技术领域
[0001] 本
发明涉及可见光通信技术领域，具体为一种可见光多媒体数据下载装置和方法。
背景技术
[0002] 可见光通信技术是利用快速亮灭闪烁的光脉冲来传输信息，能够同时实现
LED灯照明与通信的双重功能。该通信技术绿色低
碳、以近乎零耗能实现通信，还有极高的安全性，与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率。
[0003] 目前，人们获取多媒体数据的途径主要是网络，通过WiFi无线网络、3G和4G移动网络等可以获取海量多媒体数据。WiFi无线网络使用便捷，最大的问题是功耗高、安全性低、
稳定性差、且存在很大时延；3G和4G移动网络使用范围广泛，但存在固话资费相对较高，通信速率受到容量限制，
覆盖范围受到地域限制等问题。
发明内容
[0004] 本发明针对上述背景技术中存在的问题，提出一种可见光多媒体数据下载装置和方法，除了具有通信速率高、安全性能高、误码率低和功耗低等优点之外，还可以实现以极低手机数据流量实现大容量多媒体数据下载，让用户可以在任何有该
服务器和终端一体设备的场所下载多媒体数据，有极大的实用性。
[0005] 为实现上述目的，本发明实施方式的一方面提供一种可见光多媒体数据下载装置，包括多个服务器、多个终端和
云端；所述服务器包括主机、蓝牙接收模
块、FPGA
信号处理模块A、触摸显示屏和LED发射单元；所述终端包括PIN探测模块、FPGA
信号处理模块B、USB
接口单元和手机；
[0006] 所述主机与蓝牙接收模块信号连接，用于主机接收来自手机通过蓝牙发送的多媒体数据下载信号或取消多媒体数据下载信号；
[0007] 所述主机通过VGA与触摸显示屏相连，用于触摸显示屏显示服务器所处的工作状态以及通过点击触摸显示屏向主机发送服务指令；
[0008] 所述服务器主机通过网线与云端相连，用于服务器向云端发送服务
请求信号；用于云端向服务器发送服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据；
[0009] 所述主机、FPGA信号处理模块A、LED发射单元依次连接，用于服务器向终端发送多媒体数据；
[0010] 所述PIN探测模块、FPGA信号处理模块B、USB接口单元、手机依次连接，用于终端接收服务器发送的多媒体数据。
[0011] 进一步的，所述LED发射单元包括预均衡
电路、放大电路和LED驱动电路；所述预均衡电路由
电阻R1、R2、电容C1组成，所述电阻R1、电容C1并联连接，输出接电阻R2再接地构成预均衡电路；所述放大电路由电阻R3、R4和
运算放大器AD8066组成，所述预均衡电路的输出接
运算放大器AD8066的同相输入端，所述运算放大器AD8066的
反相输入端通过R3接地，输出端经电阻R4与反相输入端相连构成反馈放大电路；所述LED驱动电路由电阻R6、场效应管Q1、Q2和LED灯组成，所述场效应管Q1、Q2并联连接，源极接地，栅极接电阻R5，漏极与电阻R6、LED灯
串联接5V电源；所述预均衡电路的输入端输入FPGA信号处理模块A输出的调制
编码信号；所述预均衡电路的
输出信号输入放大电路的输入端，放大后的信号通过电阻R5输入LED驱动电路，然后通过LED灯转换为
光信号形式发送出去。
[0012] 进一步的，所述PIN探测模块包括光电探测器PC10-6、第一级放大电路、第二级放大电路和
阈值比较电路；所述第一级放大电路由电阻R7、R8、R9和运算放大器AD8620A组成；所述第二级放大电路由电阻R10、滑动变阻器R11和运算放大器AD8620B组成；所述阈值比较电路由电位器R12和比较器LM393组成，所述比较器LM393的反相输入端与电位器R12的中间调整端相连，电位器R12另外两端一端接地一端接5V电源；所述光电探测器PCI0-6将接收到的光信号转换为
电信号，输入至第一级放大电路的输入端，信号经光电转换和放大后输入至第二级放大电路的输入端，信号经过第二级放大后输入至阈值比较电路的正相输入端，将信号的幅值与阈值比较电路设置好的阈值进行比较，高于阈值的信号输出高电平，低于阈值的信号输出低电平。
