HK1044061A1 - 使用发光二极管并发显示和数据通信的系统和方法 - Google Patents

Description

使用发光二极管并发显示和数据通信的系统和方法

本申请要求在本申请的申请日一年内在美国申请的四个临时申请的优先权—美国序号60/078,686；60/078,684；60/082,626；以及60/078,691。

本申请涉及LED显示系统和数据通信领域。具体地说，本发明提供一种使用LED作为并发显示和数据通信部件的并发显示和数据通信系统和方法。本发明还提供所发明的并发显示和数据通信系统的多种应用。

本发明提供一种基于使用由一个或多个发光二极管(LED)发射的可见光的数字信息的调制和编码的并发信令和数据通信系统。根据本发明的通用系统包括耦合到各个计算机系统的发射机和接收机电路。发射机还耦合到LED信标，LED点阵显示器，或可用于同时显示和数据通信的其它LED配置。耦合到发射机的计算机用于控制LED的数据通信功能，并且还用于控制系统的显示功能。一个分离计算机可以替换地用于控制与数据通信功能不同的显示功能。耦合到接收机的计算机解释经发射机和接收机之间的光链路通信的数据，并且可以将该信息显示给系统的用户。提供两个发射机和接收机设计，一个用于非多任务分配环境，另一个设计用于多任务分配环境。提供该通用系统的几种应用，包括车速限定应用，车辆位置和指引系统应用，以及一个便携式旅行者信息和位置系统应用。

另外，该通用系统包括在耦合到LED发射机的一个或多个计算机上运行的一个或多个可执行计算机程序。这些可执行计算机程序提供用于系统的数据传输功能的软件控制，以及还提供用于LED信标或显示点阵显示的字符，装饰模式或消息的显示控制。接收机包括一个用于将来自LED的光线聚焦到一个光电检测器的透镜系统。使用适当的电子器件以及接收计算机内的可执行计算机程序，解调来自LED的光线发射的信息以提供发射数据。与LED分开一段距离定位接收机，并将其设计为解调光发射数据并且接着在相关的计算机存储或显示编码消息。为消除由调制数据信号所引起的LEDs内的闪烁，使由发射机接通/断开LED的频率足够高以便由LED发射的光对人眼来说看起来为恒定照明。

根据本发明的教导，除其作为指示和照明设备的常规功能之外，可将LED用作用于信息和数据的传输和广播的一个通信设备。因此，LED显示(或照明)部件成为开放空间，无线光通信系统的一部分。

在一个方面上，本发明提供一种新的短射程信标以支持车辆到路边通信。提供其中这种数据传送最为有利的很多应用。例如，交通灯可以由具有本发明所述的并发数据传输功能(以及显示功能)的LED构成。汽车驾驶员使用接收机以得到来自交通灯的消息。这些消息可以包括诸如街道名称，速度限制，路况，或最近的医院或加油站的位置之类的位置和当前交通信息。或者驾驶员可以通过光数据链路检查他的电子邮件。其它应用包括从一个计算机到另一个计算机，或者一个便携的双向信息传输和接收系统的文件传送。使用这样的双向系统，一个学生可以使用他/她的笔记本计算机通过一个光数据链路将他/她的作业问题下载到位于教室前部的指导老师的计算机。

根据本发明的另一个方面，提供一个并发信令和数据通信系统，包括一个数据显示和通信系统，一个数据接收系统，以及耦合到数据显示和通信系统的一个或多个LED，LED发射一个可见显示信号和一个调制数据通信信号，从而作为并发部件进行操作。

本发明的另一个方面提供一个车速限定系统，包括一个同时作为可视显示部件和数据通信部件操作的并发显示和数据通信部件，其中由并发显示和数据通信部件发送的数据是车速限定数据，和一个用于从并发显示和数据通信部件接收所发送的车速限定数据并用于处理所接收的数据的汽车内数据处理接收机。

本发明的再一个方面提供一个汽车位置和指引系统。该系统包括一个同时作为可视显示部件和数据通信部件操作的并发显示和数据通信部件，其中由并发显示和数据通信部件发送的数据包括位置和指引信息，和一个用于从并发显示和数据通信部件接收所发送的位置和指引信息并用于处理所接收的数据的汽车内数据处理接收机，该接收机包括一个中央处理单元，一个可见光接收机模块，以及一个定位模块。

本发明的再一个方面提供一种便携式旅行信息和位置系统。该系统包括一个同时作为可视显示部件和数据通信部件操作的并发显示和数据通信部件，和一个用于接收由并发显示和数据通信部件所发送的数据并将该数据显示给便携式旅行信息系统的用户的便携式旅行信息系统。

应该注意到这些仅是本发明很多方面中的某些方面。通过阅读下面陈述的详细描述未特定列出的其它方面将变得显而易见。

与当前公知的数据通信系统相比本发明提供很多优点。在实施权利要求书所述的本发明时并非同时具有所有的这些优点，下面所列出的仅是可以提供，单独的或组合的优点类型的说明。这些优点包括：(1)并发操作LED信标或其它类型的显示以同时显示某些操作条件的指示灯的模式以及还发送调制数字数据的能力；(2)提供两种类型的接收机/发射机电路，一种用于非多任务分配环境，另一种用于多任务分配环境；(3)本发明的发射机和接收机之间的光链路处于当前未被FCC或其它类似的管理机构管理的电磁频谱部分；(4)短射程操作；(5)低成本；以及(6)易于调度。

