本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光伏節(jié)能智能通訊手電筒。

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植物經(jīng)過漫長的地質(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來傳輸信息的。將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加載到光載波信號上，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并解調(diào)以獲取信息?？梢姽馔ㄐ畔到y(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。現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)通信必然還是要依賴于通信網(wǎng)絡(luò)，若是在深山中旅行時，無線通信網(wǎng)絡(luò)信號比較弱，或者沒有通信網(wǎng)絡(luò)信號，相距較遠(yuǎn)的驢友( 比如，落單或迷路的驢友與團(tuán)隊(duì))之間無法通過通信網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系。通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞，為人們的生活帶來了方便，但是，其應(yīng)用還存在局限性。而且，利用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信需要向通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商繳納費(fèi)用。特別是，近距離范圍內(nèi)利用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，增加了通信的成本。同時，目前使用LED 的照明裝置，還僅用于照明，功能單一，所以需要一種基于可見光的手電筒來實(shí)現(xiàn)照明的功能以及通訊的目的。

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)時語音對講的系統(tǒng)， 同時系統(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：

一種光伏節(jié)能智能通訊手電筒，包括；中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、接收天線、信號處理電路、電源電路、白光LED、可見光傳輸鏈路、智能手電筒、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、電源電路；

所述信號調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)制生成原始的電信號；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測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；所述信號處理電路與光探測器相適應(yīng)，用于視頻電信號的處理，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；所述手電筒，包括手電筒外形部分以及可見光通訊結(jié)構(gòu)，所述手電筒外形部分由防塵燈罩、防滑紋、掛鉤、燈筒、燈頭以及開關(guān)組成，所述燈筒為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述燈筒的左端端面安裝有燈頭，所述燈頭上安裝有防塵燈罩，所述燈頭的中軸線與防塵燈罩所在平面相垂直，所述燈筒上安裝有開關(guān)，所述開關(guān)的右端安裝有防護(hù)紋，所述防滑紋環(huán)繞燈筒的側(cè)面進(jìn)行布置，所述燈筒的右側(cè)端面上固定有掛鉤，所述掛鉤是橫截面為圓形的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述可見光通訊結(jié)構(gòu)由觸摸顯示屏、LED燈、連接線、蓄電池、控制盒、限位環(huán)、安裝板、USB接口、光電檢測器、存儲器以及可見光處理芯片組成，所述觸摸顯示屏安裝在燈筒上且具體貼合在燈筒的外表面進(jìn)行布置，所述USB接口位于燈筒的右側(cè)端面上，所述LED燈、連接線、蓄電池、控制盒、限位環(huán)、安裝板、光電檢測器、存儲器以及可見光處理芯片位于燈筒的內(nèi)部，所述蓄電池位于燈筒內(nèi)部的中間位置，所述蓄電池通過限位環(huán)進(jìn)行固定，所述限位環(huán)為環(huán)繞蓄電池一周的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝板位于蓄電池的左側(cè)位置且具體垂直于燈筒的中軸線進(jìn)行布置，所述安裝板上安裝有LED燈以及光電檢測器，所述控制盒固定在燈筒內(nèi)部的右端位置，所述存儲器以及可見光處理芯片位于控制盒的內(nèi)部，所述LED燈通過連接線與存儲器雙向電性連接，所述存儲器通過連接線與觸摸顯示屏雙向電性連接，所述存儲器通過連接線與可見光處理芯片雙向電性連接，所述可見光處理芯片通過連接線與光電檢測器雙向電性連接，所述可見光處理芯片通過連接線與LED燈單向電性連接，所述開關(guān)與LED燈單向電性連接；

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，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CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(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)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于虛擬串口的秘鑰發(fā)送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發(fā)送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的 min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG 功能，經(jīng)過外部驅(qū)動模塊加載到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)動電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測模塊；所述智能手電筒是單片機(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)動電路，所述LED驅(qū)動電路根據(jù)指令發(fā)出通斷信號；光電檢測模塊控制所述PD光敏管接收光信號并輸送到所述智能手電筒，所述智能手電筒將接收的數(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，所述基于光通信的凈化語音通話系統(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，即+5V 表示高電平“1”，0V 表示低電平“0”；基于 TTL 信號電平特點(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簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。

