一种基于光敏管的信息接收装置和信息接收方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光敏管的信息接收装置，包括壳体，壳体内设置有可见光信息接收电路，可见光信息接收电路包括光敏三极管、放大滤波电路和连接有时钟电路的单片机。本发明利用光敏三极管接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，通过光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，以放大三极管在导通和截止时在单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；然后采用连接有时钟电路且具有计数器功能的单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“0”和“1”，最终得到所传输的信息，进行自动判别存储。
【专利说明】一种基于光敏管的信息接收装置和信息接收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光敏管的信息接收装置和信息接收方法，属于可见光无线接收领域，尤其涉及一种基于光敏管的信息接收装置和信息接收方法。
【背景技术】
[0002]目前，传统的可见光接收方式主要是通过光敏传感器接收光源光线的“有、无”或光线强度的“强、弱”，以代表信号的两种状态。这种传统的利用可见光进行信息发送、接收的方式，在信息传输过程中光源将不可避免的产生明暗相间的闪烁现象。如果既要求光源保持正常照明，同时还要进行信息传输，则上述传统的可见光接收方式均会导致出现人眼可察觉的明暗闪烁现象，无法到达设定要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于光敏管的信息接收装置和信息接收方法，能够接收具有信息传输功能的照明设备利用不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，并自动判别存储照明设备发送的数据信息。
[0004]本发明采用下述技术方案:
一种基于光敏管的信息接收装置，包括壳体，壳体内设置有可见光信息接收电路，可见光信息接收电路包括光敏三极管、放大滤波电路和连接有时钟电路的单片机，光敏三极管的集电极连接供电电源，光敏三极管的发射极连接二极管的正极；光敏三极管的发射极还通过第一电阻接地；二极管的负极连接放大三极管的基极，二极管的负极还通过第一电容接地；放大三极管的集电极通过第二电阻连接供电电源；放大三极管的集电极还连接单片机的计数器输入引脚；放大三极管的集电极还通过第二电容接地；放大三极管的发射极接地。
[0005]所述的单片机采用STC11F01单片机，时钟电路包括石英晶振器，石英晶振器的两端分别连接STC11F01单片机的XTALl和XTAL2引脚，第三电容和第四电容组成的串联电路并联在石英晶振器两端。
[0006]所述的STC11F01单片机连接有上电复位电路和开关复位电路；上电复位电路包括串联的第五电容和第三电阻，第五电容的正极连接供电电源，第五电容的负极连接第三电阻第一端，第三电阻第二端接地，STC11F01单片机的RST引脚连接在第五电容负极和第三电阻第一端之间；开关复位电路包括与第五电容并联的复位按钮。
[0007]—种利用权利要求1所述基于光敏管的信息接收装置进行信息接收的方法，包括以下步骤:
A:利用光敏三极管接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光；
B:利用光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，通过放大三极管在导通和截止时在单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；C:采用连接有时钟电路且具有计数器功能的单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“O”和“ I ”，最终得到所传输的信息。
[0008]所述的单片机数据接收速率为1000bps，每次计数时间固定为700 μ S，两次计数间隔300 μ S。
[0009]所述的单片机接收数据帧格式为前导码+ 8位或16位数据，不发送校验码；STClIFOl单片机在接收到正确的前导码后，延时300 μ S后开始接收后续8位或16位数据，前导码为二进制的“00000000”。
[0010]在每个计数时间内，STC11F01单片机的计数器得到的计数值与所代表的ASCII码值对应关系为
计数值为2或3时，对应的ASCII码值为“O” ；
计数值为5或6时，对应的ASCII码值为“I”。
[0011]所述的STC11F01单片机接收信过程中以字符为单位进行接收，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送。
[0012]当接收前导码时，STC11F01单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位若为11333时，正常接收剩余5位前导码；若STClIFOl单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位不为11333时，则按照下列情形进行延时调整:
(1)连续5次计数值为“".00133”，仅将下一次延时调整为600μ s，继续接收剩余5位前导码；
(2)连续5次计数值为“…11233”，`仅将下一次延时调整为550μ S，继续接收剩余5位前导码；
(3)连续5次计数值为“…11222”，仅将下一次延时调整为360μ S，继续接收剩余5位前导码；
(4)连续5次计数值为“".00222”，仅将下一次延时调整为550μ S，继续接收剩余5位
前导码。
[0013]本发明利用光敏三极管接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，通过光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，以放大三极管在导通和截止时在单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；然后采用连接有时钟电路且具有计数器功能的单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“O”和“ I ”，最终得到所传输的信息，进行自动判别存储。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的电路示意图；
