本發(fā)明涉及家庭網絡技術領域，尤其是一種基于可見光光通信的家庭網絡系統(tǒng)。

背景技術：

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換和光電轉換兩種方式，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能、化學能、水能等。

太陽能是由太陽內部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產生的，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，并把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。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過漫長的地質年代演變形成的一次能源。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

在現(xiàn)有的無線技術當中，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，還有基于可見光的無線通信技術。可見光通信技術，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。將需要傳輸的數據加載到光載波信號上，并進行調制，然后利用光電轉換器件接收光載波信號并解調以獲取信息?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)能夠覆蓋燈光所能達到的范圍，不需要電線連接。光通信技術具有極大的發(fā)展前景，將為光通信提供一種全新的高速數據接入方式。

LED燈具有亮度高、壽命長、性能穩(wěn)定、節(jié)省能源等優(yōu)點，它將成為下一代的照明工具。由于的高靈敏度和線性調制特性，因此照明系統(tǒng)具有傳輸信號的能力。與傳統(tǒng)的紅外和無線電通信相比，可見光通信具有發(fā)射功率高、無電磁干擾、無需申請頻譜資源和室內不會出現(xiàn)數據泄漏等優(yōu)點。照明燈無線通信能夠在照明的同時實現(xiàn)通信功能，既節(jié)能又減少了重復投資，因此，可見光通信系統(tǒng)具有顯著的研究意義和較大的發(fā)展前景，已被公認為一種新興的短距離高速無線通信系統(tǒng)。

家庭網絡（Home Network）是融合家庭控制網絡和多媒體信息網絡于一體的家庭信息化平臺，是在家庭范圍內實現(xiàn)信息設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、照明設備、保安（監(jiān)控）裝置及水電氣熱表設備、家庭求助報警等設備互連和管理，以及數據和多媒體信息共享的系統(tǒng)。涉及到了電信、家電、IT等行業(yè)。同時，家庭網絡系統(tǒng)是現(xiàn)代智能家居的基礎。現(xiàn)有技術中，實現(xiàn)通信必然還是要依賴于通信網絡，若是在深山中旅行時，無線通信網絡信號比較弱，或者沒有通信網絡信號，相距較遠的驢友( 比如，落單或迷路的驢友與團隊)之間無法通過通信網絡取得聯(lián)系。通過通信網絡進行信息的傳遞，為人們的生活帶來了方便，但是，其應用還存在局限性。而且，利用通信網絡進行通信需要向通信網絡的運營商繳納費用。特別是，近距離范圍內利用通信網絡進行通信，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現(xiàn)照明的功能以及通訊的目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術方法的不足，提供了一種能夠簡化通信光源布線，將可見光通信技術、電力線載波通信技術融合現(xiàn)有家庭網絡的基于可見光通信的家庭網絡系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術方案：

包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、電源電路、探照系統(tǒng)、光探測器、信號調制控制設備、LED 燈、接收天線、信號處理電路、多個網絡用具；所述電源電路分別連接中央處理器和現(xiàn)場可編程門陣列電路；

所述探照系統(tǒng)包括微控制器、加濕器開關以及光接收模塊，所述光接收模塊從LED燈組中接收LED通信信號，對所述LED通信信號處理后獲得控制指令，并將所述控制指令輸送到微控制器；

所述探照系統(tǒng)，包括探照系統(tǒng)外形部分以及可見光通訊結構，所述探照系統(tǒng)外形部分由防塵燈罩、防滑紋、掛鉤、燈筒、燈頭以及開關組成，所述燈筒為圓柱形結構，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，所述開關的右端安裝有防護紋，所述防滑紋環(huán)繞燈筒的側面進行布置，所述燈筒的右側端面上固定有掛鉤，所述掛鉤是橫截面為圓形的環(huán)形結構，所述可見光通訊結構由觸摸顯示屏、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行布置，所述USB接口位于燈筒的右側端面上，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部，所述蓄電池位于燈筒內部的中間位置，所述蓄電池通過限位環(huán)進行固定，所述限位環(huán)為環(huán)繞蓄電池一周的環(huán)狀結構，所述安裝板位于蓄電池的左側位置且具體垂直于燈筒的中軸線進行布置，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，所述開關與LED燈單向電性連接；