如根据优选实施例所详细描述的，这些仅是本发明的很多优点中的一些优点。正如可以认识到，本发明可以是其它以及与下面特定列出的实施例不同的实施例，并且其细节可以在各个方面进行修改，所有这些都不脱离本发明。因此，优选实施例的附图和描述仅被认为是示意性的，而不具有限定性。

图1是根据本发明使用一个LED光信标作为并发部件的通用并发显示和数据通信系统的示意图；

图2是根据本发明使用一个LED点阵显示作为并发部件的通用并发显示和数据通信系统的示意图；

图3列出用于本发明的一个数据帧的典型通信协议；

图4是用于本发明的并发显示和数据通信系统的优选数字数据发射机的方框图；

图5是用于本发明的并发显示和数据通信系统的优选数字数据接收机的方框图；

图6是用于本发明的并发显示和数据通信系统的具有一个存储缓冲器的替换数字数据发射机的方框图；

图7是与图6中的替换数字数据发射机有关的操作条件的示意图，其中所包括的串行输入/输出设备读时间低于耦合到数据发射机的PC；

图8是与图6中的替换数字数据发射机有关的操作条件的示意图，其中所包括的串行输入/输出设备读时间高于耦合到数据发射机的PC；

图9是用于本发明的并发显示和数据通信系统的具有一个存储缓冲器的替换数字数据接收机的方框图；

图10是与图9中的替换数字数据接收机有关的操作条件的示意图，其中未接收到空闲字节；

图11是与图9中的替换数字数据接收机有关的操作条件的示意图，其中在帧之间接收到空闲字节；

图12是解释帧中的差错源的定时图；

图13是将LED用于交通灯，街道灯，消息显示牌或路标的本发明的并发显示和数据通信系统的车速限定应用的图；

图14是与图13所示应用有关的可见光LED发射机的图；

图15是与图13的车速限定应用所示应用有关的车内系统的方框图；

图16是与图15所示的车内系统有关的可见光发射机模块的方框图；

图17是将LED用于交通灯，街道灯，消息显示牌或路标的本发明的并发显示和数据通信系统的汽车定位和指引系统的图；

图18是与图17所示的系统应用有关的惯性定位模块的方框图；

图19是将LED用于交通灯，街道灯，消息显示牌或路标的本发明的并发显示和数据通信系统的便携式旅行信息系统的图；

图20是一个优选的便携式旅行信息和位置单元的方框图；和

图21是用于图21所示的便携式旅行信息和位置单元的典型用户接口的示意图。

1.使用LED的并发显示和数据通信系统

现在回到附图，图1列出根据本发明使用一个LED光信标14B作为并发部件的通用并发显示和数据通信系统的示意图。本发明的这一部分按照在使用在单工模式(即，单向数据传送)操作的光信道(或链路)的两个计算机系统之间的通信和信令描述了本发明系统的一般应用。此外在这部分还公开了将本发明用于数字数据发射机和数字数据接收机的两个设计(设计一和设计二)。下面结合图4，5，6和9讨论这些设计。下面涉及数字通信的讨论还包括：(i)误码率；(ii)协议设计；以及编码方案。

图1示出使用LED灯标14B的两个计算机10，12之间的数据通信和信令。在发射机一侧，计算机10通过发射机电路14A经并行口18耦合到LED灯标14B，并行口18一般与计算机10相关。下面详细描述发射机电路14A的实施例。另外，计算机10操作一个可执行计算机程序，该程序用于格式化和控制经光链路的数据传输。一个或多个LED 14B可用于发射光信号，LED 14B当前作为可视信令设备和数据通信部件操作(即，由LEDs14B发射的光起信令机构以及数据通信机构的作用)。在接收机一侧，最好具有一个或多个与接收机电路16，与到另一个计算机12的并行接口电路18有关的光电检测器，计算机12可能是一个PC，工作站，笔记计算机，或嵌入式处理器。耦合到接收机(尽管未示出)的还有一个用于将来自灯标14B的可见光聚焦到一个相关的光电检测器或其它光检测部件的适当的透镜部件。从LED发射机14B发射到接收机16的数据通信信号最好被格式化为由计算机12接收的多个数据帧，并且可以被解包并在计算机上显示。

图2是使用LED点阵显示22作为并发部件的根据本发明的通用并发显示和数据通信系统的示意图。该LED显示面板22用于以信息的并发显示的形式提供可见消息信号，以及数据传输。该系统的传输侧包括两个计算机10A，10B。计算机10A中的一个用于控制并发LED显示22的数据通信功能，而另一个计算机10B控制LED点阵22的信息显示功能。这些计算机10A，10B通过一个适当的接口电路20耦合到LED点阵22，该接口电路20可以包括一个发射机电路(与图1中的14A以及下面讨论的14A的实施例类似)，并且还可以包括用于控制点阵22的显示功能的电路。作为一种替换，取代用于控制点阵22的计算机10A，10B，可以仅使用一个计算机通过接口电路20管理两个功能。一个可执行计算机程序运行在这两个计算机上，一个计算机用于控制显示的数据通信功能而另一个计算机用于显示面板22上的字符，装饰模式或消息的可视显示控制。