图2为本发明所述5种同步与非同步采集信号的时序图。
【具体实施方式】
[0015]本发明所述的基于光敏管的信息接收装置包括壳体，壳体内设置有可见光信息接收电路。如图1所示，可见光信息接收电路包括光敏三极管Tl、放大滤波电路和连接有时钟电路的单片机。光敏三极管Tl的集电极连接供电电源，光敏三极管Tl的发射极连接二极管Dl的正极；光敏三极管Tl的发射极还通过第一电阻Rl接地；二极管Dl的负极连接放大三极管T2的基极，二极管Dl的负极还通过第一电容Cl接地；放大三极管T2的集电极通过第二电阻连接供电电源；放大三极管T2的集电极还连接单片机的计数器输入引脚；放大三极管T2的集电极还通过第二电容C2接地；放大三极管T2的发射极接地。
[0016]单片机采用STClIFOl单片机，STClIFOl单片机连接有时钟电路且具有计数器功能。时钟电路包括石英晶振器Y，石英晶振器Y的两端分别连接STC11F01单片机的XTALl和XTAL2引脚，第三电容C3和第四电容C4组成的串联电路并联在石英晶振器Y两端。本发明采用内时钟模式，利用STC11F01单片机内部的振荡电路，在XTALl和XTAL2引脚上外接由一个石英晶振器Y和两个电容C3、C4组成的定时元件，STC11F01单片机内部振荡器便能产生自激振荡。STC11F01单片机的P1.2-P1.5引脚分别连接有按钮开关作为输入装置，可在设定参数时使用。
[0017]STClIFOl单片机还连接有上电复位电路和开关复位电路；上电复位电路包括串联的第五电容C5和第三电阻R3,第五电容C5的正极连接供电电源,第五电容C5的负极连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端接地，STCllRn单片机的RST引脚连接在第五电容C5负极和第三电阻R3第一端之间。电源接通瞬间，电压全部加在了第三电阻R3上，RST的输入为高，STCl IFOI单片机被复位。随着+5V电源给第三电容C5充电，第三电阻R3上的电压逐渐减小，最后约等于0，STC11F01单片机即可正常工作。开关复位电路包括与第五电容C5并联的复位按钮K1。当复位按钮Kl没有被按下的时候可实现上电复位，在STC11F01单片机正常工作后，通过按下复位按钮Kl使RST引脚出现高电平达到手动复位的效果。
[0018]可见光信息接收电路在工作时，光敏三极管Tl用于接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的高频闪烁LED灯光信号。当无光照时，光敏三极管Tl和放大三极管T2均处于截止状态，STClIFOl单片机的计数器引脚TO处于高电平；当有光照时，光敏三极管Tl和放大三极管T2均处于导通状态，此时STC11F01单片机的计数器引脚TO处于低电平。因此，通过放大三极管T2在导通和截止时在STC11F01单片机的计数器引脚TO产生的高低电平即可实现信号输入。可见光信息接收电路按照收发双方通信协议规定的传输波特率，以固定的周期对计数器引脚TO接收到的不同频率的变化状态进行计数，然后根据固定周期内不同的计数值所分别对应的ASCII编码码值，最终得到具有信息传输功能的照明设备传输的信息。
[0019]本实施例中，单片机数据接收速率为IOOObps ;每次计数时间固定为700 μ S，两次计数间隔300 μ S。接收的信息采用ASCII编码，数据帧格式为前导码+ 8位或16位数据，不发送校验码；前导码为二进制的“00000000”，作为收发双方的同步。当STC11F01单片机在接收到正确的前导码后，延时300 μ s后开始接收后续8位或16位数据。在STC11F01单片机接收信过程中，以字符为单位进行接收，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送。在每个计数时间内，STC11F01单片机的计数器得到的计数值与所代表的ASCII码值对应关系为
计数值为2或3时，对应的ASCII码值为“O” ；
计数值为5或6时，对应的ASCII码值为“I”。
[0020]在接收前导码时，首先对STClIFOl单片机计数器在一个计数时间内得到的连续5位计数值进行判断:由于正确的前导码为二进制的“00000000”，与其对应的STC11F01单片机计数器在一个计数时间内得到的连续计数值应为“…1133333333”；因此，如图2中真同步部分所示，中当STC11F01单片机计数器在一个计数时间内得到的连续5位计数值若为11333时，对STClIFOl单片机正常接收剩余5位前导码；若STClIFOl单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位不为11333时，则按照下列情形进行延时调整:
(1)如图2中伪同步I部分所示，连续5次计数值为^"00133'仅将下一次延时调整为600 μ S，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…0013333333”，STCl IFOl单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字符信息； (2)如图2中伪同步2部分所示，连续5次计数值为“…11233”，仅将下一次延时调整为550 μ S，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…1123333333”，STCl IFOl单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字
符信息；
(3)如图2中伪同步3部分所示，连续5次计数值为“…11222”，仅将下一次延时调整为360 μ S，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…1122233333”，STCl IFOl单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字