[0013] 进一步的，所述服务器中主机的网络接口与云端的网络接口通过网线连接，所述终端的USB接口单元与手机通过数据线连接，所述服务器的LED发射单元与终端的PIN探测模块对齐，三者组成可见光多媒体数据下载的场景。
[0014] 为实现上述目的，本发明实施方式的另一方面还提供一种可见光多媒体数据下载方法，包括以下步骤：
[0015] 1】扫描二维码，服务器和终端开始工作：
[0016] 点击手机APP图标将手机APP打开，手机开始扫描二维码，扫码成功后，服务器、终端准备工作，服务器进入初始状态，触摸显示屏显示对应状态画面，终端也进入初始状态，手机APP上同时也显示对应初始状态画面；
[0017] 2】服务器向云端发送服务请求信号：
[0018] 2.1】通过服务器的触摸显示屏上显示的初始状态画面，用户可以按需在触摸显示屏上进行一系列操作，进行操作后，服务器的主机即可收到服务请求功能指令；
[0019] 2.2】在服务器主机收到服务请求功能指令后，服务器输出服务请求信号，并通过主机网口发送给云端，服务器进入服务请求状态；
[0020] 3】云端接收到服务器发送的服务请求信号，并反馈服务请求结果：
[0021] 3.1】云端通过网线接收到服务器发送的服务请求信号，并将服务请求信号输入至云端
数据库；
[0022] 3.2】云端数据库会将收到的服务请求信号进行数据比对：如果数据比对结果一致则表示服务请求通过，准备通过网线发送服务请求允许信号，云端进入服务请求允许状态；如果数据对比结果存在差异则表示服务请求禁用，准备通过网线发送服务请求禁用信号，云端进入服务请求禁用状态；
[0023] 4】云端传输服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据至服务器：
[0024] 若云端处于服务请求禁用状态，则云端会将服务请求禁用信号发送出去，服务器主机会接收到服务请求禁用信号，云端返回至初始状态，不会传输多媒体数据给服务器；若云端处于服务请求允许状态，则云端会将服务请求允许信号发送出去，服务器主机会接收到服务请求允许信号，云端进入多媒体数据待发送工作状态，准备将用户所需多媒体数据通过网线送到服务器；
[0025] 5】服务器接收云端发送的服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据：
[0026] 5.1】若服务器主机接收到是的服务请求允许信号，则服务器处于服务请求允许状态，并且在触摸显示屏亮显对应状态，再点击触摸显示屏键，则服务器主机会准备接收多媒体数据，服务器进入多媒体数据接收工作状态；若服务器主机接收到是的服务请求禁用信号，则服务器处于服务请求禁用状态，并且在触摸显示屏亮显对应状态，再点击触摸显示屏键，服务器返回到初始状态；
[0027] 5.2】在服务器进入多媒体数据接收工作状态后，则服务器主机开始接收通过网线从云端发送过来的多媒体数据，并将多媒体数据缓存在主机内存，缓存完毕，服务器进入多媒体数据待发送状态，云端返回至初始状态；
[0028] 6】服务器主机发送多媒体数据至终端：
[0029] 6.1】将手机通过数据线连接USB接口单元，打开手机蓝牙
开关，点击手机APP内设键发送多媒体数据下载信号至服务器蓝牙接收模块，蓝牙接收模块接收到多媒体数据下载信号并传输至服务器主机，服务器主机接收到该信号后，开始将缓存在服务器主机内存的多媒体数据发送至终端，服务器进入多媒体数据发送工作状态；也可点击手机APP内设键，发送取消多媒体数据下载信号至服务器蓝牙接收模块，蓝牙接收模块接收到取消多媒体数据下载信号并传输至服务器主机，服务器主机接收到该信号后，清除缓存在服务器主机内存的多媒体数据，服务器返回到初始状态；
[0030] 6.2】在服务器进入多媒体数据发送工作状态后，服务器主机开始将多媒体数据传输至FPGA信号处理模块A，FPGA信号处理模块A将多媒体数据进行调制编码并转发至LED发射单元，LED发射单元开始将处理后的多媒体数据电信号转换成光信号形式，并发射出去；