通常，存在两种类型的用于IBM-兼容个人计算机(PC)的操作系统，如图1和2所示：DOS，Windows。DOS OS是用于PC的较老类型的操作系统。其特征是其单任务(即，非-多任务分配)，命令驱动的环境，在微软引入的Windows 3.1或95之前DOS OS用于所有的IBM-兼容PC。图4和5所示的数据发射机和接收机(无存储缓冲器)的第一种设计(设计一，下面)是用于非-多任务分配环境的发射机和接收机版本。在Windows 95环境下，OS对所有运行程序具有偶然中断，就好象处于多任务分配环境一样。这些中断将影响数据传输过程并且可能丢失某些数据。在DOS环境下不存在这样的问题。因此，图4和5的数字数据发射机和接收机的优选设计不能用于Windows95环境而提供图6和9所示的另一个版本(设计二)用于多任务分配环境。该第二个设计是基于将存储缓冲器附加到接口电路。

在回到讨论用于数据发射机(14或22)和接收机(16)的两个设计之前，考虑本发明的几个数据通信方面是有益的，包括：(i)误码率；(ii)协议设计；和(iii)编码方案。

A.误码率(BER)

发明者已经建立了本申请所述的数据通用通信系统的误码率(“BER”)的测试。诸如帧尺寸，数据率，照明环境，距离，以及数据帧的位模式之类因素被改变，以便不同条件下的BERs具有不同的特征。使用发射机和接收机之间的直接视线建立该测试。这些因素改变如下：(1)振荡器频率：62.5kbps/125kbps/250kbps/500kbps；(2)环境：正常/黑暗/干扰；(3)距离：2.5ft/3ft；(4)信号模式：0101.../0011...；以及(5)帧尺寸：1kbyte/2kbyte/5kbyte。

以C++语言编写的程序有助于上述测试。该程序可以记录包括平均误码率，帧内的最大误码以及误码的分布的条件的各种组合。每个测试可以使用1兆数据的传送。可以使用具有低于或等于500kbps的位速率的所有条件的组合，并且该测试可以被重复多次。该测试使BER如此低以至其不能由现有的实验设备进行测试。这样，本发明的BER被认为是可接受的。

B.协议设计

图3示出适用于在发射机(14或22)和接收机(16)之间的图1和2所示的光链路上的数据传输的一个通信协议的实例，使用该协议，从发射机到接收机通信的数字数据流被转换为一组数据帧30。每个帧30最好由1024字节组成，尽管可以使用其它帧尺寸。在一个优选帧，具有48个数据块，每个数据块20字节。在每个数据块36的开始增加开始字节34(“Stx”)。此外，在每个帧30开始和接近结束时增加同步字节32(“Sync”)，在帧的结束具有两个空闲字节38。

用于Sync32的字节数一般应比一个数据块36长，因此即使18字节数据块36具有恰好等于Sync字节32的模式，接收机仍能区分它们。Stx字节34的功能是指示数据块36的开始，并且允许Sync字节32和数据字节36被区分。在运行上，接收机计数Sync字节32的数目。如果接收的Sync字节32的数目大于一个确定值(例如，大于25)，该值大于数据块36的尺寸，则接收机可以知道其处于一个帧的开始或一个帧的结束。将32字节指定给处于帧开始的Sync字节32，以及处于结束的30字节，以便给出计数Sync字节数目的某些余量。

在结束时增加两个空闲字节38以分开帧30。这些空闲字节38还用于同步发射机(14或22)和接收机16之间的定时。当未发送数据时，从发射机(14或22)连续送出空闲字节38。

在数据传输的开始，接收机16将接收空闲字节38，该空闲字节也用于同步。当接收Sync字节32时，接收机16将停止同步过程并计数Sync字节32。如果Sync字节32的数目达到一个确定量(例如，25)，则接收机将下面的字节作为数据块36进行处理。接收机16接着复位计数器并再次计数Sync字节32的数目。如果Sync字节32的数目达到一个确定量(例如，25)，则接收机16将知道其处于帧30的结束，并且接着使用空闲字节38再次用于系统同步。

应该注意到尽管在图3描述了一个特定的协议，但这只是可用于本发明的多种类型的格式化和成帧化中的一个实例。

C.编码方案

人眼对于光强度非常敏感。在本申请所述的发射机和接收机之间的优选光链路，数字数据通信处理不应该影响LEDs的光强度，否则LEDs的显示过程将出现闪烁。因此，提供一种用于在正常数据通信期间保持恒定光强度的编码方案。该优选编码方案是使用Manchester编码。在Manchester编码，一个数据比特被映象为两个数据比特。例如，数据“0”被映象为具有上升沿的“01”，而数据“1”被映象为具有下降沿的“10”。

使用Manchester编码具有三个优点。首先，其易于实现。第二，其提供一个从发射机到接收机的附加计时信号。第三，其保持具有50％工作循环的恒定LEDs亮度。然而，该编码方案需要两个比特以表示一个数据比特，并且由此二等分系统带宽。使用Manchester编码，图3所述的1024字节的数据帧仅发送512字节的实际数据。尽管Manchester编码是本发明的优选编码方案，应该认识到也可以使用很多其它的编码技术，并且这些都处于本发明的范围之内。

