本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光伏語音預(yù)警自動(dòng)控制窗戶。

背景技術(shù)：

太陽能（solar energy），是指太陽的熱輻射能（參見熱能傳播的三種方式），主要表現(xiàn)就是常說的太陽光線。在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風(fēng)能、化學(xué)能、水能等。

太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的，來自太陽的輻射能量。

人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代演變形成的一次能源。地球本身蘊(yùn)藏的能量通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。

在現(xiàn)有的無線技術(shù)當(dāng)中，除去基于電磁波傳輸信息的傳統(tǒng)射頻通信外， 還有基于光的無線通信，其中，有基于紅外激光等的通信技術(shù)，還有基于可見光的無線通信技術(shù)?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)，是利用發(fā)光的二極管發(fā)出的肉眼覺察不到的高速明暗閃爍信號(hào)來傳輸信息的。將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加載到光載波信號(hào)上，并進(jìn)行調(diào)制，然后利用光電轉(zhuǎn)換器件接收光載波信號(hào)并解調(diào)以獲取信息。可見光通信系統(tǒng)能夠覆蓋燈光所能達(dá)到的范圍，不需要電線連接。光通信技術(shù)具有極大的發(fā)展前景，將為光通信提供一種全新的高速數(shù)據(jù)接入方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，提供了一種實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本低、通信距離遠(yuǎn)，可以兼顧照明與實(shí)時(shí)語音對(duì)講的系統(tǒng)， 同時(shí)系統(tǒng)還可以傳輸除語音外的其他數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術(shù)方案：

一種光伏語音預(yù)警自動(dòng)控制窗戶，包括；中央處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路、光電檢測(cè)電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、接收天線、信號(hào)處理電路、電源電路、白光LED、可見光傳輸鏈路、自動(dòng)窗戶、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、電源電路；

所述信號(hào)調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)制生成原始的電信號(hào)；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測(cè)器是可見光波段響應(yīng)較好的 CCD光電轉(zhuǎn)換器件；所述接收天線是可變倍數(shù)的光學(xué)鏡頭；所述信號(hào)處理電路與光探測(cè)器相適應(yīng)，用于視頻電信號(hào)的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進(jìn)行傳輸；

所述遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)設(shè)備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調(diào)制方式，光源將調(diào)制好的光信號(hào)以高速、明暗變化的規(guī)律進(jìn)行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調(diào)制速率在一百比特量級(jí)，可以采用單片機(jī)配合 C++軟件編程進(jìn)行發(fā)射端的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測(cè)器，硬件設(shè)備使用高幀頻100fps 以上、高靈敏度、高響應(yīng)度 CCD 相機(jī)；相機(jī)以與光源相同幀頻進(jìn)行拍攝，并且設(shè)計(jì)軟件對(duì)CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號(hào)的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應(yīng)的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實(shí)現(xiàn)字符串的接收；所述充電插口設(shè)置于閉合門的側(cè)端；

述電源電路內(nèi)設(shè)置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；所述手中央處理器連接光鑰匙模塊；所述光鑰匙模塊內(nèi)設(shè)置有智能移動(dòng)終端，基于智能移動(dòng)終端操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于虛擬串口的秘鑰發(fā)送智能移動(dòng)終端的軟件模塊，通過智能移動(dòng)終端的軟件模塊發(fā)送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動(dòng)終端的 min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動(dòng)終端OTG 功能，經(jīng)過外部驅(qū)動(dòng)模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送；所述可見光傳輸鏈路包括LED驅(qū)動(dòng)電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測(cè)模塊；所述自動(dòng)窗戶是單片機(jī)，用于控制所述音頻編碼解碼器進(jìn)行語音數(shù)據(jù)的采集和壓縮編碼，并將采集數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)電路，所述LED驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)指令發(fā)出通斷信號(hào)；光電檢測(cè)模塊控制所述PD光敏管接收光信號(hào)并輸送到所述自動(dòng)窗戶，所述自動(dòng)窗戶將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述音頻編碼解碼器進(jìn)行解碼輸出。

可選地，所述基于光通信的門禁語音通話系統(tǒng)的上下行鏈路均使用１Ｗ普通白光LED， 采用開關(guān)鍵控-非歸零碼（OOK-NRZ）調(diào)制方式。

