一种出入境远距离光控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种出入境远距离光控系统，包括光钥匙模块、光控锁模块、中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路；通过所述光钥匙来发出开锁密码，把密码信息加载到所述光钥匙的LED灯上，通过自由空间，将信息传递到所述光控锁的光检测模块上，通过比对信息来控制门锁的关闭和开启。该系统节能环保，安全性高，可以广泛的应用于宾馆、写字楼等应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可见光通信
，尤其是一种出入境远距离光控系统。
技术介绍
众所周知，门禁系统是一种对出入口进行管理的系统。太阳能（solar energy），是指太阳的热辐射能（参见热能传播的三种方式），主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的一次能源。地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。门禁系统的发展经历了一个很长的过程，从早期的机械门锁一直发展到现在基于无线射频的电子门锁。机械门锁是一个典型的纯粹的机械装置，不管设计的多么精巧，使用的材质多么的坚硬，人们总是可以通过外力把它打开。而且，机械门锁不方便进行钥匙的管理。在人流量较多的办公室、酒店等，如果有一个人丢失了钥匙，那么就要进行门锁的更换，十分麻烦。出于这些问题的考虑，人们研制了电子磁卡锁和电子密码锁。电子磁卡锁和电子密码锁能很好的解决了上面的问题，使门禁系统发展到了一个全新的高度。但是，它们也暴露出了很多缺点和问题。比如，电子磁卡锁的读卡机和卡片的磨损比较大，卡片上的开锁信息容易被复制，在安全方面有着很大的隐患。电子密码锁的在安全性方面的问题就更加的突出，由于它是基于无线技术，密码特别容易被泄露，安全问题不容忽视。目前，无线门禁系统主要采用无线射频技术，该技术有很好的穿透性，然而这一特性又使得无线射频信号容易被电磁干扰，被截获复制，造成开锁的信息泄漏而导致财产损失。随着白光 LED 器件的发展，可见光通信技术得到了越来越多的重视。可见光无线通信系统主要由光信号发射端和光信号接收端组成。在发送端，电信号经放大、滤波等处理后，调制到LED器件上实现电光转换。在接收端，通过光电检测器实现光电转换，并经过相关信号处理单元还原出原始信息。目前的无线门禁系统容易被电磁干扰，传输的方向不可控，密码容易被截获。然而可见光通信是一种点对点的传输模式，具有保密性好的优点。因此，可以将可见光通信技术与门禁技术相结合，具有广阔的运用前景。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种节能环保，安全性高，可以广泛的应用于宾馆、写字楼等应用场合，将将可见光通信技术与门禁技术相结合的基于可见光通信的节能门禁系统。为实现上述专利技术目的，提出了如下技术方案：一种出入境远距离光控系统，包括中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路、光钥匙模块、光控锁模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路；所述手中央处理器连接光钥匙模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述信号调制设备负责调制生成原始的电信号；所述LED 灯是单色的 LED；所述光探测器是可见光波段响应较好的 CCD光电转换器件；所述接收天线是可变倍数的光学镜头；所述信号处理电路与光探测器相适应，用于视频电信号的处理，以及确定接收光斑的形状、大小和平均接收光功率；所述探照灯和所述接收天线之间是大气信道，光源发出的光通过大气信道进行传输；所述光钥匙模块内设置有智能移动终端，基于智能移动终端操作系统，设计基于虚拟串口的秘钥发送智能移动终端的软件模块，通过智能移动终端的软件模块发送出秘钥信息，秘钥信息由智能移动终端的 min-USB 口输出；所输出的秘钥信息，基于智能移动终端OTG 功能，经过外部驱动模块加载到LED灯上，通过LED来完成秘钥信息的传送；通过所述光钥匙来发出开锁密码，把密码信息加载到所述光钥匙的LED灯上，通过自由空间，将信息传递到所述光控锁的光检测模块上，通过比对信息来控制门锁的关闭和开启。所述的现场可编程门阵列电路，内部包括可配置逻辑模块CLB、输入输出模块IOB和内部连线三个部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块；FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程；为更好的实现本专利技术，能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电在使用时，多余的电能将被存储在蓄电池组内，而出现太阳能光照不够或阴雨天气或夜间时，蓄电池组将进行释电，并通过电源控制器的输出电路输送至直流供电电路内，对中央处理器及现场可编程门阵列电路进行供电，达到24小时全天候的使整个系统工作。