已经描述了本发明的通用并发显示和数据通信系统，以及几个与光数据通信链路有关的问题，现在给出用于发射机(14或22)以及接收机(16)的两种设计。图4和5描述第一种设计，而图6-12描述第二种设计。正如前面所指出的，设计一最好用于操作DOS的PC(或嵌入式)计算机(或其它非多任务分配操作系统)，而设计二用于诸如微软Windows之类的多任务分配操作系统。应该注意到这两种设计仅是可用于操作优选的并发显示和数据通信系统的发射机和接收机类型的示意性说明。其它的设计也是可能的并且处于本发明的范围之内。

回到附图，图4是用于本发明的并发显示和数据通信系统的优选数字数据发射机40的方框图。该设计(设计一)最好用于操作一个非多任务分配操作系统的PC，工作站，或嵌入式计算机。发射机40可被耦合到图1所示的信标LED14，或图2所示的LED点阵显示器22。该优选发射机40包括：并行口接口42；数据锁存器44；接口控制电路43；系统振荡器56；系统控制电路50；波特率预标量58；循环计数器54；并行到串行转换器48；以及数据发射机46。

PC(10A，10B或12)的并行口取代RS232口(串行口)用于数字数据传输。这是比较可取的，因为RS232协议可以改变LEDs的亮度并具有一个低的数据率。发射机40的一般功能是将来自PC的并行数据转换为连续的串行数据数据串，以便其可以通过发射机和接收机之间的光链路被发送。也可以使用与上述类似的协议和编码方案。在这种情况下，在耦合到发射机40的计算机上运行的软件(一个可执行程序)包括用于根据所选择的协议和编码方案格式化数据的软件指令。

发射机40包括一个提供一个高频信号(“SYSOSC”)给波特率预标量58的系统振荡器56，该波特率预标量58是用于振荡器信号分频的二进制计数器。该电路58提供一个用于发射机40的可编程系统时钟频率(“SYSOSC”)，因此传输率基于该系统可操作的应用和条件改变。

数据锁存器44从PC的并行口42接收并行数字信号。数据锁存器44是一个具有3态输出的八进制D-型触发器。当其接收来自PC的信号时，输入到数据锁存器44的并行数据被锁存在到并行到串行转换器48的输出上(缓冲数据，8位)。

循环计数器54和系统控制器50电路用于控制传输的定时。耦合到这些电路的是SysINIT信号，这是来自PC的系统初始化信号。循环计数器54是一个预设定的同步4位加法/减法计数器。其提供一个用于通过系统控制电路50解码状态的3位计数器S[0..2]，系统控制电路50提供一个用于其操作的系统控制功能。当来自循环计数器54的信号S[0..2]全部为零时，发射机时钟信号TXCLK为低并且锁存并行到串行转换器48的输入上的数据。

来自系统控制电路50的GetBuff信号连接到接口控制电路43的时钟信号，接口控制电路43可以是一个J-K触发器。GetBuff的下降沿转换J-K触发器的状态使得BuffCLR为低以指示发射机40准备好接收来自用于传输的并行口的数据。

并行到串行转换电路48用于将并行数据转换为串行数据并且其被来自系统控制电路50的定时信号TXCLK控制，其中并行到串行转换电路48是一个8位并行输入/串行输出移位寄存器。

接口控制电路43还用于产生回到PC的握手信号。接口控制电路43是一个具有复位负边沿触发电路的双J-K触发器。其J和K输入被连接到其自身的输出。当数据未被发送时，StrData信号为0，该信号清零触发器，因此其输出为1。当在数据传输期间StrData被设定为1时，触发器的输出被设定为0。因此，该触发器的功能是提供回到个人计算机的缓冲清零信号(BuffCLR)。

接口控制电路43还用于产生回到PC的错误信号。当8位数据字节传输之后StrDATA未设定为低时接口控制电路43产生回到PC的错误信号。在这种情况下，将系统错误信号(SysERR)设定为0并且将其发送到PC以指示存在8位数据的两倍传输的错误(复制传输)。

在由转换器48将一个特定的8位数据字节转换为适当的串行数据流之后，该数据(“TxData”)出现在数据传输电路46，数据传输电路46放大这些串行信号用于耦合到光源(例如图1的LED信标，或图2的点阵显示)。

图5是用于本发明的并发显示和数据通信系统的优选数字数据接收机60的方框图。设计接收机模块60使得可以使用一个或多个光电检测器或其它类型的光检测设备接收数字数据。接收机60接收所发送的光信号并将所接收的串行数据转换为具有适当定时的并行8位数据接着通过其并行口将该数据传送到所连接的PC。图5所示的该数字数据接收机60的优选实施例包括：并行口接口62；数据锁存器66；数据接收机68；串行到并行转换器70；接口控制电路76；sync同步电路78；系统振荡器82；波特率预标量80；循环计数电路74；和系统控制电路72。下面描述这些优选部件的操作。

接收机60包括一个向波特率预标量80提供高频信号(“SYSOSC”)的系统振荡器，波特率预标量80是用于振荡器信号分频的二进制计数器。使用这些电路80，82，可以选择用于接收机60的不同的系统时钟频率以便匹配相关的发射机40的传输率。