所發(fā)送密鑰為 TTL 電平信號(hào)，即+5V 表示高電平“1”，0V 表示低電平“0”；基于 TTL 信號(hào)電平特點(diǎn)，選用低成本、小體積 PNP 型貼片三極管 S8550 及其相關(guān)外圍器件，構(gòu)成了LED驅(qū)動(dòng)電路；光鑰匙是基于單片機(jī) STC12C2052AD 設(shè)計(jì)的一種發(fā)送端；光鑰匙可以發(fā)送不同的密鑰，所述光鑰匙模塊不是一個(gè)簡(jiǎn)單的一對(duì)一的裝置，而是一個(gè)一對(duì)多的裝置。

所述LED驅(qū)動(dòng)電路中，來自單片機(jī)的音頻數(shù)據(jù)通過跨導(dǎo)放大電路放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)， 通過Bias-T 疊加直流后加載到LED燈上。 LED的發(fā)散角一般較大， 在LED燈前端加距離可調(diào)的準(zhǔn)直透鏡， 調(diào)節(jié)光線的發(fā)散角度， 以便用于不同距離的照明和通信。

所述PD光敏管是接收面積為５mm×５mm，的PD光敏管。PD光敏管面積越大接收的光功率越大，但響應(yīng)帶寬會(huì)越小。PD光敏管前端加面積較大的非球面準(zhǔn)直透鏡增大接收光功率。PD光敏管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出， 目前的可見光PD光敏管響應(yīng)靈敏度峰值大多在紅光波段， 所述PD光敏管靈敏度在LED光譜峰值450nm處不到0.3A\Ｗ 。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)，PD光敏管接收的光功率較小， 因此輸出的電流信號(hào)很小，一般只有幾×10mA 。

為了進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理， 需要對(duì)PD光敏管輸出的電流進(jìn)行放大。

所述光電檢測(cè)模塊中，第１級(jí)的低噪跨阻放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 再經(jīng)過第2級(jí)電壓放大器后電壓幅度可達(dá)到2～3Ｖ ， 經(jīng)電壓比較器后輸出3.3V的TTL信號(hào)， 輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。

所述音頻編碼解碼器是一款低功耗、 高保真和體積小的 WM8960音頻編解碼器， 其集成了麥克風(fēng)、耳機(jī)接口和放大器，因此大大減少了外部電路元器件的數(shù)量和電路體積。麥克風(fēng)輸入的模擬音頻數(shù)據(jù)經(jīng)24bit的ADC采樣后進(jìn)行音頻編碼，解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過24bit的DAC后輸出到耳機(jī)或揚(yáng)聲器。系統(tǒng)中，編解碼器通過數(shù)字接口傳輸音頻數(shù)據(jù)，通過控制接口接收控制數(shù)據(jù)。該編碼器的采樣率可以設(shè)置為8～48kHz，左、右聲道的數(shù)據(jù)均為16bit， 因此語音信號(hào)的速率為256～1536kbit／s，當(dāng)通信速率大于1536kbit／s時(shí)就能保證清晰的語音傳輸。

所述基于光通信的門禁語音通話系統(tǒng)采用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM／DD），即LED發(fā)射光功率隨傳輸信號(hào)變化， 接收端的光電探測(cè)器件，如光電二極管（PD）、雪崩二極管（APD）和攝像鏡頭等，接收強(qiáng)弱變化的光強(qiáng)并轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)。由于當(dāng)收發(fā)端之間存在直射鏈路時(shí)，直射鏈路功率占總接收功率的97.6％ ，當(dāng)通信終端的PD位于LED光源之后時(shí)，幾乎可以忽略發(fā)送端光線對(duì)自身接收端的干擾影響。因此，上下行鏈路均使用白光LED進(jìn)行通信。

