專利名稱：基于led交通燈可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種語音提示系統(tǒng)，特別涉及一種基于LED交通燈可見光通信的盲人 交通提示系統(tǒng)
背景技術：
隨著社會的發(fā)展，殘疾人士越來越受到重視和關心，很多地方都采取了各式各樣的 方式來方便殘疾人士的出行，但是如何輔助視力殘障人士過交通路口的問題一直是各國 研究的一個熱點，也是一個迫切需要解決的問題。
《電子技術應用》2007年第10期的《基于單片機無線通信技術的盲人交通提示系 統(tǒng)的設計》一文中，公開了一種交通語音提示系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用AT89S51單片機結合無 線電射頻芯片NRP401的方法，為盲人設計一套便攜式的信號發(fā)送/接受終端，自主地發(fā) 送和接受信號，以半雙工通信方式和嵌入手杖的ISD1420語音播放模塊來共同實現(xiàn)交通 燈信號的無線語音提示播放功能，性能比現(xiàn)有的交通語音提示系統(tǒng)有了較大的提高。但 是這種方法需要在所有的交通燈系統(tǒng)內(nèi)設置射頻裝置，由于射頻裝置價格不菲，所以需 要另外投資很大一筆費用，此外，大功率射頻信號對人體有電磁輻射影響。近年來,被譽 為"綠色照明"的半導體(LED)照明技術發(fā)展迅猛。由于LED交通燈節(jié)省能源、可 靠性好及在日間及惡劣天氣條件下可見度高等多種益處。用LED制作交通信號燈已成 趨勢。利用LED響應靈敏度高、調(diào)制性能好的突出優(yōu)點可以實現(xiàn)LED交通燈可見光無 線通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種響應靈敏度高、調(diào)制性能好的利 用LED交通燈進行可見光無線通信的盲人交通提示系統(tǒng)。將數(shù)字信號調(diào)制到LED交通 燈發(fā)射的可見光上進行傳輸，使用LED交通燈作為發(fā)射機，首先用不同碼字信號調(diào)制 LED交通燈，使之在不同的交通情況(如紅燈亮或綠燈亮)下發(fā)射并在空間傳輸不同的碼 字信號。再設計一個盲人所戴的眼鏡作為LED光信號的接收機，接收到LED交通燈發(fā) 射來的信號，解調(diào)后，根據(jù)收到的信號轉(zhuǎn)換成相應的語音提示，盲人可以根據(jù)眼鏡架上 的小喇叭發(fā)出的語音提示穿過公路。本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是
基于LED交通燈可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動電路和LED交通燈組成，所述LED編碼器將數(shù)字信息碼編為適合光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動電流送入LED驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)編碼控制LED交通燈的顯示，將編碼信號加載到LED交通燈發(fā)出的光信號中；接收機由光接收器、解碼器、控制器、存儲器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號，光電探測器將光信號變成電信號，經(jīng)過放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號還原成原來的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲在存儲器相應地址的音頻信號，由音頻模塊將音頻信號從喇叭中播放出。
所述發(fā)射端中，通過LED編碼器對驅(qū)動電路的驅(qū)動電流進行調(diào)制，讓LED交通燈發(fā)出的光中載有描述所發(fā)出的光的信息。
所述發(fā)射端的工作方式將要發(fā)送的數(shù)字信息碼由調(diào)制電路中的編碼器編為適合光傳輸?shù)穆兴固鼐幋a，該編碼作為驅(qū)動電流送入LED交通燈的驅(qū)動電路，分別驅(qū)動紅、黃、綠交通燈發(fā)光并載波相關傳輸信息。根據(jù)預先設定的碼字來調(diào)制并驅(qū)動LED，當碼為'l'的時候，燈亮，碼為'0'的時候，燈滅。為了防止傳輸中出現(xiàn)過多O而使燈不發(fā)光，采用曼切斯特編碼，當信號為'l'時，編碼為'10';信號為'0'時，編碼為
'or。因此，曼切斯特編碼適合本系統(tǒng)光傳輸。
由LED編碼器調(diào)制電路來控制驅(qū)動電路，如當紅燈亮時，發(fā)出'0100000000'的
信號，編碼器會將信號進行曼切斯特編碼后控制驅(qū)動電路發(fā)出'oiiooioioioioioioior信號，在'o'的時候無光，'r的時候有光；相應的，綠燈亮時，發(fā)出'ooiooooooo'
信號，黃燈亮時，發(fā)出'0110000000，也是這樣工作的。碼字傳輸速率在1Kbit/s以上時，其調(diào)制頻率遠遠大于50HZ以上，人眼不會感覺光的閃爍。
所述接收機系統(tǒng)由光聚焦鏡，光電探測器，解碼器，控制器，存儲器，音頻模塊
和小喇叭組成。光聚焦鏡負責收集LED交通燈發(fā)出的光信號。光電探測器負責將光信
