并驱动发光二极管高频亮灭；所述固定式终端包括光电接收机、串并数据转换模块、DA变换器及音箱，所述的串并数据转换模块采用第二FPGA处理器，所述光电接收机接收所述发光二极管的白光信号并转成为电信号的串行数据流，所述第二FPGA处理器将所述串行数据流转成为并行数字信号实现UART异步接收，所述DA变换器将所述的并行数字信号转成为语音模拟信号，所述音箱播放所述语音模拟信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的语音广播系统，包括可见光发射机及带有光电二极管的固定式终端，所述固定式终端与可见光发射机以可见光通信方式无线连接，其特征是：
所述可见光发射机包括AD变换器、并串数据转换模块、发光二极管及发光二极管驱动电路，所述的并串数据转换模块采用第一FPGA处理器，所述AD变换器将音源产生的语音模拟信号转成为并行数字信号，所述第一FPGA处理器将经AD变换器转成的并行数字信号转成为串行数据流实现UART异步发送，所述发光二极管驱动电路接收所述串行数据流信号并驱动发光二极管高频亮灭；
所述固定式终端包括光电接收机、串并数据转换模块、DA变换器及音箱，所述的串并数据转换模块采用第二FPGA处理器，所述光电接收机接收所述发光二极管的白光信号并转成为电信号的串行数据流，所述第二FPGA处理器将所述串行数据流转成为并行数字信号实现UART异步接收，所述DA变换器将所述的并行数字信...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟邦昭，张建飞，梁霄，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32