串行到并行电路70是一个8位串行输入/并行输出移位寄存器，8位串行输入/并行输出移位寄存器用于将串行数据转换为到数据锁存器66的并行数据。串行到并行电路70由来自系统控制电路72的定时信号RXCLK控制。该数据锁存器66锁存用于PC的并行口的62的并行数字数据。数据锁存器66是一个具有3态输出的八进制D-型触发器。当PC要得到数据时，来自PC的信号GetDATA启动数据锁存器66的输出。接着，由于用于存储缓冲数据的信号(“StrBUFF”)到达数据锁存器66，将其输入的并行数据锁存到其输出。

循环计数器74和系统控制器72电路用于控制在接收机接收输入的数据的定时。来自sync同步电路78的同步计数器信号SynCNTR用于系统同步的目的。循环计数电路74是一个预设定的同步4位加法/减法计数器。其提供一个用于解码系统控制电路72的状态的3位计数器S[0..2](3到8行解码器)，系统控制电路50提供一个用于其操作的系统控制功能。

系统控制电路72是一个3到8行解码器。其接受来自循环计数电路74 S[0..2]的计数器输出。当所有的输入位S[0..2]为高时，通过系统控制电路72将信号StrBUFF发送到数据锁存器66，以便锁存数据。在主时钟频率的1/8时锁存该数据，以便在适当的时间锁存来自串行到并行电路70的移位数据。还将StrBUFF信号发送到接口控制电路76，该电路将数据准备好信号(“DataRDY”)传播到PC。如果接口控制电路76不能接收GetDATA信号，则将系统错误信号SysERR发送到PC。这就指示在重写输入8-位数据中存在错误。

为同步系统时钟与所接收的数据，PC将SysSYNC信号发送到sync时钟电路78。这就能够通过SynCNTR信号暂停和复位波特率预标量80和循环计数电路的计数值直到sync时钟电路78通过RXDATA接收到输入数据的下降沿为止。接着，其发送SysLOCK信号到PC以指示系统已与输入数据同步。

已经详细描述了用于非-多任务分配操作系统的发射机和接收机的优选设计，现在描述第二个设计(设计二)。该第二个设计最好用于具有多任务分配操作系统的计算机。图6-12描述该设计的优选实施例。

图6是用于本发明的并发显示和数据通信系统的具有存储缓冲器的一个优选数字数据发射机110的方框图。该设计(设计二)最好用于具有诸如微软Windows之类的多任务分配操作系统的计算机。在已有设计中，发射机110经并行口接口126耦合到PC(或膝上型或嵌入式计算机)的并行口18。该电路的优选实施例包括：定时控制电路112；握手电路114；用于发射机的第一地址发生器116；串行输入/输出(5IO)电路118；多路复用器120，双口RAM缓冲器122；以及用于PC的第二地址发生器124。

发射机最好设计为能够使数据通过PC中的并行口18被发送。然而，在Windows95的环境下，存在到并行口的周期性的中断，在中断期间不传送数据。这样，在中断周期内不具有存储缓冲器的发射机在发送数据中出现严重的延迟。因此，提供具有存储缓冲器的数字数据发射机以便数据可以通过光链路无中断地被发送。

图6所示配置的另一个优点是发射机在硬件中实现某些要求的通信协议。这可以简化软件设计和发射机的定时控制。接着该计算机集中在将数据写入到存储缓冲器。

双口RAM122用作发射机110内的存储缓冲器。因为双口RAM允许同时读和写数据，所以使用这种类型的存储器，这也简化了设计。还可以使用分页存储器管理的技术。将双口RAM122分为称为存储器页面的两个部分。当PC将数据写入到一个页面存储器时，发射机正在读，并从另一个存储器页面送出数据。在来自一个页面的写和读完成之后，交换存储器页面，并且发射机正在从PC已将数据写入的交换页面读数据以用于传输。一个串行I/O电路118(SIO)用于将来自PC的并行数据转换为串行数据流以用于传输到接收机。

在实现图6所示的设计时还存在应考虑的与数据读和写的定时有关的两个操作条件。在下面的描述中，tPC表示PC完成写一页所用的时间，以及tSIO表示SIO电路118完成读一页所用的时间。下面描述图7和8示出的两个条件。

图7是一个与图6中的数字数据发射机有关的操作条件的示意表示，其中所包括的串行输入/输出设备读时间低于耦合到数据发射机的PC，tPC＜tSIO，即，SIO读时间低于PC写时间。如图90所示，当SIO118正在比较慢地读一个数据块时，PC写一个数据块，PC仅等待SIO电路118以完成数据读并且接着交换存储页面。

图8是一个与替换数字数据发射机有关的操作条件的示意图，其中所包括的串行输入/输出设备读时间比耦合到数据发射机的PC快-(2)tPC＞tSIO，即，SIO读时间比PC写时间快。如该图所示，当PC写一个数据块比SIO118读一个数据块慢，在SIO118已经读和发送该数据块之后SIO118仅发送空闲字节(前面描述的)。在PC已完成写一个数据块之后，接着交换存储器页面以用于另一个页面的传输。

回到图6，示出使用一个双口RAM作为一个存储缓冲器的数字数据发射机的方框图。耦合到图6所示的电路是一个并行口接口126。该接口将8位数据线，四个输出控制插针和两个输入控制插针连接到用于数据传送和握手的发射机电路。8位数据线表示由发射机110发送(串行)的数据字节。四个输出控制插针被称为#INIT，#PCStore，FrameStx以及PCNext。两个输入控制插针被称为TerPC和TerSIO。