所述光钥匙模块包括密钥控制模块、处理器模块、LED驱动模块、白光 LED ；所述密钥控制模块控制处理器模块产生秘钥信息，信号通过LED驱动模块，把信号加载到 LED 灯上。所述光控锁模块包括光电检测模块、信号处理模块、处理器模块、光锁受控模块，所述光电检测模块接收到光信号，对光信号进行处理，把信号送入处理器模块，处理器模块对密钥信息进行匹配检测，从而产生受控信号控制光锁的开启或闭合。所述基于可见光通信的无线门禁系统采用 STC12C2052AD 高速单片机做为主控芯片，利用单片机串口通信原理，实现光钥匙模块控制光密码锁模块，从而实现门锁的开启或关闭。本技术方案中待发送密钥为 TTL 电平信号，即+5V 表示高电平“1”，0V 表示低电平“0”。由于 STC12C2052AD 单片机 I/O 口驱动能力有限，无法直接驱动 LED 实现密钥（TTL 电平）信息发送。因此，需设计 LED 驱动电路实现电信号到光信号的转换。基于 TTL 信号电平特点，选用低成本、小体积 PNP 型贴片三极管 S8550 及其相关外围器件，构成了LED驱动电路。光钥匙是基于单片机 STC12C2052AD 设计的一种发送端。光钥匙可以发送不同的密钥，通过不同的密钥不仅可以打开门锁，还可以实现其他的功能。所述光钥匙模块不是一个简单的一对一的装置，而是一个一对多的装置。所述光锁受控模块包括光电接收模块、译码判决模块、处理器模块、光锁受控模块、电源模块；其中，光电检测器来接收携带数据信息的光束，通过光电转换把光信号转换成模拟电信号，通过前置放大模块对电信号进行放大，电信号经过译码判决模块，把模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种出入境远距离光控系统，其特征在于，包括中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路、光钥匙模块、光控锁模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路；所述中央处理器连接光钥匙模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述信号调制设备负责调制生成原始的电信号；所述LED 灯是单色的 LED；所述光探测器是可见光波段响应较好的 CCD光电转换器件；所述接收天线是可变倍数的光学镜头；所述信号处理电路与光探测器相适应，用于视频电信号的处理，以及确定接收光斑的形状、大小和平均接收光功率；所述探照灯和所述接收天线之间是大气信道，光源发出的光通过大气信道进行传输；所述光钥匙模块内设置有智能移动终端，基于智能移动终端操作系统，设计基于虚拟串口的秘钥发送智能移动终端的软件模块，通过智能移动终端的软件模块发送出秘钥信息，秘钥信息由智能移动终端的 min‑USB 口输出；所输出的秘钥信息，基于智能移动终端OTG 功能，经过外部驱动模块加载到LED灯上，通过LED来完成秘钥信息的传送；通过所述光钥匙来发出开锁密码，把密码信息加载到所述光钥匙的LED灯上，通过自由空间，将信息传递到所述光控锁的光检测模块上，通过比对信息来控制门锁的关闭和开启。...

【技术特征摘要】
1.一种出入境远距离光控系统，其特征在于，包括中央处理器、现场可编程门阵列电路、电源电路、光钥匙模块、光控锁模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器及直流供电电路；所述中央处理器连接光钥匙模块、信号调制控制设备、LED 灯、接收天线、光探测器、信号处理电路；所述信号调制设备负责调制生成原始的电信号；所述LED 灯是单色的 LED；所述光探测器是可见光波段响应较好的 CCD光电转换器件；所述接收天线是可变倍数的光学镜头；所述信号处理电路与光探测器相适应，用于视频电信号的处理，以及确定接收光斑的形状、大小和平均接收光功率；所述探照灯和所述接收天线之间是大气信道，光源发出的光通过大气信道进行传输；所述光钥匙模块内设置有智能移动终端，基于智能移动终端操作系统，设计基于虚拟串口的秘钥发送智能移动终端的软件模块，通过智能移动终端的软件模块发送出秘钥信息，秘钥信息由智能移动终端的 min-USB 口输出；所输出的秘钥信息，基于智能移动终端OTG 功能，经过外部驱动模块加载到LED灯上，通过LED来完成秘钥信息的传送；通过所述光钥匙来发出开锁密码，把密码信息加载到所述光钥匙的LED灯上，通过自由空间，将信息传递到所述光控锁的光检测模块上，通过比对信息来控制门锁的关闭和开启。2.根据权利要求1所述的一种出入境远距离光控系统，其特征在于，所述远距离可见光通信系统设备主要包括发射端和接收端；发射端可使用OOK、PPM 等调制方式，光源将调制好的光信号以高速、明暗变化的规律进行发射，采用大功率低束散角阵列 LED 作为光源，由于调制速率在一百比特量级，可以采用单片机配合 C++软件编程进行发射端的软硬件设计，实现字符串的发送；接收端，采用 CCD 作为光探测器，硬件设备使用高帧频100fps 以上、高灵敏度、高响应度 CCD 相机；相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王烨，
申请(专利权)人：苏州杰姆斯特机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32