所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路，其中，所述探照系統(tǒng)通過寬帶接入裝置與外部網絡連接，然后與個人消費終端連接；所述探照系統(tǒng)還設置有備用接口，用于各種擴展應用的安裝與連接；所述中央處理器連接光鑰匙模塊、信號調制控制設備、LED 燈、接收天線、信號處理電路；

所述信號調制設備負責調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較好的 CCD光電轉換器件；所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，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行傳輸；

所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計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，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送；所述光探測器通過電力線通信PLC與探照系統(tǒng)連接，用于將網絡信號轉換為LED光信號，所述多個網絡用具上分別設置有光檢測模塊，用于接收所述LED光信號；LED和處在其照射范圍內的多個網絡用具組成封閉的單向通信單元；所述各個通信單元通過電力線通信PLC總線與探照系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)相互獨立的雙向通信。

可選的，所述網絡用具或LED也可以通過備用接口連接至其他控制設備。因此，該系統(tǒng)可以方便地嵌入到其他網絡中，構建分布式網絡大系統(tǒng)。

家庭網關既要實現(xiàn)內部設備之間的互聯(lián)，又要通過各種接口連接外網，實現(xiàn)信息的交互和共享。因此，家庭網關是整個網絡系統(tǒng)的控制中心。家庭網關需具有易于操作的人機交互接口，同時設備要有小巧、低功耗、安裝 方便等特點。

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，選用低成本、小體積 PNP 型貼片三極管 S8550 及其相關外圍器件，構成了LED驅動電路；光鑰匙是基于單片機 STC12C2052AD 設計的一種發(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。

所述微控制器是采用AT89C52單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成， 主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠， 功能強大， 使用方便， 并具有低功耗空閑和掉電模式。

所述光探測器包括電力線通信PLC模塊、微控制器模塊、AC/DC恒流驅動模塊；所述LED采用串聯(lián)的方式連接，所述微控制器模塊用于橋接電力線通信PLC和 可見光通信VLC；所述AC/DC恒流驅動模塊構成離線反激式恒流源驅動電路，實現(xiàn)350mA的恒定電流輸出；電光信號的轉換通過開關管快速通斷LED燈實現(xiàn)。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規(guī)律進行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合 C++軟件編程進行發(fā)射端的軟硬件設計，實現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻（100fps 以上）、高靈敏度、高響應度 CCD 相機。相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收。

所述調制方式是OOK 調制方式；OOK 帶寬需求低，而且硬件實現(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。其中，“亮”狀態(tài)用“1”表示，“滅”狀態(tài)用“0”表示，

所述發(fā)射模塊采用白光 LED，為了增大發(fā)射功率，使用LED陣列，具體為3*4的LED陣列，每個LED功率能夠達到 4W，束散角為5.3o。

所述接收端采用 CCD相機接收，以 100fps 為例，相機在1秒鐘之內等間距拍攝 100 張圖像，光信息被接收下之后，存儲在圖像當中。

所述光接收天線是一組光學鏡頭，與 CCD 相機相互配合，配置電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現(xiàn)計算機控制自動變焦。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括光信號數據采集處理模塊，用于通過編寫的程序完成對 LED 發(fā)來的信號光的采集處理。該程序以 MFC 為框架編寫，完成對從相機發(fā)送過來的圖片信息的分析和處理。當光源和相機的頻率同步時，相機能夠準確捕捉到光源發(fā)送的信息。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括可見光通信數據傳輸模塊，用于完成數據傳輸時的同步，與自適應傳輸模塊配合，完成速率可變自適應信息傳輸。包括數據傳輸準備過程，數據速率識別過程，數據同步過程，數據傳輸過程。按次序依次為數據傳輸建立，持續(xù)時間為1T ，保護間隔2T ；速率識別碼發(fā)送時間3T ；保護間隔4T ；數據同步時間；最后進行數據傳輸。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)具體包括：

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

LED 驅動，用于將電信號轉化為光信號。LED 驅動模塊用于完成對LED 光源的驅動功能，同時將調至好的電信號轉化為光信號加載到 LED 光源上。如 51 單片機，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對 LED 光源驅動。

