一种光通信装置及方法与流程

本申请涉及领域光通信系统，具体而言，涉及一种光通信装置及方法。

背景技术：

目前对于运动情景下的通信，主要采用无线方式进行，常用的技术有wifi、蓝牙、zigbee、4g。

wifi技术是一种成熟的、可提供高速传输率的技术，但其对入网设备的数量有一定的上限。一般商用的wifi只能支持16-128台设备入网，并且会对传输速率、延时产生负面影响。

蓝牙、zigbee是短距离传输的无线网上协议，因此在大区域运动场景下，需要密集布设通讯点。zigbee技术可以支持大量设备入网，但只能提供低速的传输速率。

基于无线电信号的通信方式，皆存在一个共性问题，即：信号不可避免的存在外泄风险，无难以防范外部的无线网络渗透入侵。

此外，大量设备使用无线信号高速传输数据，需要设计复杂的信道分时复用机制，技术难度高，目前只能提供低速的多设备通信能力。

技术实现要素：

本申请提供一种光通信装置及方法，以解决现有技术存在的技术问题。

本申请的实施例通过如下方式实现：

一种光通信装置包括：

从设备，用于当通过激光发射器发射从设备通信信号对应的激光信号；主设备通过主设备接收板接收从设备发送的激光信号，并通过主设备的图像采集装置采集带有激光信号的接收板图像，主设备控制器根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号；主设备，用于当通过控制主设备通信光框表面的发光条发光信息，发送主设备发送的通信电信号对应的光信号；从设备的图像采集装置采集带有所述光信号的图像信息，根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号；其中所述从设备在场地上移动，主设备设置在高于场地位置处。

优选的，所述主设备包括通信光框、位于通信光框底部内表面的图像采集装置、位于通信光框顶部的用于接收从设备激光信号的接收板和主设备控制器；所述通信光框是四棱台结构，四棱台四个侧面的四边分别设置一个发光条；四棱台底部面积小于顶部面积；所述图像采集装置采集四棱台顶部接收板的激光信号图像；图像采集装置位于四棱台底部内表面、接收板位于四棱台顶部。

优选的，所述从设备包括从设备控制器、从设备图像采集装置、激光发射器、俯仰转动机构以及水平转动机构；当从设备控制器通过图像采集装置采集到主设备发光条时，则从设备与主设备进行光通信。

优选的，所述根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号是通过光学符号检测进行的；所述根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号是通过光学字符检测进行的。

优选的，所述激光信号或发光条发光信号的光信号发送模式是：

电信号为0对应的光信号光斑持续持续时间tzero＝1.5/n；其中，n是主设备或者从设备的图像采集装置的拍摄频率；

电信号为1对应的光信号光斑持续持续时间tone＝2.5*tzero；

两个相邻电信号之间的间隔信号ti＝2.5/n。

优选的，所述的光通信装置还包括地标，通过从设备控制器获取地标的地标信息；所述从设备控制器发送包括地标信息的从设备信息对应的激光信号，用以主设备获取从设备位置信息的光信号。

优选的，从设备遍历识别场地中所有地标信息；从设备发送服务器通过有线方式接收从设备发送所有地标信息、从设备激光发射器的俯仰角信息、从设备运动方向数据。

一种光通信方法包括：

从设备通过激光发射器发射从设备通信信号对应的激光信号；主设备通过主设备接收板接收从设备发送的激光信号，并通过主设备的图像采集装置采集带有激光信号的接收板图像，主设备控制器根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号；

主设备通过控制主设备通信光框表面的发光条发光信息，发送主设备发送的通信电信号对应的光信号；从设备的图像采集装置采集所述光信号的图像信息，根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号；

其中所述从设备在场地上移动，主设备设置在高于场地位置处。

优选的，所述主设备包括通信光框、位于通信光框底部内表面的图像采集装置、位于通信光框顶部的用于接收从设备激光信号的接收板和主设备控制器；所述通信光框是四棱台结构，四棱台四个侧面的四边分别设置一个发光条；四棱台底部面积小于顶部面积；所述图像采集装置采集四棱台顶部接收板的激光信号图像；图像采集装置位于四棱台底部内表面、接收板位于四棱台顶部。

优选的，所述从设备包括从设备控制器、从设备图像采集装置、激光发射器、俯仰转动机构以及水平转动机构；当从设备控制器通过图像采集装置采集到主设备发光条时，则从设备与主设备进行光通信。

本发明有益效果：

本发明通过使用光通信技术，提供传输介质的物理隔绝，从根本上杜信息的泄露和外部入侵问题。

通过机器视觉技术进行光信号的识别、解码，可自然的支持大量设备并发通信。

主设备的结构设计。单数字相机支持全方位的数据接收；相机的支撑结构上布设了通信和定位用的光条，形成了4面独立的光通信设备，能处理并发的通信需求；从设备的多激光束信道设计。能够方便的扩展信道，提高数据发送速度；

