基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统

1.基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统，包括发射端和接收端，其特征是，发射端由LED编码器、驱动电路和LED交通灯组成，所述LED编码器将数字信息码编为适合光传输的编码，该编码作为驱动电流送入LED驱动电路，所述驱动电路根据编码控制LED交通灯的显示，将编码信号加载到LED交通灯发出的光信号中；接收机由光接收器、解码器、控制器、存储器、音频模块和喇叭组成；光接收器由光聚焦镜和光电探测器组成；光聚焦镜接收LED交通灯发出的光信号，光电探测器将光信号变成电信号，经过放大传递到解码器，解码器解码将电信号还原成原来的数字信息码，控制器根据数字信息码读出事先存储在存储器相应地址的音频信号，由音频模块将音频信号从喇叭中播放出；所述接收机为眼镜的形状，其中一个镜片作为光聚焦镜，光聚焦镜后放置光电探测器，两者组合成光接收器，另一个镜片位置放置解码器和控制器，两边的镜架，一边镜架放入锂电池进行供电，另一边镜架放入和控制器的音频输出端口相连的喇叭。
2.根据权利要求1所述的盲人交通提示系统，其特征是，所述适合光传输的编码为曼切斯特编码。
3.根据权利要求1所述的盲人交通提示系统，其特征是，所述光电探测器为硅雪崩二极管。
4.根据权利要求1所述的盲人交通提示系统，其特征是，所述光电探测器和光聚焦镜的距离在1cm左右，焦距为1.5～2cm，选择使用焦距在1.5cm左右的光聚焦透镜。

基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种语音提示系统，特别涉及一种基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统\n背景技术\n[0002] 随着社会的发展，残疾人士越来越受到重视和关心，很多地方都采取了各式各样的方式来方便残疾人士的出行，但是如何辅助视力残障人士过交通路口的问题一直是各国研究的一个热点，也是一个迫切需要解决的问题。\n[0003] 《电子技术应用》2007年第10期的《基于单片机无线通信技术的盲人交通提示系统的设计》一文中，公开了一种交通语音提示系统，该系统采用AT89S51单片机结合无线电射频芯片NRF401的方法，为盲人设计一套便携式的信号发送/接受终端，自主地发送和接受信号，以半双工通信方式和嵌入手杖的ISD1420语音播放模块来共同实现交通灯信号的无线语音提示播放功能，性能比现有的交通语音提示系统有了较大的提高。但是这种方法需要在所有的交通灯系统内设置射频装置，由于射频装置价格不菲，所以需要另外投资很大一笔费用，此外，大功率射频信号对人体有电磁辐射影响。近年来，被誉为“绿色照明”的半导体(LED)照明技术发展迅猛。由于LED交通灯节省能源、可靠性好及在日间及恶劣天气条件下可见度高等多种益处。用LED制作交通信号灯已成趋势。利用LED响应灵敏度高、调制性能好的突出优点可以实现LED交通灯可见光无线通信系统。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种响应灵敏度高、调制性能好的利用LED交通灯进行可见光无线通信的盲人交通提示系统。将数字信号调制到LED交通灯发射的可见光上进行传输，使用LED交通灯作为发射机，首先用不同码字信号调制LED交通灯，使之在不同的交通情况(如红灯亮或绿灯亮)下发射并在空间传输不同的码字信号。再设计一个盲人所戴的眼镜作为LED光信号的接收机，接收到LED交通灯发射来的信号，解调后，根据收到的信号转换成相应的语音提示，盲人可以根据眼镜架上的小喇叭发出的语音提示穿过公路。