該發(fā)明的有益效果：

應(yīng)用人工智能專家系統(tǒng)、知識(shí)工程、模式識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法和技術(shù),進(jìn)行智能化、集成化、協(xié)調(diào)化、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的新一代的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。所述自動(dòng)窗戶包括核心處理器模塊、LED光接收電路、存儲(chǔ)器模塊、 按鍵模塊、電源保護(hù)與電平轉(zhuǎn)換模塊、繼電器模塊；所述繼電器模塊包括繼電器電路和行程開關(guān)，其中所述行程開關(guān)位于自動(dòng)窗戶軌道上， 通過導(dǎo)線與控制器內(nèi)部的所述繼電器電路相連；核心處理器通過控制繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)電源接線點(diǎn)的選擇，所述繼電器模塊包括2個(gè)繼電器，通過繼電器的接通或者斷開實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗戶的打開和關(guān)閉；所述2個(gè)繼電器回路也分別與 2個(gè)行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)；當(dāng)窗戶已經(jīng)完全打開或關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)將電源斷開，預(yù)防碰撞的發(fā)生，并可通過行程開關(guān)的常開觸點(diǎn)向控制器發(fā)出位置信號(hào)；所述LED光接收電路接收LED照明燈組的LED通信信號(hào)并轉(zhuǎn)化為控制指令輸送到核心處理器；所述電源保護(hù)與電平轉(zhuǎn)換模塊包括電源保護(hù)部分和電平轉(zhuǎn)換部分，所述電平轉(zhuǎn)換部分對(duì)日常交流市電將 220 V 交流電壓轉(zhuǎn)換為 5 V 直流電壓輸出；所述電源保護(hù)部分是一個(gè)與電源輸入端串聯(lián)的保險(xiǎn)絲；所述按鍵模塊包括一個(gè)獨(dú)立式按鍵， 用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)初始設(shè)置。WIFI容易被電磁干擾，傳輸?shù)姆较虿豢煽?，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模式，具有保密性好的優(yōu)點(diǎn)。遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)，在發(fā)射端采用了OOK調(diào)制方式，OOK 帶寬需求低，而且硬件實(shí)現(xiàn)最為簡(jiǎn)單，解碼時(shí)候只需要通過直接檢測(cè)的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時(shí)0或者1；使得發(fā)射端成本合理；在接收端，采用 CCD 作為光探測(cè)器，硬件設(shè)備使用高幀頻（100fps 以上）、高靈敏度、高響應(yīng)度 CCD 相機(jī)；相機(jī)以與光源相同幀頻進(jìn)行拍攝，并且設(shè)計(jì)軟件對(duì)CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號(hào)的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應(yīng)的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實(shí)現(xiàn)字符串的接收。選擇 CCD 作為光探測(cè)器，其靈敏度和響應(yīng)度比傳統(tǒng)的 PIN 光電二極管高很多。對(duì)比于傳統(tǒng)光電二極管，采用 CCD 相機(jī)可以使光源的位置可以在圖像中清晰的顯示出來，這樣，只要能夠判斷出信號(hào)的位置，將來可以使用多個(gè)光源，在接收端的接受能力之內(nèi)，成倍的提高傳輸速率。并且 CCD 作為光探測(cè)器還可以同時(shí)用于APT 通信系統(tǒng)當(dāng)中。

光鑰匙和智能移動(dòng)終端相結(jié)合，可以很好的運(yùn)用Android系統(tǒng)開發(fā)手機(jī)AAP光密鑰軟件，Android系統(tǒng)是基于 Linux 的一個(gè)開源的操作系統(tǒng)，主要是使用在移動(dòng)終端（手機(jī)和平板）中。Android系統(tǒng)和其他的系統(tǒng)平臺(tái)相比，有很大的優(yōu)勢(shì)。它的優(yōu)勢(shì)最主要的體現(xiàn)在它的開放性。Android系統(tǒng)是完全開源的系統(tǒng)，所有的愛好者和廠商都可以參與到 Android 系統(tǒng)的開發(fā)中來，這就為 Android 系統(tǒng)的發(fā)展打下了很好基礎(chǔ)。Android 系統(tǒng)已經(jīng)成為了全球裝機(jī)量第一大的系統(tǒng)。Android 系統(tǒng)的另一大優(yōu)勢(shì)就是基于谷歌公司的平臺(tái)，谷歌公司的地圖、搜索、郵箱等服務(wù)產(chǎn)品，能夠無縫的應(yīng)用到 Andriod 系統(tǒng)中去。