號轉(zhuǎn)換成電流信號，并將電信號放大。解碼器負責將曼切斯特碼還原為原來的數(shù)字信息碼?？刂破鞲鶕?jù)還原的信息碼讀出事先存儲在存儲器相應地址的音頻信號，由音頻模塊將音頻信號從喇叭中播放出。
所述接收機外形結構為眼鏡的形狀，其中一個鏡片作為光接收器，由光聚焦鏡及放置其后的光電探測器組合成，另一個鏡片位置放置解碼器和控制器，兩邊的鏡架， 一邊 鏡架放入鋰電池進行供電，另一邊鏡架放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭。
所述光電接收器包括光學聚焦鏡和光電探測器，光學聚焦鏡為短焦距光學透鏡，并 在鏡片后以聚焦鏡焦距放置光電探測器。聚焦鏡將來自交通燈的信號光聚焦到光電探測 器上轉(zhuǎn)換為電流信號?？紤]室外光線較強，產(chǎn)生的背景噪聲較強，信噪比減弱。選擇可 見光波長范圍內(nèi)靈敏度較高的光電探測器。硅光電二極管在可見光波長范圍較高的靈敏 度，且雪崩光電二極管具有放大作用，提高信噪比。因此，選擇硅雪崩二極管為光電探 測器。
所述解碼和控制器工作方式所述光電探測器將轉(zhuǎn)換成并經(jīng)放大的電流信號(即曼 切斯特碼)傳到解碼器，解碼器將曼切斯特碼解碼為原始信號碼，傳給控制器模塊?？?制器收到解碼器傳來的碼，通過該原始碼解析出該碼在存儲器對應的地址，尋找到存放 相應"提示語音"信號的單元，調(diào)出其"提示語音"信號傳給語音模塊，通過小喇叭播 放"提示語音"音頻。
本發(fā)明可利用現(xiàn)有LED交通燈進行信號調(diào)制發(fā)射，接收端接收調(diào)制的信號來產(chǎn)生
語音提示的方法來實現(xiàn)輔助盲人過交通路口。達到交通指示、通信并用，實現(xiàn)資源重復 利用。與目前所使用的使用喇叭廣播的方法相比，更加人性化，不會產(chǎn)生擾民現(xiàn)象。與
射頻無線通信相比，無需無線電頻譜證，LED照明光源發(fā)出的是可見光，對人類非常安 全，射頻信號對人體有害也不能無限制地增加發(fā)射功率。再者，由于光有方向性，眼鏡 式接收機必須正對交通燈方向才能接收，而不會接收其它方向交通燈發(fā)出的信號，因此， 不會產(chǎn)生盲人不能辨別哪個方向允許通行這種問題。而且眼鏡式接收機既可作為盲人裝 飾用，又可作為一種生活輔助工具。進一步開發(fā)還可為盲人提供更多服務，比如盲人識 別的LED指示牌，將地理位置等信息調(diào)制到報文的數(shù)據(jù)位通過LED指示牌發(fā)射，接收 端接收到信息后解碼并驅(qū)動語音模塊來提示盲人。


圖1為本發(fā)明實施例1發(fā)送端調(diào)制信號載波結構
圖2為本發(fā)明實施例1傳輸數(shù)據(jù)幀格式
圖3為本發(fā)明實施例1接收機的結構圖
圖4為本發(fā)明實施例1接收機的外形結構示意圖
圖5為本發(fā)明實施例1光接收器結構圖6為本發(fā)明實施例1接收機端解碼原理
圖7為本發(fā)明實施例1控制器和語音模塊結構示意圖
圖8基于LED交通燈可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)
具體實施例方式
下面結合附圖做進一步說明。實施例1
圖8為LED可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)應用，該系統(tǒng)主要由以LED交通燈為發(fā)射機和盲人眼鏡為接收機的兩部分組成。
圖1為發(fā)射機端的LED交通燈的調(diào)制信號載波結構。發(fā)射機由調(diào)制電路編碼器，驅(qū)動器和LED交通燈組成。調(diào)制電路編碼器控制驅(qū)動器分別控制紅、黃、綠LED交通燈載波不同碼。經(jīng)曼切斯特編碼控制驅(qū)動器，當碼為'0'時，驅(qū)動器無輸出電流，也無光發(fā)出，當碼為'1'時，驅(qū)動器輸出電流，發(fā)射光。當紅燈亮時，定義要傳輸?shù)拇a為
'oioooooooo'，經(jīng)過曼切斯特編碼后發(fā)出的碼為'oi腿oioioioioioior，碼字傳輸
速率為1Kbit/s以上，則控制驅(qū)動電路使紅燈發(fā)出承載上述曼切斯特編碼的可見光波信號；當綠燈亮時，定義要傳輸?shù)拇a為'0010000000'，經(jīng)過曼切斯特編碼后發(fā)出的碼為
'oioi譲oioioioioior;黃燈亮，定義的碼為'oiioooooor，經(jīng)過曼切斯特編碼后
發(fā)出的碼為'01101001010101010110'。由此要傳輸?shù)男畔⒋a就分別調(diào)制到LED交通燈發(fā)出的紅、黃、綠光中去。
采用的數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示，第l位為起始碼，表示開始傳數(shù)據(jù)。第2 9位為數(shù)據(jù)碼，最后l位為奇效驗碼，共10位組成。紅燈亮時定義的碼為'0100000000'，綠燈
亮時定義要碼為^010000000，，黃燈亮定義的碼為'oiioooooor 。起始碼均為o，紅
燈和綠燈原碼的奇效驗碼為0，黃燈為l。
圖3表示接收機結構組成。接收機由光聚焦鏡，光電探測器，解碼器，控制器，存
儲器，音頻模塊小喇叭組成。