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，而對束散角一般達到4度。

LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。

大氣信道，光源將調至好的信號光發(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。

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

CCD 相機，CCD 是感光元器件，主要是將光信號轉化為電信號再成像。

CCD 相機需能夠匹配光源的速率， CCD 相機能夠完成高幀頻采集。CCD 相機通過千兆以太網連接到電腦上，并通過程序完成圖像數據的采集和處理。

成像處理過程，用于將接收到的已調光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調出原始信息，完成信息接收。

所述多個網絡用具是系統(tǒng)的終端設備，包括光電轉換模塊和控制模塊；所述光電轉換模塊包括前置放大器、濾波器、放大器以及鎖相放大器；用于將探測器輸出的光電流轉換為電壓信號；所述控制模塊輸出各種簡單或者復雜的控制信號，具有繼電器、串行接口、開關陣列、USB、IR紅外線多個輸出端口。

該發(fā)明的有益效果：

應用人工智能專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、人工神經網絡等方法和技術,進行智能化、集成化、協(xié)調化、設計和實現(xiàn)的新一代的計算機管理系統(tǒng)。WIFI容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優(yōu)點。

使用LED的照明裝置，還僅用通訊；另外波浪式的設計表面存在凹凸面，進而實現(xiàn)對汗液的吸收，而存儲器的設計則實現(xiàn)對接收文件的存儲，進而便于以后進行查閱，掛鉤的添加則實現(xiàn)對燈筒的固定，進而便于將燈筒作為照明燈進行使用，限位環(huán)的添加則便于對蓄電池進行固定，進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

光鑰匙和智能移動終端相結合，可以很好的運用Android系統(tǒng)開發(fā)手機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。Android 系統(tǒng)已經成為了全球裝機量第一大的系統(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、郵箱等服務產品，能夠無縫的應用到 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，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(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)器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(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的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現(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所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程；為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進行供電

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內，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，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。

本發(fā)明的基于可見光通信的家庭網絡系統(tǒng)，同時運用了可見光通信和電力線載波PLC通信。將室內可見光通信引入家庭網絡, 給家庭網絡系統(tǒng)引入了一種新的通信方式。同時, 可見光通信與電力線載波PLC通信相結合, 可以避免白光LED 復雜的布線問題。可見光通信嵌入到家庭網絡中, 推動了可見光通信的發(fā)展和應用, 具有巨大的市場前景。

家庭網關既要實現(xiàn)內部設備之間的互聯(lián)，又要通過各種接口連接外網，實現(xiàn)信息的交互和共享。因此，家庭網關是整個網絡系統(tǒng)的控制中心。家庭網關需具有易于操作的人機交互接口，同時設備要有小巧、低功耗、安裝 方便等特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的家庭網絡系統(tǒng)框圖；

圖2是探照系統(tǒng)結構示意圖；

圖3是LED驅動模塊結構示意圖；

圖4是網絡用具結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的一種多網融合遠程通訊的探照系統(tǒng)作進一步詳盡描述：

如圖1所示，一種多網融合遠程通訊的探照系統(tǒng)，包括探照系統(tǒng)、光探測器、多個網絡用具、中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、電源電路；

所述探照系統(tǒng)包括微控制器、加濕器開關以及光接收模塊，所述光接收模塊從LED燈組中接收LED通信信號，對所述LED通信信號處理后獲得控制指令，并將所述控制指令輸送到微控制器；所述探照系統(tǒng)，包括探照系統(tǒng)外形部分以及可見光通訊結構，所述探照系統(tǒng)外形部分由防塵燈罩、防滑紋、掛鉤、燈筒、燈頭以及開關組成，所述燈筒為圓柱形結構，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，所述開關的右端安裝有防護紋，所述防滑紋環(huán)繞燈筒的側面進行布置，所述燈筒的右側端面上固定有掛鉤，所述掛鉤是橫截面為圓形的環(huán)形結構，所述可見光通訊結構由觸摸顯示屏、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行布置，所述USB接口位于燈筒的右側端面上，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部，所述蓄電池位于燈筒內部的中間位置，所述蓄電池通過限位環(huán)進行固定，所述限位環(huán)為環(huán)繞蓄電池一周的環(huán)狀結構，所述安裝板位于蓄電池的左側位置且具體垂直于燈筒的中軸線進行布置，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，所述開關與LED燈單向電性連接；