本發(fā)明的所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內(nèi)部連線三個(gè)部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程；為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進(jìn)行發(fā)電或夜間時(shí)候依然滿足對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電

在使用時(shí)，多余的電能將被存儲(chǔ)在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時(shí)，蓄電池組將進(jìn)行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內(nèi)，對(duì)中央處理器及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路進(jìn)行供電，達(dá)到24小時(shí)全天候的使整個(gè)系統(tǒng)工作。

為了實(shí)現(xiàn)低成本和低功耗的要求， 用單片機(jī)作為主控制，控制音頻編碼解碼器， 并進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最高2.5Mbit\s的通信速率，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)40m，系統(tǒng)復(fù)雜度低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、功耗低、成本低和性能穩(wěn)定，具有較好的實(shí)用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是LED驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是光電檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于光通信的門禁語音系統(tǒng)作進(jìn)一步詳盡描述：

1、如圖1所示，一種光伏語音預(yù)警自動(dòng)控制窗戶，包括：中央處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路、光電檢測(cè)電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、接收天線、信號(hào)處理電路、電源電路、白光LED、可見光傳輸鏈路、自動(dòng)窗戶、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、電源電路；

所述信號(hào)調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)制生成原始的電信號(hào)；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測(cè)器是可見光波段響應(yīng)較好的 CCD光電轉(zhuǎn)換器件；所述接收天線是可變倍數(shù)的光學(xué)鏡頭；所述信號(hào)處理電路與光探測(cè)器相適應(yīng)，用于視頻電信號(hào)的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發(fā)出的光通過大氣信道進(jìn)行傳輸；

所述遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)設(shè)備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調(diào)制方式，光源將調(diào)制好的光信號(hào)以高速、明暗變化的規(guī)律進(jìn)行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調(diào)制速率在一百比特量級(jí)，可以采用單片機(jī)配合 C++軟件編程進(jìn)行發(fā)射端的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測(cè)器，硬件設(shè)備使用高幀頻100fps 以上、高靈敏度、高響應(yīng)度 CCD 相機(jī)；相機(jī)以與光源相同幀頻進(jìn)行拍攝，并且設(shè)計(jì)軟件對(duì)CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號(hào)的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應(yīng)的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實(shí)現(xiàn)字符串的接收；所述充電插口設(shè)置于閉合門的側(cè)端；所述光鑰匙模塊內(nèi)設(shè)置有智能移動(dòng)終端，基于智能移動(dòng)終端操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于虛擬串口的秘鑰發(fā)送智能移動(dòng)終端的軟件模塊，通過智能移動(dòng)終端的軟件模塊發(fā)送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動(dòng)終端的 min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動(dòng)終端OTG 功能，經(jīng)過外部驅(qū)動(dòng)模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送；所述可見光傳輸鏈路包括LED驅(qū)動(dòng)電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測(cè)模塊；所述自動(dòng)窗戶是單片機(jī)，用于控制所述音頻編碼解碼器進(jìn)行語音數(shù)據(jù)的采集和壓縮編碼，并將采集數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)電路，所述LED驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)指令發(fā)出通斷信號(hào)；光電檢測(cè)模塊控制所述PD光敏管接收光信號(hào)并輸送到所述自動(dòng)窗戶，所述自動(dòng)窗戶將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述音頻編碼解碼器進(jìn)行解碼輸出。

所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內(nèi)部連線三個(gè)部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程；為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進(jìn)行發(fā)電或夜間時(shí)候依然滿足對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。

在使用時(shí)，多余的電能將被存儲(chǔ)在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時(shí)，蓄電池組將進(jìn)行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內(nèi)，對(duì)中央處理器及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路進(jìn)行供電，達(dá)到24小時(shí)全天候的使整個(gè)系統(tǒng)工作。