接收機的外觀構造如圖4所示，構造為眼鏡結構。兩個鏡片中的一個放置光接收器1，另外一個鏡片中放置解碼器和控制器及存儲器2。兩邊的鏡架， 一邊放入鋰電池3進行供電， 一邊放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭4。接收端可由放在鏡架里的鋰電池3供電，另外一邊的鏡架則放上一個喇叭4來播放提示音頻。如圖5所示，光接收器1包括光聚焦鏡10和光電探測器20，通過光聚焦鏡10接收 到傳遞來的LED光信號，后面的光電探測器20和鏡頭的距離大約在1 cm左右，焦距 為1.5 2cm，選擇使用焦距在1.5cm左右的光聚焦鏡，光電探測器20可選探測面積為 0.5 X 0.5 cm大小的硅雪崩光電二極管。
解碼器工作原理如圖6所示，紅燈亮時，光接收部分接收到LED交通燈的紅光信
號，檢測到'oiiooioioioioioioior的曼切斯特碼信號，通過解碼器還原為原碼為
'0100000000，。
控制器工作原理如圖7所示，解碼器將還原的原碼傳給控制器，控制器根據(jù)原碼到 存儲器對應地址的存儲單元讀取語音提示信號。事先在存儲器的三個地址單元分別存入 '紅燈亮，，'綠燈亮'， <黃燈亮'的語音提示信號。并將三個地址分別對應'紅燈亮，， '綠燈亮'，'黃燈亮'的原碼。當控制器收到相應的原碼信號時，就會將對應的地址單 元中的語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸Z音模塊。比如根據(jù)'0100000000'到解析出存儲器存儲'紅燈
亮'語音提示信號的存儲單元地址，讀取該語音提示信號并傳給語音模塊，經(jīng)小喇叭發(fā)
出'紅燈亮，的提示音；綠燈、黃燈亮時都如此操作。因此，盲人就可以根據(jù)聽到的指
示過交通路口。
權利要求
1、基于LED交通燈可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，其特征是，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動電路和LED交通燈組成，所述LED編碼器將數(shù)字信息碼編為適合光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動電流送入LED驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)編碼控制LED交通燈的顯示，將編碼信號加載到LED交通燈發(fā)出的光信號中；接收機由光接收器、解碼器、控制器、存儲器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號，光電探測器將光信號變成電信號，經(jīng)過放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號還原成原來的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲在存儲器相應地址的音頻信號，由音頻模塊將音頻信號從喇叭中播放出。
2、 根據(jù)權利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述適合光傳輸?shù)木幋a為曼切斯特編碼。
3、 根據(jù)權利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述接收機為眼鏡的形狀，其中一個鏡片作為光聚焦鏡，聚焦鏡后放置光電探測器兩者組合成光接收器，另一個鏡片位置放置解碼器和控制器，兩邊的鏡架， 一邊鏡架放入鋰電池進行供電，另一邊鏡架放入和控制器的音頻輸出端口相連的喇叭。
4、 根據(jù)權利要求1所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電接收器包括光學聚焦鏡和光電探測器， 一個鏡片作為光學聚焦鏡，并在鏡片后以聚焦鏡焦距放置光電探測器。
5、 根據(jù)權利要求3或4所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電探測器為硅雪崩二極管。
6、 根據(jù)權利要求3或4所述的盲人交通提示系統(tǒng)，其特征是，所述光電探測器和光學聚焦鏡的距離在lcm左右，焦距為1.5 2cm，選擇使用焦距在1.5cm左右的光聚焦學透鏡。
全文摘要
基于LED交通燈可見光通信的盲人交通提示系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端由LED編碼器、驅(qū)動電路和LED交通燈組成，LED編碼器將數(shù)字信息碼編為光傳輸?shù)木幋a，該編碼作為驅(qū)動電流送入LED驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)編碼控制LED交通燈，將編碼信號加載到LED交通燈發(fā)出的光信號中；接收機由光接收器、解碼器、控制器、存儲器、音頻模塊和喇叭組成；光接收器由光聚焦鏡和光電探測器組成；光聚焦鏡接收LED交通燈發(fā)出的光信號，光電探測器將光信號變成電信號，經(jīng)過放大傳遞到解碼器，解碼器解碼將電信號還原成原來的數(shù)字信息碼，控制器根據(jù)數(shù)字信息碼讀出事先存儲在存儲器相應地址的音頻信號，音頻模塊將音頻信號從喇叭中播放出。
文檔編號H04B10/10GK101593436SQ200910031989
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者立 張, 娜 朱, 江曉明, 陳和生 申請人:江蘇大學