#INIT输出控制插针用于初始化发射机。#PCStore是一个指示将数据写入双口RAM122的信号。FrameStx用于复位PC和SIO124，116的地址发生器(地址计数器)。PCNext用于增加每个8位数据字节的地址计数器。TerSIO用于指示SIO118是否已完成送出一个存储器页面的数据。以及TerPC用于指示PC是否已完成写入一个存储器页面数据。

PC和SIO的两个地址计数器124，116最好为分开的计数器。这两个计数器由信号PCNext以及INC(来自定时控制电路112)增加以产生双口RAM 122的地址。这两个计数器由来自PC的FrameStx信号复位。它们还产生被称为TerSIO以及TerPC的两个信号以分别指示SIO和PC的存储器存取结束。

包括一个握手电路114以用于交换存储器页面，还决定何时选择由SIO 118送出的空闲字节。握手电路114从两个地址发生器读两个信号，TerSIO以及TerPC，并产生被称为PC-MSB，SIO-MSB，以及SelSync的三个输出。PC-MSB是存储器的PC侧上的双口RAM122的地址的最高有效位以及SIO-MSB是存储器的SIO侧上的双口RAM122的地址的最高有效位。当PC-MSB被设定为高时，SIO-MSB必须被设定为低，反之亦然。当握手电路114观察到TerSIO和TerPC已被设定，其变换PC-MSB和PC-SIO的状态，以便可以交换存储器页面。另外，当TerPC被设定为在TerSI之后为低时握手电路114将SelSync设定为高。SelSync信号用于选择SIO118是否发送了空闲字节或双口RAM数据。

定时控制单元112用来产生用于SIO 118的定时控制的三个信号。这些信号是BitShift，StrBuff和INC。BitShift是用于SIO118的时钟信号以便移位来将并行数据转换串行输出数据。每8位周期发出StrBuff，以便并行8位数据存储在SIO118上的缓冲器以用于传输。以及INC用于增加双口存储器122的SIO侧上的地址发生器116。SIO118是一个移位寄存器以便将并行数据线移位为串行输出(TxDataOutput)以驱动并发显示和数据通信系统的LEDs。

图9是一个同于本发明的并发显示和数据通信系统的具有存储器缓冲器的数字数据接收机的方框图。结合图6所示的发射机(未示出)使用该设计。该优选的接收机150设计包括：并行口接口168；同步电路152；SIO电路154；锁存器156；双口RAM缓冲器158；用于双口RAM缓冲器158的SIO侧的地址发生器160；握手电路162；定时控制电路164；以及用于双口RAM缓冲器158的PC侧的地址发生器166。

除增加了同步电路152和Sync计数器之外，接收机的设计在很多方面与图6所示的具有存储缓冲器的发射机的设计类似。双口RAM158用作接收机内的存储缓冲器，与相应的发射机电路类似。也可以使用上述的分页存储器管理技术。根据该技术，双口RAM 158被分为两个存储器页面。当PC从存储器内的一个页面读出数据时，接收机将接收并写入数据到另一个页面。在完成一个页面的写和读之后，交换存储器页面，接着PC从接收机刚将数据写入的交换页面读出用于传输的数据。串行I/O(SIO)电路154用于将串行数据转换为并行数据，与图6的发射机电路所用的方式相反。

在实现图9所示的设计时应考虑与来自发射机的空闲字节的接收有关的几个操作条件，以及差错帧的来源。在下面描述的图10-12示出这三个条件。

图10是与图9中的数字数据接收机有关的操作条件的示意图，其中未接收空闲字节。在数据传输期间，当发射机未送出任何空闲字节时出现这种情况。当发射机的PC正在比发射机的SIO能够发送的数据快地送出数据时也出现这种情况。图10示出在这种情况下接收机接收数据所需的定时(130)。接收机的PC将等待由接收机的SIO154填充的另一个存储器页面。在SIO 154已接收一个页面之后，PC开始从刚被SIO写入的页面读出数据。

图11是与图9中的数字数据接收机有关的操作条件的示意图，其中在帧之间接收空闲字节。当发射机的PC比发射机的SIO慢地送出数据时出现该情况。图11示出该情况下接收机接收数据所需的定时。接收机的PC将等待下一个输入帧的开始。在SIO 154已接收一个页面开始之后，PC开始从刚被SIO写入的页面读出数据。

接收机接收一个帧与该空闲字节的时间应当比PC读出一个存储器页面(即，一帧)的时间长。同样，可能出现差错并且存在丢失一个帧的可能。然而，如果PC写入发射机侧的存储器页面的时间比PC读出接收机侧的存储器页面的时间长，则与SIO传输率无关。在图12解释该特点。

图12是解释帧中的差错来源的定时图。如该图所示，发送空闲字节的时间基于时间Tpc Tx。如果Tpc tx增加，则用于发送空闲字节的时间也增加。这意味着允许接收机PC读出页面的时间也增加。因此，只要TpcRx＜Tpctx，则接收机可以接收无差错的所有帧。实际上，如果接收机PC不能赶上传输，则可以通过在发射机PC中增加某些延迟来实现。