優(yōu)選地，所述基于光通信的門禁語音通話系統(tǒng)的上下行鏈路均使用１Ｗ普通白光LED， 采用開關(guān)鍵控-非歸零碼（OOK-NRZ）調(diào)制方式。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時(shí)不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠?qū)Νh(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，濕度精度±2%(相對(duì)濕度20%～80%)， 溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經(jīng)過標(biāo)定，既能提供I2C數(shù)字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因?yàn)閿?shù)字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態(tài)下，功耗可在3μW以內(nèi)，在延長(zhǎng)測(cè)量間隔的情況下，功耗還可進(jìn)一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進(jìn)行數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進(jìn)行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測(cè)電量狀態(tài)，同時(shí)輸出校驗(yàn)和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機(jī) ,其CPU由控制器和運(yùn)算器組成， 主要進(jìn)行運(yùn)算及指令識(shí)別。存儲(chǔ)器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內(nèi)部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構(gòu)成自激振蕩器。引腳簡(jiǎn)單可靠， 功能強(qiáng)大， 使用方便， 并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口， 使用簡(jiǎn)單方便， 在實(shí)際使用中無需外部元件， 直接利用數(shù)據(jù)總線供電， 測(cè)量溫度范圍較大。因此， 使用范圍較廣， 用途較大。

所述遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)具體包括：

調(diào)制器，用于可見光通信發(fā)射端需要將基帶信號(hào)調(diào)制到光載波上，調(diào)制器的作用就是要根據(jù)不同的調(diào)制方式，如 OOK 調(diào)制、PPM 調(diào)制等，將信息先調(diào)制成電信號(hào)。調(diào)制器硬件上可以采用常用的 51 單片機(jī)系列，為了達(dá)到更高的速度和精度的要求，還可以選擇 FPGA 等。

LED 驅(qū)動(dòng)，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。LED 驅(qū)動(dòng)模塊用于完成對(duì)LED 光源的驅(qū)動(dòng)功能，同時(shí)將調(diào)至好的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)加載到 LED 光源上。如 51 單片機(jī)，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對(duì) LED 光源驅(qū)動(dòng)。

LED，是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射裝置，為了滿足通信系統(tǒng)的需求，應(yīng)盡可能選擇功率大、束散角小、白光 LED 光源。此外，選擇陣列形式 LED 光源可以增大光功率，而對(duì)束散角一般達(dá)到4度。

LED控制器，用來控制光源和相機(jī)的設(shè)備，完成輔助功能。

大氣信道，光源將調(diào)至好的信號(hào)光發(fā)射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。

相機(jī)鏡頭，相機(jī)鏡頭即是接收天線，主要完成光信號(hào)的捕捉接收功能，鏡頭能夠進(jìn)行變焦，變化接收視場(chǎng)角，可以放大或者縮小目標(biāo)。為了便于和 CCD相機(jī)相互配合，配置了電動(dòng)變焦鏡頭和編碼器，可以實(shí)現(xiàn)電腦控制自動(dòng)變焦。

CCD 相機(jī)，CCD 是感光元器件，主要是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)再成像。

CCD 相機(jī)需能夠匹配光源的速率， CCD 相機(jī)能夠完成高幀頻采集。CCD 相機(jī)通過千兆以太網(wǎng)連接到電腦上，并通過程序完成圖像數(shù)據(jù)的采集和處理。

成像處理過程，用于將接收到的已調(diào)光信號(hào)進(jìn)行接收成像，分析其灰度光強(qiáng)度，解調(diào)出原始信息，完成信息接收。

如圖2所示，所述LED驅(qū)動(dòng)電路中，來自單片機(jī)的音頻數(shù)據(jù)通過跨導(dǎo)放大電路放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)， 通過Bias-T 疊加直流后加載到LED燈上。 LED的發(fā)散角一般較大， 在LED燈前端加距離可調(diào)的準(zhǔn)直透鏡， 調(diào)節(jié)光線的發(fā)散角度， 以便用于不同距離的照明和通信。

優(yōu)選地，所述PD光敏管是接收面積為５mm×５mm，的PD光敏管。PD光敏管面積越大接收的光功率越大，但響應(yīng)帶寬會(huì)越小。PD光敏管前端加面積較大的非球面準(zhǔn)直透鏡增大接收光功率。PD光敏管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出， 目前的可見光PD光敏管響應(yīng)靈敏度峰值大多在紅光波段， 所述PD光敏管靈敏度在LED光譜峰值450nm處不到0.3A\Ｗ 。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)，PD光敏管接收的光功率較小， 因此輸出的電流信號(hào)很小，一般只有幾×10mA 。

為了進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理， 需要對(duì)PD光敏管輸出的電流進(jìn)行放大。