[0031] 7】终端下载服务器主机缓存的多媒体数据：
[0032] 在服务器进入多媒体数据发送工作状态后，服务器的LED发射单元与终端的PIN探测模块自动对齐，终端的PIN探测模块开始接收多媒体数据光信号，并将其转化为电信号形式，将该电信号放大和比较提取后，送入FPGA信号处理模块B解调解码，FPGA信号处理模块B将解调解码后的多媒体数据通过USB接口单元传送给手机存储，待所需多媒体数据全部下载完成；
[0033] 8】多媒体数据下载完成后的工作选择：
[0034] 手机接收完多媒体数据后，若还需进行其它多媒体数据下载，点击触摸显示屏的触摸键，则服务器返回到初始状态，再重复上述操作即可完成多媒体数据的再一次下载；若需结束多媒体数据下载，点击触摸显示屏的触摸键，将手机从USB接口电路中断开，而后服务器返回到扫码前的非工作状态。
[0035] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0036] 1.可见光通信技术与多媒体数据下载技术相结合，本发明装置采用了一种新型多媒体数据下载技术，通过光通信来下载多媒体数据，用户可以实现以极低的手机数据流量实现大容量多媒体数据的下载。
[0037] 2.通信速率高，本发明装置中的LED发射单元采用了由电阻电容构成的预均衡电路，预均衡是在传输信道中为补偿随后发生的失真而对信号所做的有意改变。通过在信道之前对信号进行滤波，以此来提升LED驱动电路带宽，从而提升可见光通信速率。
[0038] 3.
硬件电路简单，本发明装置中选用了蓝牙接收模块，采用无线通信方式，方便用户通过手机APP发送信号至服务器，极大简化了硬件电路的连接。
[0039] 4.实用性好，本发明装置一般放在大型休闲场所，方便用户能够随时使用来下载多媒体数据，用户体验感好，非常实用。
附图说明
[0040] 图1为本发明装置的组成图；
[0041] 图2为本发明装置的LED发射单元电路原理图；
[0042] 图3为本发明装置的PIN探测模块电路原理图；
[0043] 图4为本发明装置的场景实施图；
[0044] 图5为本发明装置的总体场景实施连接图；
[0045] 图6为本发明装置手机APP界面模拟图；
具体实施方式
[0047] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。
[0048] 如图1所示是可见光多媒体数据下载装置的组成
框图，一种可见光多媒体数据下载装置，包括服务器、终端和云端三大部分；其中服务器包括主机、蓝牙接收模块、FPGA信号处理模块A、触摸显示屏和LED发射单元；终端包括PIN探测模块、FPGA信号处理模块B、USB接口电路和手机。
[0049] 服务器主机与蓝牙接收模块信号连接，用于主机接收来自手机通过蓝牙发送的多媒体数据下载信号或取消多媒体数据下载信号。服务器主机通过VGA与触摸显示屏相连，触摸显示屏可以显示服务器所处的工作状态以及通过点击触摸显示屏向服务器主机发送服务指令。服务器主机通过网线与云端相连，用于服务器向云端发送服务请求信号，用于云端向服务器发送服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据。服务器的主机、FPGA信号处理模块A、LED发射单元依次连接，用于服务器向终端发送多媒体数据。终端的PIN探测模块、FPGA信号处理模块B、USB接口单元、手机依次连接，用于终端接收服务器发送的多媒体数据。
[0050] 如图2所示是可见光多媒体数据下载装置的LED发射单元的电路原理图。LED发射单元包括预均衡电路、放大电路和LED驱动电路。其中预均衡电路由电阻R1、R2、电容C1组成，电阻R1、电容C1并联连接，输出接电阻R2再接地构成预均衡电路；放大电路由电阻R3、R4和运算放大器AD8066组成，预均衡电路的输出接运算放大AD8066的同相输入端，运算放大器AD8066的反相输入端通过R3接地，输出端经电阻R4与反相输入端相连构成反馈放大电路；LED驱动电路由电阻R6、场效应管Q1、Q2和LED灯组成，场效应管Q1、Q2并联连接，源极接地，栅极接电阻R5，漏极与电阻R6、LED灯串联接5V电源。