回到图9，示出使用一个双口RAM作为一个存储缓冲器的数字数据的方框图。耦合到图9所示的电路是一个并行口接口168。该接口168包括一个8位数据线字节，三个输出控制插针以及三个输入控制插针，这三个输入控制插针用于数据传送和握手目的。8位数据线表示由发射机110发送(串行)的数据字节。四个输出控制插针被称为#INIT，#PCStore，FrameStx以及PCNext。三个输入控制插针被称为TerPC，TerSIO和Error。

#INIT控制插针用于初始化发射机。FrameStx用于复位PC侧上的地址发生器166(地址计数器)。PCNext用于增加每个8位数据的地址计数器。TerSIO用于指示SIO154是否已完成一个接收操作并将一个存储器页面数据存储到双口RAM158。TerPC用于指示PC是否已完成一个存储器页面的数据的读出。8位数据线用于实际的数据传送。

两个地址计数器166，160(用于PC和SIO)为计数器。这两个计数器由信号PCNext以及INC增加以产生双口RAM 158的地址。这两个计数器由来自PC的FrameStx信号复位。它们还产生两个信号，TerSIO以及TerPC，以分别指示SIO和PC的存储器存取结束。

一个握手电路162以用于交换存储器页面还产生一个到PC的差错信号(Error)。握手电路162读两个信号，TerSIO以及TerPC，并产生被称为PC-MSB，SIO-MSB，以及Error的三个输出。PC-MSB是PC侧上的双口RAM158的地址的最高有效位以及SIO-MSB是SIO侧上的双口RAM158的地址的最高有效位。当PC-MSB被设定为高时，SIO-MSB必须被设定为低，反之亦然。当握手电路162观察到TerSIO和TerPC已被设定为高时，其变换PC-MSB和PC-SIO的状态，以便可以交换存储器页面。另外，当TerPC被设定为在TerSI之后为低时握手电路162将Error设定为高。Error信号用于报警可能丢失的数据帧的PC。

定时控制单元164用来产生用于SIO 154的定时控制的三个信号—BitShift，StrBuff和INC。BitShift是用于SIO154的时钟信号以便移位来将串行数据转换并行输入数据。每8位周期发出StrBuff，以便移位并行8位数据存储在锁存器156。以及INC用于增加SIO的地址发生器160。

将一个同步电路152增加到接收机中。该单元用于同步发射机和接收机之间的定时，并计数所接收的Sync字节数。其从RxData和8位并行数据读出以产生一个到定时控制电路164的ValidData信号。当该电路已计数足够的Sync字节，设定ValidData以便该帧可用于被写入双口RAM158。

已经详细描述了用于使用LED的并发显示和数据通信的本发明的通用系统(包括用于发射机和接收机的两种类型的设计)，应该理解该系统的教导和公开可用于多个应用。下面详细描述这多个应用中的三个—(a)车速限定应用，(b)车位和指引系统应用，和(c)便携式旅行信息和位置系统。然而，应该注意到这只是上述通用系统中的三个可能的应用。通用并发显示和数据通信系统的原理和概念可用于多个未具体描述的其它应用。

2.车速限制系统

图13-16描述了一个使用具有LED作为并发部件的并发显示和数据通信系统的车速限制应用，其中LED嵌入交通灯，路灯，消息显示牌，路标或类似装置。

图13所示的系统可以包括几个安装在汽车内的部件，例如：可见光接收机模块190，中央处理模块196，报警或显示单元192，194，以及车速传感器198。接收机模块190可以与上述用于通用系统的两个接收机设计类似地操作。在汽车外部，该系统可以包括使用LED的显示和数据通信信息的一个或多个并发源，例如路灯180，交通灯182，消息显示牌184或路标186。其它类型的并发显示/数据通信部件也可以用于该应用。

根据图13所示的系统，调制由规定区域的交通灯182，路灯180，消息显示牌184或路标186内的发光二极管(LED)发出的可见光以便来自LED的可见信号具有速度限制值。这些光源中的每一个包括一个用于使用适当数据调制光源并供电LED的适当的发射机电路(与上述通用系统有关的一般原则类似)。以这种方式，LEDs作为显示部件(例如交通灯182的一部分)和数据通信部件(作为被通信的数据的速度限制值)操作。在规定区域内移动的汽车188具有一个用于检测由每个交通灯182，路灯180，显示牌184或路标186发出的调制可见光能的接收机模块180。汽车188上的接收机模块190解调并处理所接收的可见信号以获得速度限制信息。处理单元196执行来自里程表的汽车速度和所发送的速度限制信息之间的比较。车内系统还可以提供一个或多个类型的报警和显示单元192，194，以便如果其汽车超过所发送的速度限制信息则向驾驶员发出信号，其中报警和显示单元192，194可以增加音频指示。作为一种替换，可以使用某些增量速度，以便在汽车超过所发送的速度限定一个预定值，例如，每小时5英里时使用报警指示器。另外，该系统还向汽车控制单元210发出信号以降低车速来匹配该速度限定。以这种方式，系统为完全闭环。