所述電源電路分別連接中央處理器和現(xiàn)場可編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩(wěn)壓電路、電源控制器及直流供電電路；其中，所述探照系統(tǒng)通過寬帶接入裝置與外部網絡連接，然后與個人消費終端連接，如個人電腦、手機等；所述探照系統(tǒng)還設置有備用接口，用于各種擴展應用的安裝與連接；所述手中央處理器連接光鑰匙模塊；所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統(tǒng)，設計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，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送；所述光探測器通過電力線通信PLC與探照系統(tǒng)連接，用于將網絡信號轉換為LED光信號，所述多個網絡用具上分別設置有光檢測模塊，用于接收所述LED光信號；LED和處在其照射范圍內的多個網絡用具組成封閉的單向通信單元；所述各個通信單元通過電力線通信PLC總線與探照系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)相互獨立的雙向通信。

優(yōu)選地，所述網絡用具或LED也可以通過備用接口連接至其他控制設備。因此，該系統(tǒng)可以方便地嵌入到其他網絡中，構建分布式網絡大系統(tǒng)。

所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測，濕度精度±2%(相對濕度20%～80%)， 溫度精度±0.3℃(環(huán)境溫度25～42℃)。傳感器經過標定，既能提供I2C數字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數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，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用 SHT21 過程中， A/D電路進行數字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit 到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態(tài)，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。

所述微控制器是采用單片機 ,其CPU由控制器和運算器組成， 主要進行運算及指令識別。存儲器為８Ｋ可擦寫閃存， 工作電源為+５Ｖ 。其內部有振蕩器的反相放大器， 石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠， 功能強大， 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， 在實際使用中無需外部元件， 直接利用數據總線供電， 測量溫度范圍較大。因此， 使用范圍較廣， 用途較大。

本發(fā)明的所述的現(xiàn)場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內部連線三個部分；FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(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)器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(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的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲單元加載編程數據來實現(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所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程；為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進行供電

在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內，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，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統(tǒng)工作。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)設備主要包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端可使用OOK、PPM 等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規(guī)律進行發(fā)射，采用大功率低束散角陣列 LED 作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合 C++軟件編程進行發(fā)射端的軟硬件設計，實現(xiàn)字符串的發(fā)送；接收端，采用 CCD 作為光探測器，硬件設備使用高幀頻（100fps 以上）、高靈敏度、高響應度 CCD 相機。相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD 相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規(guī)律呈現(xiàn)出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現(xiàn)字符串的接收。

所述調制方式是OOK 調制方式；OOK 帶寬需求低，而且硬件實現(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。其中，“亮”狀態(tài)用“1”表示，“滅”狀態(tài)用“0”表示，

所述發(fā)射模塊采用白光 LED，為了增大發(fā)射功率，使用LED陣列，具體為3*4的LED陣列，每個LED功率能夠達到 4W，束散角為5.3o。

所述接收端采用 CCD相機接收，以 100fps 為例，相機在1秒鐘之內等間距拍攝 100 張圖像，光信息被接收下之后，存儲在圖像當中。

所述光接收天線是一組光學鏡頭，與 CCD 相機相互配合，配置電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現(xiàn)計算機控制自動變焦。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括光信號數據采集處理模塊，用于通過編寫的程序完成對 LED 發(fā)來的信號光的采集處理。該程序以 MFC 為框架編寫，完成對從相機發(fā)送過來的圖片信息的分析和處理。當光源和相機的頻率同步時，相機能夠準確捕捉到光源發(fā)送的信息。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)還包括可見光通信數據傳輸模塊，用于完成數據傳輸時的同步，與自適應傳輸模塊配合，完成速率可變自適應信息傳輸。包括數據傳輸準備過程，數據速率識別過程，數據同步過程，數據傳輸過程。按次序依次為數據傳輸建立，持續(xù)時間為1T ，保護間隔2T ；速率識別碼發(fā)送時間3T ；保護間隔4T ；數據同步時間；最后進行數據傳輸。

所述遠距離可見光通信系統(tǒng)具體包括：

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

LED 驅動，用于將電信號轉化為光信號。LED 驅動模塊用于完成對LED 光源的驅動功能，同時將調至好的電信號轉化為光信號加載到 LED 光源上。如 51 單片機，其觸發(fā)方式是 TTL 觸發(fā)，完成對 LED 光源驅動。