从设备的数据帧格式设计。首先发送信道id号，由主设备自动识别信道，方便后续的信道扩展，实现了该过程的自动化；

定点位置的从设备通信水平、俯仰角信息预存机制。能有效降低从设备用于识别主设备的设备配置和能耗，可以实现从设备的低成本、低复杂度、第功耗

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的系统结构图；

图2为本申请实施例提供的主设备结构图；

图3为本申请实施例提供的主设备通信光框结构图；

图4为本申请实施例提供的从设备结构图；

图5为本申请实施例提供的光信号的调制图；

图6为本申请实施例提供的信道数据时序图；

图7为本申请实施例提供的信道光框的4个信道发送格式；

图8为本申请实施例提供的主设备数据帧格式图。

图标：

1-主设备2-地标3-从设备4-移动体

11-主设备图像采集装置及控制器

12-主设备通信光框的发光条

121-主设备通信光框的第一组发光条1

122-主设备通信光框的第一组发光条2

123-主设备通信光框的第一组发光条3

124-主设备通信光框的第一组发光条4

13-主设备接收板31-从设备图像采集装置及控制器。

32-从设备激光发射器33-从设备俯仰转动机构

34-从设备水平转动机构

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参照图1，光通信装置应用于各个需要应用场景。

本发明实施例提供一种光通信装置包括：

从设备，用于当通过激光发射器发射从设备通信信号对应的激光信号；主设备通过主设备接收板接收从设备发送的激光信号，并通过主设备的图像采集装置(图像采集装置例如是相机，所述相机和激光器固定在所述移动体上，移动体底部设置有采集地标信息的控制器)采集带有激光信号的接收板图像，主设备控制器根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号；

主设备，用于当通过控制主设备通信光框表面的发光条发光信息，发送主设备发送的通信电信号对应的光信号；从设备的图像采集装置采集带有所述光信号的图像信息，根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号；

其中所述从设备通过移动体(移动小车等)在场地上移动，主设备设置在高于场地(场地可以地面也可以是室内停车场等地方)位置处，即主设备设置在在房屋顶部或通过设置支撑杆顶部上实现主设备设置在高于场地位置处。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中所述主设备包括通信光框、位于通信光框底部内表面的图像采集装置、位于通信光框顶部的用于接收从设备激光信号的接收板和主设备控制器；所述通信光框是四棱台结构，四棱台四个侧面的四边分别设置一个发光条；四棱台底部面积小于顶部面积；所述图像采集装置采集四棱台顶部接收板的激光信号图像；图像采集装置位于四棱台底部内表面、接收板位于四棱台顶部。

其中，主设备通信光框的有4组发光条，例如图3中121(主设备通信光框的第一组发光条1)、122(主设备通信光框的第一组发光条2)、123主设备通信光框的第一组发光条3)、124(主设备通信光框的第一组发光条4)形成第一组发光条；在主设备通信光框中另外对称形成3组发光条。根据主设备控制器控制，每组发光条通过发光条1、2、3和4依次组成对应光信号。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中从设备包括从设备控制器、从设备图像采集装置、激光发射器、俯仰转动机构以及水平转动机构；当从设备控制器通过图像采集装置采集到主设备发光条时，则从设备与主设备进行光通信。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号是通过光学符号检测进行的；所述根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号是通过光学字符检测进行的。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中所述激光信号或发光条发光信号的光信号发送模式是：如图5所述，

电信号为0对应的光信号光斑持续持续时间tzero＝1.5/n；其中，n是主设备或者从设备的图像采集装置的拍摄频率；

电信号为1对应的光信号光斑持续持续时间tone＝2.5*tzero；

两个相邻电信号之间的间隔信号ti＝2.5/n；

当然上述tzero、tone、ti是根据需要设置的时间信号，只要是能区分电信号1和电信号0即可。

例如：激光发射器或者发光条依次对应产生相对应光信号光斑持续时间，相当于产生对应电信号1和电信号0，从而通过光信号方式发送电信号。本发明中，一束激光代表一个信道。每个从设备上可发射多束激光，即以多个信道发送数据。从0对每个信道进行连续编号，依次发送数据的bit位，默认使用数据的大端模式。每信道的数据帧格式为：如图6所述，

(1)本信道编号；

(2)编号信息终止符(比特1)；

(3)该信道数据内容；

图6，显示了2个发生时间不等长的信道序号发送例子。通过使用编号信息终止符，同步各信道的首比特信息发送时间。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中首先传输地标信息，对于一个系统，地标id的最大位数是固定的，例如，对于有256个地标的系统，地标id最多需要8比特表示，因此对于该系统，前8bits数据表示地标id。