所述LED驅(qū)動電路中，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， 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光敏管將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號輸出， 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，PD光敏管接收的光功率較小， 因此輸出的電流信號很小，一般只有幾×10mA 。

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

所述光電檢測模塊中，第１級的低噪跨阻放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號， 再經(jīng)過第2級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， 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， 因此語音信號的速率為256～1536kbit／s，當(dāng)通信速率大于1536kbit／s時就能保證清晰的語音傳輸。

所述基于光通信的凈化語音通話系統(tǒng)采用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM／DD），即LED發(fā)射光功率隨傳輸信號變化， 接收端的光電探測器件，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。由于當(dāng)收發(fā)端之間存在直射鏈路時，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，幾乎可以忽略發(fā)送端光線對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)、知識工程、模式識別、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)。使用LED 的照明裝置，還僅用通訊；另外波浪式的設(shè)計(jì)表面存在凹凸面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汗液的吸收，而存儲器的設(shè)計(jì)則實(shí)現(xiàn)對接收文件的存儲，進(jìn)而便于以后進(jìn)行查閱，掛鉤的添加則實(shí)現(xiàn)對燈筒的固定，進(jìn)而便于將燈筒作為照明燈進(jìn)行使用，限位環(huán)的添加則便于對蓄電池進(jìn)行固定，進(jìn)而減少了安裝人員所需的時間，最終提高了安裝人員的工作效率；另外，智能手電筒能夠通過GSM通信模塊實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，用戶可以在回家之前啟動智能手電筒。

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)算及指令識別。存儲器為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。

可見光通信是一種點(diǎn)對點(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)最為簡單，解碼時候只需要通過直接檢測的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時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CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(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的位置，將來可以使用多個光源，在接收端的接受能力之內(nèi)，成倍的提高傳輸速率。并且 CCD 作為光探測器還可以同時用于APT 通信系統(tǒng)當(dāng)中。

光鑰匙和智能移動終端相結(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 的一個開源的操作系統(tǒng)，主要是使用在移動終端（手機(jī)和平板）中。Android系統(tǒng)和其他的系統(tǒng)平臺相比，有很大的優(yōu)勢。它的優(yōu)勢最主要的體現(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)勢就是基于谷歌公司的平臺，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)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動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)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲在存儲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)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，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)，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進(jìn)行供電，達(dá)到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。

基于光通信的凈化語音通話系統(tǒng)采用OOK-NRZ調(diào)制編碼方式，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。在發(fā)射端ＬＥＤ和接收端ＰＤ光敏管前加上透鏡，可以減小LED光線的發(fā)散角和增加ＰＤ光敏管的接收光強(qiáng)，從而增大通信距離。

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LED驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是光電檢測模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是音頻編碼解碼器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種基于光通信的凈化語音系統(tǒng)作進(jìn)一步詳盡描述：

1、如圖1所示，一種光伏節(jié)能智能通訊手電筒，包括：中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、接收天線、信號處理電路、電源電路、白光LED、可見光傳輸鏈路、智能手電筒、音頻編碼解碼器、音頻輸入輸出端、電源電路；

所述信號調(diào)制設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)制生成原始的電信號；所述LED 燈是單色的 LED；所述光探測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；所述信號處理電路與光探測器相適應(yīng)，用于視頻電信號的處理，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，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CCD 相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，將調(diào)制信號的規(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)置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于虛擬串口的秘鑰發(fā)送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發(fā)送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的 min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG 功能，經(jīng)過外部驅(qū)動模塊加載到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)動電路、LED燈、透鏡、PD光敏管和光電檢測模塊；所述智能手電筒是單片機(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)動電路，所述LED驅(qū)動電路根據(jù)指令發(fā)出通斷信號；光電檢測模塊控制所述PD光敏管接收光信號并輸送到所述智能手電筒，所述智能手電筒將接收的數(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)部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動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)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲在存儲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)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，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)，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進(jìn)行供電，達(dá)到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。