[0051] 预均衡电路的输入端输入FPGA信号处理模块A输出的调制编码信号，预均衡电路的输出信号输入放大电路的输入端，放大后的信号通过电阻R5输入LED驱动电路，然后通过LED灯转换为光信号形式发送出去。
[0052] 如图3所示是可见光多媒体数据下载装置的PIN探测模块的电路原理图。PIN探测模块包括光电探测器PC10-6、第一级放大电路、第二级放大电路和阈值比较电路。其中第一级放大电路由电阻R7、R8、R9和运算放大器AD8620A组成；第二级放大电路由电阻R10、滑动变阻器R11和运算放大器AD8620B组成；阈值比较电路由电位器R12和比较器LM393组成，比较器LM393的反相输入端与电位器R12的中间调整端相连，电位器R12另外两端一端接地一端接5V电源。
[0053] 光电探测器PC10-6将接收到的光信号转换为电信号，输入至第一级放大电路的输入端，信号经光电转换和放大后输入至第二级放大电路的输入端，信号经过第二级放大后输入至阈值比较电路的正相输入端，将信号的幅值与阈值比较电路设置好的阈值进行比较，高于阈值的信号输出高电平，低于阈值的信号输出低电平。
[0054] 如图4所示是可见光多媒体数据下载装置的展品场景实施图。服务器中主机的网络接口与云端的网络接口通过网线连接，终端的USB接口单元与手机通过数据线连接，服务器的LED发射单元与终端的PIN探测模块对齐，三者组成可见光多媒体数据下载的场景。本发明主要应用于火车站、飞机场、大型超市、休息场所、大型娱乐场所等需浪费很多休闲时间的公共场所，服务器和终端接收部分为一体机，将其放置在上述场所中人流量大的
位置，服务器主机通过网线连接场所网络，从而可以
访问云端。
[0055] 如图5所示是可见光多媒体数据下载装置的总体场景实施连接图，本发明装置可以放置在不同的场所，一个场所可以放置多台该装置，一台该装置可在不同时间段连接不同手机用户，所有装置通过场所网络访问同一个云端。
[0056] 如图6所示是触摸屏按键模拟图，其为触摸显示屏模拟画面，包含本发明装置工作需要操作的指令键以及显示结果。
[0057] 如图7所示是手机APP界面模拟图，其为手机APP模拟画面，包含用户下载多媒体数据需通过手机APP操作的指令键。
[0058] 本发明提供一种基于可见光通信的多媒体数据下载的方法，具体实施步骤如下：
[0059] 1扫描二维码，服务器和终端开始工作：
[0060] 上电伊始，服务器和终端装置处于非工作状态，服务器的触摸显示屏只有一个二维码画面等待被扫描。当有用户使用本发明装置时，只需点击手机APP图标将手机APP打开，点击手机APP界面“手机扫码”栏下“启动”键，对准二维码画面，二维码扫描成功，则服务器进入初始状态，通过触摸显示屏显示对应状态画面，终端也进入初始状态，手机APP上同时显示对应初始状态画面。
[0061] 2服务器发送服务请求请求信号至云端：
[0062] 2.1触摸显示屏会显示出有海量多媒体资源供用户选择下载，用户
选定好所需多媒体资源后，在触摸显示屏界面中点击“服务请求”栏中的“启动”键，使触摸显示屏向服务器主机发送服务请求功能指令。
[0063] 2.2在服务器主机接收到服务请求功能指令后，服务器会输出服务请求信号，并通过网线发送给云端，服务器进入服务请求状态。
[0064] 3云端响应服务请求信号，并反馈服务请求结果：
[0065] 3.1云端开始响应服务器发送的服务请求信号，云端通过网线接收到来自服务器发送的服务请求信号，然后将服务请求信号输入至云端数据库，云端数据库会将接收到的服务请求信号进行数据比对，以判断是发送服务请求允许信号还发送是服务请求禁用信号给服务器。
[0066] 3.2若云端数据库数据比对结果一致则表示服务请求通过，准备通过网线发送服务请求允许信号至服务器，云端进入服务请求允许状态；若云端数据库数据对比结果存在差异则表示服务请求禁用，准备通过网线发送服务请求禁用信号至服务器，云端进入服务请求禁用状态。