\n[0005] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0006] 基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统，包括发射端和接收端，发射端由LED编码器、驱动电路和LED交通灯组成，所述LED编码器将数字信息码编为适合光传输的编码，该编码作为驱动电流送入LED驱动电路，所述驱动电路根据编码控制LED交通灯的显示，将编码信号加载到LED交通灯发出的光信号中；接收机由光接收器、解码器、控制器、存储器、音频模块和喇叭组成；光接收器由光聚焦镜和光电探测器组成；光聚焦镜接收LED交通灯发出的光信号，光电探测器将光信号变成电信号，经过放大传递到解码器，解码器解码将电信号还原成原来的数字信息码，控制器根据数字信息码读出事先存储在存储器相应地址的音频信号，由音频模块将音频信号从喇叭中播放出。\n[0007] 所述发射端中，通过LED编码器对驱动电路的驱动电流进行调制，让LED交通灯发出的光中载有描述所发出的光的信息。\n[0008] 所述发射端的工作方式：将要发送的数字信息码由调制电路中的编码器编为适合光传输的曼切斯特编码，该编码作为驱动电流送入LED交通灯的驱动电路，分别驱动红、黄、绿交通灯发光并载波相关传输信息。根据预先设定的码字来调制并驱动LED，当码为‘1’的时候，灯亮，码为‘0’的时候，灯灭。为了防止传输中出现过多0而使灯不发光，采用曼切斯特编码，当信号为‘1’时，编码为‘10’；信号为‘0’时，编码为‘01’。因此，曼切斯特编码适合本系统光传输。\n[0009] 由LED编码器调制电路来控制驱动电路，如当红灯亮时，发出‘0100000000’的信号，编码器会将信号进行曼切斯特编码后控制驱动电路发出‘01100101010101010101’信号，在‘0’的时候无光，‘1’的时候有光；相应的，绿灯亮时，发出‘0010000000’信号，黄灯亮时，发出‘0110000000’也是这样工作的。码字传输速率在1Kbit/s以上时，其调制频率远远大于50HZ以上，人眼不会感觉光的闪烁。\n[0010] 所述接收机系统由光聚焦镜，光电探测器，解码器，控制器，存储器，音频模块和小喇叭组成。光聚焦镜负责收集LED交通灯发出的光信号。光电探测器负责将光信号转换成电流信号，并将电信号放大。解码器负责将曼切斯特码还原为原来的数字信息码。控制器根据还原的信息码读出事先存储在存储器相应地址的音频信号，由音频模块将音频信号从喇叭中播放出。\n[0011] 所述接收机外形结构为眼镜的形状，其中一个镜片作为光接收器，由光聚焦镜及放置其后的光电探测器组合成，另一个镜片位置放置解码器和控制器，两边的镜架，一边镜架放入锂电池进行供电，另一边镜架放入和控制器的音频输出端口相连的喇叭。\n[0012] 所述光电接收器包括光学聚焦镜和光电探测器，光学聚焦镜为短焦距光学透镜，并在镜片后以聚焦镜焦距放置光电探测器。聚焦镜将来自交通灯的信号光聚焦到光电探测器上转换为电流信号。考虑室外光线较强，产生的背景噪声较强，信噪比减弱。选择可见光波长范围内灵敏度较高的光电探测器。硅光电二极管在可见光波长范围较高的灵敏度，且雪崩光电二极管具有放大作用，提高信噪比。因此，选择硅雪崩二极管为光电探测器。\n[0013] 所述解码和控制器工作方式：所述光电探测器将转换成并经放大的电流信号(即曼切斯特码)传到解码器，解码器将曼切斯特码解码为原始信号码，传给控制器模块。控制器收到解码器传来的码，通过该原始码解析出该码在存储器对应的地址，寻找到存放相应“提示语音”信号的单元，调出其“提示语音”信号传给语音模块，通过小喇叭播放“提示语音”音频。\n[0014] 本发明可利用现有LED交通灯进行信号调制发射，接收端接收调制的信号来产生语音提示的方法来实现辅助盲人过交通路口。达到交通指示、通信并用，实现资源重复利用。与目前所使用的使用喇叭广播的方法相比，更加人性化，不会产生扰民现象。与射频无线通信相比，无需无线电频谱证，LED照明光源发出的是可见光，对人类非常安全，射频信号对人体有害也不能无限制地增加发射功率。再者，由于光有方向性，眼镜式接收机必须正对交通灯方向才能接收，而不会接收其它方向交通灯发出的信号，因此，不会产生盲人不能辨别哪个方向允许通行这种问题。而且眼镜式接收机既可作为盲人装饰用，又可作为一种生活辅助工具。