符信息；
(4)如图2中伪同步4部分所示，连续5次计数值为“…00222”，仅将下一次延时调整为550 μ S，继续接收剩余5位前导码。经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…0022233333”，STCl IFOl单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字
符信息；
经延时调整后，当STC11F01单片机确认正确接收到具有信息传输功能的照明设备发送的数据帧的前导码“00000000”后，间隔300 μ s后开始通过计数器连续接收后续8位或16位字符数据信息。STC11F01单片机接收到的8位或16位字符数据信息，可与使用者预设值进行对比，以确认身份、权限等信息。
[0021]本发明所述基于光敏管的信息接收装置进行信息接收的方法，包括以下步骤:
Α:利用光敏三极管Tl接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光；
B:利用光敏三极管Tl产生的信号控制放大三极管T2的导通和截止，通过放大三极管T2在导通和截止时在单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；
C:采用连接有时钟电路且具有计数器功能的单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“O”和“ I”，最终得到所传输的信息。
[0022]上述方法在对基于光敏管的信息接收装置进行详细介绍时均有相关解释，在此不再赘述。
【权利要求】
1.一种基于光敏管的信息接收装置，其特征在于:包括壳体，壳体内设置有可见光信息接收电路，可见光信息接收电路包括光敏三极管、放大滤波电路和连接有时钟电路的单片机，光敏三极管的集电极连接供电电源，光敏三极管的发射极连接二极管的正极；光敏三极管的发射极还通过第一电阻接地；二极管的负极连接放大三极管的基极，二极管的负极还通过第一电容接地；放大三极管的集电极通过第二电阻连接供电电源；放大三极管的集电极还连接单片机的计数器输入引脚；放大三极管的集电极还通过第二电容接地；放大三极管的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的基于光敏管的信息接收装置，其特征在于:所述的单片机采用STC11F01单片机，时钟电路包括石英晶振器，石英晶振器的两端分别连接STC11F01单片机的XTALl和XTAL2引脚，第三电容和第四电容组成的串联电路并联在石英晶振器两端。
3.根据权利要求2所述的基于光敏管的信息接收装置，其特征在于:所述的STC11F01单片机连接有上电复位电路和开关复位电路；上电复位电路包括串联的第五电容和第三电阻，第五电容的正极连接供电电源，第五电容的负极连接第三电阻第一端，第三电阻第二端接地，STC11F01单片机的RST引脚连接在第五电容负极和第三电阻第一端之间；开关复位电路包括与第五电容并联的复位按钮。
4.一种利用权利要求1所述基于光敏管的信息接收装置进行信息接收的方法，其特征在于，包括以下步骤: A:利用光敏三极管接收具有信息传输功能的照明设备通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光； B:利用光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，通过放大三极管在导通和截止时在单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入； C:采用连接有时钟电路且具有计数器功能的单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“O”和“ I ”，最终得到所传输的信息。`
5.根据权利要求4所述的信息接收的方法，其特征在于:所述的单片机数据接收速率为1000bps，每次计数时间固定为700 μ S，两次计数间隔300 μ S。
6.根据权利要求5所述的信息接收的方法，其特征在于:所述的单片机接收数据帧格式为前导码+ 8位或16位数据，不发送校验码；STC11F01单片机在接收到正确的前导码后，延时300 μ s后开始接收后续8位或16位数据，前导码为二进制的“00000000”。
7.根据权利要求6所述的信息接收的方法，其特征在于:在每个计数时间内，STClIFOl单片机的计数器得到的计数值与所代表的ASCII码值对应关系为 计数值为2或3时，对应的ASCII码值为“O” ； 计数值为5或6时，对应的ASCII码值为“I”。
8.根据权利要求7所述的信息接收的方法，其特征在于:所述的STClIFOl单片机接收信过程中以字符为单位进行接收，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送。
9.根据权利要求8所述的信息接收的方法，其特征在于:当接收前导码时，STClIFOl单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位若为11333时，正常接收剩余5位前导码；若STClIFOl单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位不为11333时，则按照下列情形进行延时调整: (1)连续5次计数值为“".00133”，仅将下一次延时调整为600μ s，继续接收剩余5位前导码； (2)连续5次计数值为“…11233”，仅将下一次延时调整为550μ S，继续接收剩余5位前导码； (3)连续5次计数值为“…11222”，仅将下一次延时调整为360μ S，继续接收剩余5位前导码；(4)连续5次计数值为“".00222”，仅将下一次延时调整为550μ s，继续接收剩余5位前导码。`
【文档编号】H04B10/69GK103560835SQ201310525979
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】陈建明, 马强, 曹文思, 袁保合, 孙标, 周晓明, 赵明明, 刘子介, 陈嘉琦, 常瑞, 尚华, 徐燕, 王成凤 申请人:华北水利水电大学