[0067] 4云端发送服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据至服务器：
[0068] 若云端处于服务请求允许状态，则在云端将服务请求允许信号经网线发送出去后，云端会准备将用户所需多媒体数据通过网线发送给服务器，云端进入多媒体数据待发送状态；若云端处于服务请求禁用状态，则在云端将服务请求禁用信号经网线发送出去后，云端不会传输多媒体数据给服务器，云端返回至初始状态。
[0069] 5服务器接收云端发送的服务请求允许信号或服务请求禁用信号、多媒体数据：
[0070] 5.1服务器主机开始响应服务请求允许信号或服务请求禁用信号，服务器主机通过网线接收到来自云端发送的服务请求允许信号或服务请求禁用信号，并将其送至触摸显示屏显示服务请求结果，使得触摸显示屏界面中“服务请求结果显示”栏下“允许”或“禁用”字亮显。
[0071] 5.2若亮显“禁用”字，则表示所需多媒体资源云端中不存在，点击触摸显示屏界面中“服务结束”栏下的“继续”或“退出”键，点击“继续”键表示继续新的多媒体数据的下载，服务器返回初始状态；点击“退出”键表示服务器退出下载工作，服务器返回到扫码前的非工作状态。若亮显“允许”字，则表示所需多媒体资源云端中存在，点击触摸显示屏界面中“多媒体数据”栏下的“下载”或“取消”键，点击“下载”键表示服务器主机开始接收多媒体数据，服务器将进入多媒体数据接收工作状态，点击“取消”键表示用户放弃下载该资源，服务器返回初始状态。
[0072] 5.3一旦点击“下载”键后，云端会将多媒体数据通过网线发送到服务器主机。服务器主机开始接收多媒体数据并缓存至主机内存，待所需多媒体数据全部缓存至服务器主机内存。
[0073] 6服务器主机传输多媒体数据至终端：
[0074] 6.1将手机与USB接口单元通过数据线连接，打开手机蓝牙开关，点击手机APP界面“多媒体数据”栏下的“下载”或“取消”键，以此用户可以选择是否下载多媒体数据至终端。
[0075] 6.2若点击的是“取消”键，则手机发送取消多媒体数据下载信号至服务器蓝牙接收模块，蓝牙接收模块接收到取消多媒体数据下载信号并传输至服务器主机，表示用户放弃下载多媒体数据到终端，缓存在服务器主机内存的多媒体数据会自动清除，服务器返回至初始状态；若点击的是“下载”键，则手机发送多媒体数据下载信号至服务器蓝牙接收模块，蓝牙接收模块接收到多媒体数据下载信号并传输至服务器主机，表示用户同意将缓存在服务器主机内存的多媒体数据通过可见光通信传输至终端，服务器进入多媒体数据发送工作状态。
[0076] 7终端下载服务器主机缓存的多媒体数据：
[0077] 7.1在服务器进入多媒体数据发送工作状态后，手机通过USB接口单元开始接收服务器传送的多媒体数据，服务器主机将缓存的多媒体数据经FPGA信号处理模块A调制编码后传输至LED发射单元，服务器的LED发射单元与终端的PIN探测模块自动对齐，LED发射单元将调制编码后的多媒体数据电信号转换成光信号形式，并发射出去。
[0078] 7.2PIN探测模块会将接收到光信号并将其转
化成电信号形式，并将该电信号放大和比较提取后，送入FPGA信号处理模块B解调解码，FPGA信号处理模块B将解调解码后的多媒体数据通过USB接口单元传送给手机存储，待所需多媒体数据全部下载完成。
[0079] 8手机下载完多媒体数据后的工作选择：
[0080] 8.1手机端下载完多媒体数据后，可点击手机APP界面“处理结束”栏下的“返回”或“退出”键，分别表示等待新多媒体数据的下载和多媒体数据下载完成退出手机APP。
[0081] 8.2服务器将缓存的多媒体数据下载至手机后，点击触摸显示屏界面“处理结束”栏中的“继续”或“退出”键，分别表示准备发送新的服务请求信号和服务结束。若点击“继续”键，则服务器重新进入初始状态，依照上述步骤即可下载新的多媒体数据；若点击“退出”键，则服务器返回到扫码前的非工作状态，要使服务器重新工作，手机APP重新扫描二维码，即可使服务器重新进入初始状态。
[0082] 以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