进一步开发还可为盲人提供更多服务，比如盲人识别的LED指示牌，将地理位置等信息调制到报文的数据位通过LED指示牌发射，接收端接收到信息后解码并驱动语音模块来提示盲人。\n附图说明\n[0015] 图1为本发明实施例1发送端调制信号载波结构\n[0016] 图2为本发明实施例1传输数据帧格式\n[0017] 图3为本发明实施例1接收机的结构图\n[0018] 图4为本发明实施例1接收机的外形结构示意图\n[0019] 图5为本发明实施例1光接收器结构\n[0020] 图6为本发明实施例1接收机端解码原理\n[0021] 图7为本发明实施例1控制器和语音模块结构示意图\n[0022] 图8基于LED交通灯可见光通信的盲人交通提示系统\n具体实施方式\n[0023] 下面结合附图做进一步说明。\n[0024] 实施例1\n[0025] 图8为LED可见光通信的盲人交通提示系统应用，该系统主要由以LED交通灯为发射机和盲人眼镜为接收机的两部分组成。\n[0026] 图1为发射机端的LED交通灯的调制信号载波结构。发射机由调制电路编码器，驱动器和LED交通灯组成。调制电路编码器控制驱动器分别控制红、黄、绿LED交通灯载波不同码。经曼切斯特编码控制驱动器，当码为‘0’时，驱动器无输出电流，也无光发出，当码为‘1’时，驱动器输出电流，发射光。当红灯亮时，定义要传输的码为‘0100000000’，经过曼切斯特编码后发出的码为‘01100101010101010101’，码字传输速率为1Kbit/s以上，则控制驱动电路使红灯发出承载上述曼切斯特编码的可见光波信号；当绿灯亮时，定义要传输的码为‘0010000000’，经过曼切斯特编码后发出的码为‘01011001010101010101’；黄灯亮，定义的码为‘0110000001’，经过曼切斯特编码后发出的码为‘01101001010101010110’。由此要传输的信息码就分别调制到LED交通灯发出的红、黄、绿光中去。\n[0027] 采用的数据帧格式如图2所示，第1位为起始码，表示开始传数据。第2～9位为数据码，最后1位为奇效验码，共10位组成。红灯亮时定义的码为‘0100000000’，绿灯亮时定义要码为‘0010000000’，黄灯亮定义的码为‘0110000001’。起始码均为0，红灯和绿灯原码的奇效验码为0，黄灯为1。\n[0028] 图3表示接收机结构组成。接收机由光聚焦镜，光电探测器，解码器，控制器，存储器，音频模块小喇叭组成。\n[0029] 接收机的外观构造如图4所示，构造为眼镜结构。两个镜片中的一个放置光接收器1，另外一个镜片中放置解码器和控制器及存储器2。两边的镜架，一边放入锂电池3进行供电，一边放入和控制器的音频输出端口相连的喇叭4。接收端可由放在镜架里的锂电池\n3供电，另外一边的镜架则放上一个喇叭4来播放提示音频。\n[0030] 如图5所示，光接收器1包括光聚焦镜10和光电探测器20，通过光聚焦镜10接收到传递来的LED光信号，后面的光电探测器20和镜头的距离大约在1cm左右，焦距为1.5～\n2cm，选择使用焦距在1.5cm左右的光聚焦镜，光电探测器20可选探测面积为0.5×0.5cm大小的硅雪崩光电二极管。\n[0031] 解码器工作原理如图6所示，红灯亮时，光接收部分接收到LED交通灯的红光信号，检测到‘01100101010101010101’的曼切斯特码信号，通过解码器还原为原码为‘0100000000’。\n[0032] 控制器工作原理如图7所示，解码器将还原的原码传给控制器，控制器根据原码到存储器对应地址的存储单元读取语音提示信号。事先在存储器的三个地址单元分别存入‘红灯亮’，‘绿灯亮’，‘黄灯亮’的语音提示信号。并将三个地址分别对应‘红灯亮’，‘绿灯亮’，‘黄灯亮’的原码。当控制器收到相应的原码信号时，就会将对应的地址单元中的语音数据传输到语音模块。比如根据‘0100000000’到解析出存储器存储‘红灯亮’语音提示信号的存储单元地址，读取该语音提示信号并传给语音模块，经小喇叭发出‘红灯亮’的提示音；绿灯、黄灯亮时都如此操作。因此，盲人就可以根据听到的指示过交通路口。