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，而對束散角一般達到4度。

LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。

大氣信道，光源將調至好的信號光發(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。

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

CCD 相機，CCD 是感光元器件，主要是將光信號轉化為電信號再成像。

CCD 相機需能夠匹配光源的速率， CCD 相機能夠完成高幀頻采集。CCD 相機通過千兆以太網連接到電腦上，并通過程序完成圖像數據的采集和處理。

成像處理過程，用于將接收到的已調光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調出原始信息，完成信息接收。

如圖2所示，所述探照系統(tǒng)包括中央處理器及其最小外圍電路、電力線通信PLC模塊、顯示器、觸摸模塊以及外圍接口；所述外圍接口包括供電接口、JTAG接口、以太網接口、USB接口、RS485接口、RS232接口、SPI接口；所述觸摸模塊包括觸摸面板和A/D轉換器，所述中央處理器連接A/D轉換器之后與觸摸面板連接；所述中央處理器還連接有EEPROM存儲器、SDROM存儲器、NORflash閃存；所述中央處理器通過總線緩存器與顯示模塊連接，所述顯示模塊包括顯示控制器、顯示器、NANDflash閃存以VRAM存儲器。所述RS485接口與電力線通信PLC模塊連接，所述電力線通信PLC模塊包括單片機和調制解調器。

其中，中央處理器采用Atmel公司的ARM9微處理器AT91RM9200,它基于ARM920T內核，帶有內存管理單元，可方便地嵌入各 種主流的嵌入式操作系統(tǒng)。PLC模塊采用PL2102實 現(xiàn)，它具有I2C控制接口，這里在PL2102和 AT91RM9200之間嵌入了 AT89C2051，實現(xiàn) I2C 接口到串口的橋接，以簡化軟件設計的復雜度。外圍接口包括10M/100M以太網接口、USB接口、RS485接口、RS232接口、SPI接口。其中無線寬帶接入采用帶有USB接口的Wi-Fi模塊實現(xiàn)。以AT91RM9200芯片為核心的嵌入式硬件系統(tǒng)具有很強的可擴展性，還可以方便地擴展其他各種接口，如藍牙、Zigbee、GPRS等。

家庭網關既要實現(xiàn)內部設備之間的互聯(lián)，又要通過各種接口連接外網，實現(xiàn)信息的交互和共享。因此，家庭網關是整個網絡系統(tǒng)的控制中心。家庭網關需具有易于操作的人機交互接口，同時設備要有小巧、低功耗、安裝 方便等特點。

如圖3所示，所述光探測器包括電力線通信PLC模塊、微控制器模塊、AC/DC恒流驅動模塊；所述LED采用串聯(lián)的方式連接，所述微控制器模塊用于橋接電力線通信PLC和 可見光通信VLC；所述AC/DC恒流驅動模塊構成離線反激式恒流源驅動電路，實現(xiàn)350mA的恒定電流輸出；電光信號的轉換通過開關管快速通斷LED燈實現(xiàn)。

所述LED驅動的設計要考慮的主要因素有白光 LED整體的電流電壓特性、安全性、效率、功能以及其他燈具標準要求等。所述微控制器采用德州儀器公司的 MSP430F149芯片，它的主要功能在于橋接PLC和 VLC。AC/DC部分采用安森美半導體公司的NCP1351芯片，構成離線反激式恒流源驅動電路，實現(xiàn)350mA的 恒定電流輸出。電光信號的轉換通過開關管IRF510快速通斷LED燈實現(xiàn)。

如圖4所示，所述多個網絡用具是系統(tǒng)的終端設備，包括光電轉換模塊和控制模塊；所述光電轉換模塊包括前置放大器、濾波器、放大器以及鎖相放大器；用于將探測器輸出的光電流轉換為電壓信號；所述控制模塊輸出各種簡單或者復雜的控制信號，具有繼電器、串行接口、開關陣列、USB、IR紅外線多個輸出端口。所述光電轉換模塊是接收可見光信號的關鍵，要求有很高的增益和噪聲抑制能力。其中前置放大器采用寬帶低噪聲運放 OPA656構成跨阻前置放大器，將探測器輸出的光電流轉換為電壓信號?？刂颇K輸出各種簡單或者復雜的控制信號，可以控制空調、冰箱、音響、微波爐等家用電器和 其他設備。

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