主设备会根据系统内的预设置，自动选择哪个光框向某地标处发送数据。因此主设备的4个光框可以独立工作。

主设备向从设备发送数据。主设备通信定位光框有四组独立的发光条组(主设备通信光框的有4组发光条，例如图3中121(主设备通信光框的第一组发光条1)、122(主设备通信光框的第一组发光条2)、123()主设备通信光框的第一组发光条3)、124(主设备通信光框的第一组发光条4)形成第一组发光条；在主设备通信光框中另外对称形成3组发光条。根据主设备控制器控制，每组发光条通过发光条1、2、3和4依次组成对应光信号)；每个发光条组上有4条发光条，分别对应该光框的4个信道。该4个信道按照图6方式发生bit位数据。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中的光通信装置还包括地标，通过从设备控制器获取地标的地标信息；所述从设备控制器发送包括地标信息的从设备信息对应的激光信号，用以主设备获取从设备位置信息的光信号。

其中，1)主设备通信光框上的发光条(通信/定位光条)平时处于常亮状态，用于辅助从设备识别和对准。

2)主设备上的发光条(通信/定位光条)，可使用可见光/红外线，只要保证从设备能够识别即可。

3)主设备用于接收从设备发来的光信号，布设于高处(房屋顶部、支撑杆顶部)，根据场地面积，可布设多个。

4)从设备安装于移动体上，用于发送该移动体产生的数据。从设备支持2中数据发送方式，分别是：

41)动态对准方式；动态对准方式，即在移动物体需要传输数据的任何时间内，从设备设备自动搜索、对准临近的主设备。

42)定点方式：即移动物体运动到地标点后停止运动，然后进行信息的发送和接收。地标为一个包含信息的图案，可以使用qr码、条形码。其中存储的信息必须含有以下内容：

421)该地标唯一标识符；

422)该地标处临近主设备的俯仰角信息；可以有多条，分别记录运动体上的从设备在当前运动方向上对准该主设备的水平、俯仰角参数；

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中使用定点工作方式，系统从部署到使用的步骤为：

步骤101：布设地标、主设备；

步骤102：场地适应。1台或多台从设备遍历所有地标，自动以动态对准方式在每个地标处进行试通讯。试通讯过程中，从设备向主设备发送‘ping’指令对应的光信号，如果主设备成功解码该光信号对应的指令，则主设备自动回复‘echo’命令对应的光信号；如果主设备成功解码，则从设备发送地标id、激光发射器水平角、激光发射器俯仰角、从设备运动方向数据，完成试通信过程。服务器会记录该地标处的水平、俯仰角信息等。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中除过步骤101，步骤102之外，还包括步骤103：服务器汇总所有步骤102的信息，预存到所有从设备中，或者更新地标标识，将以上信息预写入服务器(服务器与主设备有线方式连接，存储相关信息)或者主设备。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明中从设备遍历识别场地中所有地标信息；从设备发送服务器通过有线方式接收从设备发送所有地标信息、从设备激光发射器的俯仰角信息、从设备运动方向数据。

为了详述上述实施例公开的光通信装置，本发明对应提供一种光通信方法包括：

从设备通过激光发射器发射从设备通信信号对应的激光信号；主设备通过主设备接收板接收从设备发送的激光信号，并通过主设备的图像采集装置采集带有激光信号的接收板图像，主设备控制器根据接收板图像信息解析从设备发送的光信号；

主设备通过控制主设备通信光框表面的发光条发光信息，发送主设备发送的通信电信号对应的光信号；从设备的图像采集装置采集带有所述光信号的图像信息，根据所述发光信号的图像信息解析出主设备发送的光信号；

其中所述从设备在场地上移动，主设备设置在高于场地位置处。

为了详述上述实施例公开的光通信方法，本发明中所述主设备包括通信光框、位于通信光框底部内表面的图像采集装置、位于通信光框顶部的用于接收从设备激光信号的接收板和主设备控制器；所述通信光框是四棱台结构，四棱台四个侧面的四边分别设置一个发光条；四棱台底部面积小于顶部面积；所述图像采集装置采集四棱台顶部接收板的激光信号图像；图像采集装置位于四棱台底部内表面、接收板位于四棱台顶部。

为了详述上述实施例公开的光通信方法，本发明中从设备包括从设备控制器、从设备图像采集装置、激光发射器、俯仰转动机构(是一个转动机构用以实现在三维空间带着激光发射器进行垂直地面方向的任意角度转动)以及水平转动机构(是一个转动机构用以实现在三维空间带着激光发射器平行于地面方向的任意角度转动)；当从设备控制器通过图像采集装置采集到主设备发光条时，则从设备与主设备进行光通信。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。