如圖3所示，所述光電檢測(cè)模塊中，第１級(jí)的低噪跨阻放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 再經(jīng)過第2級(jí)電壓放大器后電壓幅度可達(dá)到2～3Ｖ ， 經(jīng)電壓比較器后輸出3.3V的TTL信號(hào)， 輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。

所述音頻編碼解碼器是一款低功耗、 高保真和體積小的 WM8960音頻編解碼器， 其集成了麥克風(fēng)、耳機(jī)接口和放大器，因此大大減少了外部電路元器件的數(shù)量和電路體積。麥克風(fēng)輸入的模擬音頻數(shù)據(jù)經(jīng)24bit的ADC采樣后進(jìn)行音頻編碼，解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過24bit的DAC后輸出到耳機(jī)或揚(yáng)聲器。系統(tǒng)中，編解碼器通過數(shù)字接口傳輸音頻數(shù)據(jù)，通過控制接口接收控制數(shù)據(jù)。該編碼器的采樣率可以設(shè)置為8～48kHz，左、右聲道的數(shù)據(jù)均為16bit， 因此語音信號(hào)的速率為256～1536kbit／s，當(dāng)通信速率大于1536kbit／s時(shí)就能保證清晰的語音傳輸。

所述基于光通信的門禁語音通話系統(tǒng)采用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM／DD），即LED發(fā)射光功率隨傳輸信號(hào)變化， 接收端的光電探測(cè)器件，如光電二極管（PD）、雪崩二極管（APD）和攝像鏡頭等，接收強(qiáng)弱變化的光強(qiáng)并轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)。由于當(dāng)收發(fā)端之間存在直射鏈路時(shí)，直射鏈路功率占總接收功率的97.6％ ，當(dāng)通信終端的PD位于LED光源之后時(shí)，幾乎可以忽略發(fā)送端光線對(duì)自身接收端的干擾影響。因此，上下行鏈路均使用白光LED進(jìn)行通信。所述遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)具體包括：

調(diào)制器，用于可見光通信發(fā)射端需要將基帶信號(hào)調(diào)制到光載波上，調(diào)制器的作用就是要根據(jù)不同的調(diào)制方式，如 OOK 調(diào)制、PPM 調(diào)制等，將信息先調(diào)制成電信號(hào)。調(diào)制器硬件上可以采用常用的 51 單片機(jī)系列，為了達(dá)到更高的速度和精度的要求，還可以選擇 FPGA 等。

LED 驅(qū)動(dòng)，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。LED 驅(qū)動(dòng)模塊用于完成對(duì)LED 光源的驅(qū)動(dòng)功能，同時(shí)將調(diào)至好的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)加載到 LED 光源上。如 51 單片機(jī)，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對(duì) LED 光源驅(qū)動(dòng)。

LED，是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射裝置，為了滿足通信系統(tǒng)的需求，應(yīng)盡可能選擇功率大、束散角小、白光 LED 光源。此外，選擇陣列形式 LED 光源可以增大光功率，而對(duì)束散角一般達(dá)到4度。

LED控制器，用來控制光源和相機(jī)的設(shè)備，完成輔助功能。

大氣信道，光源將調(diào)至好的信號(hào)光發(fā)射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。

相機(jī)鏡頭，相機(jī)鏡頭即是接收天線，主要完成光信號(hào)的捕捉接收功能，鏡頭能夠進(jìn)行變焦，變化接收視場(chǎng)角，可以放大或者縮小目標(biāo)。為了便于和 CCD相機(jī)相互配合，配置了電動(dòng)變焦鏡頭和編碼器，可以實(shí)現(xiàn)電腦控制自動(dòng)變焦。

CCD 相機(jī)，CCD 是感光元器件，主要是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)再成像。

CCD 相機(jī)需能夠匹配光源的速率， CCD 相機(jī)能夠完成高幀頻采集。CCD 相機(jī)通過千兆以太網(wǎng)連接到電腦上，并通過程序完成圖像數(shù)據(jù)的采集和處理。

成像處理過程，用于將接收到的已調(diào)光信號(hào)進(jìn)行接收成像，分析其灰度光強(qiáng)度，解調(diào)出原始信息，完成信息接收。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。