優(yōu)選地，所述基于光通信的凈化語音通話系統(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。

所述手電筒，包括手電筒外形部分以及可見光通訊結(jié)構(gòu)，所述手電筒外形部分由防塵燈罩、防滑紋、掛鉤、燈筒、燈頭以及開關(guān)組成，所述燈筒為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述燈筒的左端端面安裝有燈頭，所述燈頭上安裝有防塵燈罩，所述燈頭的中軸線與防塵燈罩所在平面相垂直，所述燈筒上安裝有開關(guān)，所述開關(guān)的右端安裝有防護(hù)紋，所述防滑紋環(huán)繞燈筒的側(cè)面進(jìn)行布置，所述燈筒的右側(cè)端面上固定有掛鉤，所述掛鉤是橫截面為圓形的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述可見光通訊結(jié)構(gòu)由觸摸顯示屏、LED燈、連接線、蓄電池、控制盒、限位環(huán)、安裝板、USB接口、光電檢測器、存儲器以及可見光處理芯片組成，所述觸摸顯示屏安裝在燈筒上且具體貼合在燈筒的外表面進(jìn)行布置，所述USB接口位于燈筒的右側(cè)端面上，所述LED燈、連接線、蓄電池、控制盒、限位環(huán)、安裝板、光電檢測器、存儲器以及可見光處理芯片位于燈筒的內(nèi)部，所述蓄電池位于燈筒內(nèi)部的中間位置，所述蓄電池通過限位環(huán)進(jìn)行固定，所述限位環(huán)為環(huán)繞蓄電池一周的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝板位于蓄電池的左側(cè)位置且具體垂直于燈筒的中軸線進(jìn)行布置，所述安裝板上安裝有LED燈以及光電檢測器，所述控制盒固定在燈筒內(nèi)部的右端位置，所述存儲器以及可見光處理芯片位于控制盒的內(nèi)部，所述LED燈通過連接線與存儲器雙向電性連接，所述存儲器通過連接線與觸摸顯示屏雙向電性連接，所述存儲器通過連接線與可見光處理芯片雙向電性連接，所述可見光處理芯片通過連接線與光電檢測器雙向電性連接，所述可見光處理芯片通過連接線與LED燈單向電性連接，所述開關(guān)與LED燈單向電性連接；

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)算及指令識別。存儲器為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。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，用于將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。LED 驅(qū)動模塊用于完成對LED 光源的驅(qū)動功能，同時將調(diào)至好的電信號轉(zhuǎn)化為光信號加載到 LED 光源上。如 51 單片機(jī)，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對 LED 光源驅(qū)動。

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

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

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， 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光敏管將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號輸出， 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，PD光敏管接收的光功率較小， 因此輸出的電流信號很小，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，所述光電檢測模塊中，第１級的低噪跨阻放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號， 再經(jīng)過第2級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， 輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。

如圖3所示，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， 因此語音信號的速率為256～1536kbit／s，當(dāng)通信速率大于1536kbit／s時就能保證清晰的語音傳輸。

所述基于光通信的凈化語音通話系統(tǒng)采用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM／DD），即LED發(fā)射光功率隨傳輸信號變化， 接收端的光電探測器件，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。由于當(dāng)收發(fā)端之間存在直射鏈路時，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，幾乎可以忽略發(fā)送端光線對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。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，用于將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。LED 驅(qū)動模塊用于完成對LED 光源的驅(qū)動功能，同時將調(diào)至好的電信號轉(zhuǎn)化為光信號加載到 LED 光源上。如 51 單片機(jī)，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對 LED 光源驅(qū)動。

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

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

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)。