基于蓝牙及摄像头通信的近场无线通信装置的制作方法

(一)技术领域

本发明属于可见光(visiblelightcommunication,缩写为vlc)通信系统技术领域。

(二)

背景技术：

目前，在公交车，地铁，手机支付等刷卡支付系统以及各处的门禁系统中，无线射频识别(radiofrequencyidentification，简称rfid)技术的应用非常广泛。相对于传统的条形码识别，rfid有着有效识别距离大，识别速度快，使用寿命长等优势。随着现代市场经济的快速发展，越来越多的商家推出各式各样的会员等身份卡片，对于消费者来说，出门在外携带着一大把卡片非常地累赘，而在一大把的卡片中找出需要的卡片更是相当繁琐。相对来说，手机在当下几乎是每个人出门必随身携带的通信工具，如果可以将身份识别技术集成应用在手机上，将会大大便利人们的出行。现在实现这种理念的方法主要有两种，一种是通过手机应用软件生成对应身份的条形码或二维码，为了保证安全性，身份码需要实时生成，这意味着必须保证手机网络的连通，对于应用场景有一定的局限性。另一种方法是近场通信(nearfieldcommunication，简称nfc)，目前部分手机中已经整合了nfc技术，但首先不是所有手机都具备nfc功能，因为对于手机制造商来说这需要加入额外的设备，增加成本，其次，为了保证随时能够与靠近的手机建立安全的通信，主机的nfc收发设备需要时刻保持开通状态，这或多或少地会造成电量的浪费和电磁波污染。

为了解决上述问题，本发明提出了一种只采用发光二极管(lightemittingdiode，简称led)和蓝牙接收机的通信装置，可以直接与现在市场上的智能手机进行交互。这种装置可以将认证密钥信号加载到led上，利用手机摄像头的卷帘效应(rollingshuttereffect，简称rse)在近场获取该信息，再将待传信号利用密钥加密后通过蓝牙发射给主机，不需要与主机进行繁琐的蓝牙配对。

卷帘机制是互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，简称cmos)传感照相机获取图像的原理，cmos像素点将入射光转化为电压，从而获取其像素值。cmos传感器所包含的像素点是排成列的，所以拍照时并不是一次性获取整个图像，而是逐列获取的，这种成像的方式就称为“卷帘”。当led的闪烁频率低于卷帘扫描频率且高于照相机成像频率(帧/秒)时，照相机就会拍到密度不同的光带，也就是led闪烁所表示的信号。

(三)

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的目的是提出一种利用目前手机均具备的摄像头和蓝牙设备即可进行安全通信的方法及装置，该装置主机的通信设备只需要发光二极管和蓝牙接收机，既可以在没有网络信号的情况下使用，同时也没有持续的电磁波污染。

为了实现上述目的，本发明与手机进行通信具体方案如下：

a.用手机摄像头对准接近主机led光源，接收主机的密钥交换及蓝牙开启信息；

b.手机将身份等信息加密后通过蓝牙广播发送；

c.主机接收并确认处理后通过led返回确认及蓝牙关闭信息。

所述的密钥交换为动态对称密钥，以保证安全性及通信速率。

本发明所述的近场无线通信装置包括：

一个发光二极管，其作用在于发射主机信息给手机，手机通过摄像头接收该信息。

一个蓝牙接收器，其作用在于接收手机发射的身份认证等功能信息。

一个led驱动器，其作用在于驱动发光二级管工作。

数字电路，其作用在于控制驱动器。

一个微处理器，其作用在于控制数字电路及蓝牙接收器，并处理发射接收的信号。

一个内存，其作用在于存贮接收和发射的信号。

集成的rs232、usb等常用通信接口，其作用在于简化与其他通信设备间的连接，易于与当前先用系统融合及其他系统的嵌入。

本发明的目的实现过程如下，主机微处理器通过数字电路控制驱动器，驱动led发送动态对称密钥信息，手机摄像头靠近主机led，获取密钥后自动开启手机蓝牙设备，将身份认证信息及其他功能信息加密后，通过蓝牙设备广播发送，主机的蓝牙接收机接收信号并传输至微处理器，微处理器将信息解密，确认身份等信息后通过led返回确认信号并处理扣费等其他功能信息，手机接收到确认信息后自动关闭蓝牙设备以节省电量并避免不必要的电磁波污染。

本发明的有益之处是，采用上述方法及装置后，门禁等类似场景可以将身份等信息整合在个人手机中，避免卡片等实体的使用，大大简化个人的出行。同时该装置可再没有无线网络的环境下使用，且不需要与用户手机蓝牙配对，节约了一般蓝牙通信中的配对时间。另外，该装置本身不会产生电磁波污染，是一种安全，成本低，速度快，无污染，易实现的近场无线通信方法及装置。

(四)附图说明

以下结合附图及实例对本发明作进一步详细说明，但本发明的进场无线通信方法及装置应用场景不局限于该实例。

图1是本发明的近场无线通信装置示意图。

图2是手机摄像头卷帘效应信号效果示意图。

图3是本发明的近场无线通信装置应用场景图。

图中：

1-发光二极管

2-led驱动器

3-数字电路

4-微处理器

5-蓝牙接收器

6-内存

7-usb、rs232等通信接口

8-近场无线通信装置

9-手机摄像头

10-手机蓝牙设备

11-智能手机

12-待发送数据

13-手机摄像头所拍的图片

14-经过处理后所得信号

(五)具体实施方式

本发明的近场无线通信装置8的通信过程是这样的，微处理器4从内存6中获取动态对称密钥，通过数字电路3控制驱动器2，从而驱动发光二极管1发送密钥协商信号，当智能手机11的摄像头9对准发光二极管1，即可接收到密钥信息，完成密钥协商并开启手机蓝牙设备10，将使用密钥加密后的信息通过蓝牙设备10广播发送，蓝牙接收器5接收到信号后传给微处理器4进行解密，确认身份信息后通过集成的其他通信接口7完成扣费，开门等功能，并再次通过数字电路3控制驱动器2，驱动发光二极管1返回确认信息，手机11通过摄像头9接收到确认信息后关闭手机蓝牙设备10。

图3为该发明用于地铁支付的实际场景，用户在将要乘坐地铁时通过手机应用软件打开手机摄像头，并靠近地铁闸机的led灯即可完成地铁支付，不需要排队购票取票，也不需要携带交通卡、一卡通等，同时，也保证了支付系统的安全性。

该发明装置利用目前手机均具备的摄像头和蓝牙设备即可进行安全通信，不需要进行蓝牙配对，通信效率高。其主机的通信设备只需要发光二极管和蓝牙接收机，成本低，易于实现，也易于与现有系统结合，另外可以在没有网络信号的情况下使用，同时也没有持续的电磁波污染。

技术特征：

技术总结
本发明提出了一种只采用发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)和蓝牙接收机的通信装置，可以直接与现在市场上的智能手机进行交互。该装置可以将认证秘钥信号加载到LED上，利用手机摄像头的卷帘效应(Rolling Shutter Effect，简称RSE)在近场获取该信息，再将待传信号利用秘钥加密后通过蓝牙发射给主机，主机再根据接收到的信号做出其他操作。其优势在于不需要进行蓝牙配对，通信效率高；主机的通信设备只需要发光二极管和蓝牙接收机，成本低，易于实现并与现有系统结合；可以在没有网络信号的情况下使用，同时也没有持续的电磁波污染。

技术研发人员：魏一然;何晶;邓锐;陈林
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2017.07.31
技术公布日：2017.09.12