Устройство управления светом

Полезная модель относится к области устройств, способствующих оптимизации передачи данных и управлению светом в системе беспроводной связи, содержащей светоизлучающие диоды, формирующие излучение, и смартфон с камерой в качестве приемника.
Актуальной задачей для беспроводной системы передачи данных в видимом диапазоне является поддержание стабильной передачи данных и ослабление помех, вызванных избирательностью по частоте в оптических беспроводных каналах. В то же время рост объема используемых и передаваемых данных объясняется ростом количества мобильных пользователей, возможностей высокоскоростного Интернета, ростом количества мультимедийных сетевых приложений, потребляющих и обрабатывающих в процессе работы большое число данных. Следовательно, предъявляются все более высокие требования к системам приемо-передачи данных, таким показателям как скорость обработки и последующая обработка сигналов на мобильных устройствах, служащих в качестве приемника. Обработка и преобразование включает в себя определение схемы модуляции, с помощью которой должна модулироваться и демодулироваться последовательность символов канала. Один из таких примеров - Манчестерский код, наиболее часто используемый в качестве средств для модуляции кодированного света.
Известны беспроводные системы связи по видимому свету, в основе которых лежат принцип установления тока смещения, амплитудная модуляция, мультиплексирование с ортогональным разделением частот, модуляция с разделением помещений и т.д. Известны патенты США US 2016315702, US 20160269112, US 20090232502 (А1), а также патент из Китая CN103441797A.
Наиболее близким к заявляемому является описанное в изобретении «Модуляция для передачи кодированного света» (Патент РФ №2575005 С2, опубликованный 10.02.2016) устройство, состоящее из приемника, выполненного с возможностью приема последовательности символов, блока обработки, выполненного с возможностью определения из последовательности символов источника последовательности символов канала, формирующих сигнал управления, где используется принцип Манчестерского кодирования, передатчика, выполненного с возможностью предоставления сигнала управления источнику света, который не приводит к видимому мерцанию. Недостатком устройства является структура, основанная на логических элементах, которая не может быть гибко перестроена в случае изменения входной последовательности символов, то есть недостатком является отсутствие в составе устройства программируемого микроконтроллера.
Задача, решаемая с помощью предлагаемой полезной модели, является предоставление доступа пользователю смартфона к информации, передаваемой по видимому диапазону.
Технический результат достигается посредством управления светоизлучающими диодами (СИД) после кодирования информации, получаемой с носителя информации. Приемник, соединенный с блоком обработки, принимает последовательность символов с носителя информации, после чего блок обработки определяет из последовательности символов с носителя информации последовательность, формирующую сигнал управления, который предоставляется светоизлучающим диодам. Изначальная последовательность после преобразования в сигнал управления кодируется на основе Манчестерского кода, преобразовывается в электрические импульсы и модулирует СИД по принципу ООK - On-off keying модуляции. Таким образом, обеспечивается беспроводная передача данных в видимом диапазоне света, где в качестве приемника и демодулятора используется смартфон с камерой.
Сущность полезной модели заключается в формировании пакетов данных и модуляции внешних СИД, чтобы передать световой сигнал по беспроводному каналу на смартфон, в котором камера служит в качестве приемника.
Принцип передачи модулированного сигнала поясняется фиг. 1, где показана блок-схема устройства управления светом.
Устройство управления светом состоит из приемника 2, выполненного с возможностью приема последовательности символов от носителя информации, соединенного с блоком обработки, выполненным в виде соединенного с двухканальным драйвером ключа нижнего уровня 4 и ключом 7 микроконтроллера 1 с функцией передатчика, питание блока обработки производится через линейный стабилизатор 3, второй выход микроконтроллера соединен через ключ 6 с потребителем мощности 5 для управления питанием внешних светоизлучающих диодов.
Устройство работает следующим образом:
Устройство управления светом питается от блока питания для работы микроконтроллера (МК) и драйвера СИД для поддержания постоянного уровня питания внешних СИД. Последовательность символов с носителя информации кодируется двоичной последовательностью символов канала для формирования сигнала управления микроконтроллером 1 по принципу Манчестерского кодирования с доработанным алгоритмом. Данная последовательность символов в качестве электрических импульсов действует как сигнал управления и поступает на драйвер ключа нижнего уровня 4, который через ключ 7 модулирует управляющий сигнал для коммутации внешних СИД. Таким образом производится модуляция света по принципу ООK - On-off keying, то есть переключает режим работы СИД между испусканием света (в состоянии «включено») и неиспусканием света (в состоянии «выключено»). Модулированный оптический сигнал от СИД распространяется в свободном пространстве, после чего достигает фотоприемника, в качестве которого выступает смартфон с камерой. Так как СИД питается от коммерчески-доступного драйвера СИД, который является источником постоянного тока, основной задачей которого является поддержание постоянного уровня питания, необходим потребитель мощности 5, подключенный через ключ 6 к выходу микроконтроллера, чтобы выходная нагрузка на драйвере СИД не изменялась, в связи с конструктивными особенностями драйвера. Потребитель мощности 5 подключается во время нижнего уровня на СИД, чтобы избежать перегорания СИД.
В качестве примера, устройство управления светом реализовано на основе микроконтроллера семейства stm32. В качестве носителя информации использована flash-карта microSD - 4 Гб. Линейный стабилизатор выбран по характеристике 3.3 В для питания микроконтроллера - LM1117T-3.3. В качестве двухканального драйвера ключа нижнего уровня в устройстве управления светом можно использовать UCC37324P. Топология и компонентная база ключей и обвязки не раскрываются.
Данная конструкция устройства управления светом позволила обеспечить канал связи между СИД и камерой смартфона со скоростью передачи данных не менее 3 кбит/с, на расстоянии не менее 1 метра.