图14是一个与图13所示的应用有关的可见光LED发射机200的图。该发射机200可以安装在并发显示部件180，182，184或186附近，或者可以被放置在某些位置上，例如灯杆的底部或处于某些辅助电子设备外壳。该电路包括一个控制电路(“MCU”)202，多个驱动器电路204，以及连接到每个驱动器电路204的一个或多个LED206。根据特定的数据协议MCU202将适当的汽车速度限制数据打包为适当的数据块。上面描述了关于通用系统的编码和协议方案实例。接着使用该数据驱动LED阵列206。来自MCU202的数据块包括触发车内接收机模块190的同步字节。也可以使用纠错编码技术。驱动器/缓冲器电路204提供足够电流以驱动一组串联的LED206，尽管在该替换中可能是一个驱动器用于每个LED206。重复设置驱动器204和LED206以构成所需要的LED阵列尺寸。应该注意到关于通用发射机和接收机设计的上述教导和原则，以及所讨论的编码技术，数据通信协议等可以被用于本文所述的任何应用。

图15是与图13的车速限制应用有关的车内系统的方框图。车内系统可以包括一个中央处理模块196，可见光发射机模块190，车速模块198，报警单元192和显示单元194。中央处理模块196最好控制其它模块。其接收来自可见光发射机模块190和车速模块198的数据。车速模块198的目的是确定汽车的当前速度。从传感器数据可以得到该读数，例如从里程表。将传感器数据通过一个串行接口传送到中央微处理器196。来自车速模块198和可见光发射机模块190的数据由中央处理模块196处理，并将适当的信息输出到显示194和报警192单元。还显示的是可选汽车控制单元210，该单元耦合到中央处理单元196以便自动调整汽车的速度使其与发送的速度限定一致。以这种方式，车内系统作为一个防止汽车超过所标出的速度限定的闭环远程致动控制系统。

图16是一个与图15所示的汽车系统有关的可见光接收机模块的方框图。应该注意到通用系统的两个接收机设计的教导和公开内容也可用于图16所示的设计。如图所示，接收机模块220可以包括一个光检测传感器222(例如一个光电检测器，光电二极管阵列，CCD等)，差分放大器224，正脉冲检测器226和负脉冲检测器228，以及数据恢复电路230。光检测传感器222检测可见光能量并将其转换为与所接收的光强度成比例的电压。差分放大器224用于减少由荧光引入的50Hz噪声的影响，所述荧光位于系统附近。差分放大器224放大诸如从高到低或从低到高之类的高频信号。差分放大器224的输出包括正和负脉冲。这些脉冲被正和负脉冲检测器226，228分开并且被反馈到数据恢复电路230。数据恢复电路230包括可组合正和负脉冲以形成所接收的数据流的SR触发器。中央处理模块196接着从该数据流提取所发送的速度信息。

3.汽车位置和指引系统应用

图17是使用交通灯，路灯，消息显示牌，路标，或类似装置内的LED的本发明的并发显示和数据通信系统的汽车位置和指引系统应用的图。在很多方面，除由并发部件180，182，184或186所发送的信息不是车速信息，而是与汽车的位置及其周围地理和交通条件有关的信息之外，该系统与上述的车速限定系统类似。

在该系统，在规定区域移动的汽车188包括用于检测由每个交通灯182，路灯180，显示牌184或路标186所发射的调制可见光能量的装置190。汽车上的定位系统240(例如具有数字罗盘的停止测算系统)检测汽车所经过的距离和行进方向。汽车188上的接收机190解调并处理来自并发光源的接收信号，接着使用所接收的位置信息以校准汽车188内的定位系统240。由显示装置242显示位置，指引和交通信息并且还通过一个扬声器给出音频信号。显示装置242可以包括一个用于显示地图信息，位置信息，交通数据，交通灯状态，以及到诸如加油站，医院，或停车场(仅列出几个)之类的各种服务场所的距离的图形接口。

图1 7示出车内可视和音频单元242的一个实例。尽管也可以使用其它类型的指示装置，其通过横竖线在街道图上显示汽车位置。在显示的右侧是信息区域。在该区域，显示交通信号，指引，位置和消息信息。对于音频单元，一个扬声器可以输出音频信息以指导驾驶员。例如，参照图17，汽车处于Bonham路和Pokfulam路的汇合处。交通灯是绿色的。为到达最近的医院，驾驶员必须左转弯并行驶1.5km。该建筑物位于附近并且消息显示牌输出一个消息“道路指南”给驾驶员。音频单元告诉驾驶员通过交通灯以及汽车的位置。

图18是与图17所示的系统应用有关的惯性定位模块240的方框图。该模块240包括加速计252，陀螺仪250，里程表254，数字罗盘262，耦合到加速计252和陀螺仪250的A/D转换器260，控制单元256以及串行接口单元258。该定位模块240确定汽车所行驶的距离和转弯的角度。来自加速计252，陀螺仪250，里程表254和数字罗盘262的数据的传感器数据传送到汽车的中央处理系统196。由交通灯，路灯，消息显示牌或路标发送的定位信息校正惯性传感器所显示的累积漂移误差。

定位模块可以包含四种不同的传感器，包括里程表254，加速度计252，陀螺仪250和数字罗盘262，尽管不需要所有这些传感器。里程表254测量车轮转过的转数。然后通过计数表示为电脉冲的转数计算汽车行驶过的距离。加速计252测量汽车具有的加速力。然后通过积分加速度以及积分合成速度计算汽车所经过的距离。陀螺仪250测量汽车转过的角速度。接着通过积分所测量的角速度计算汽车转过的角度。数字罗盘262用于测量汽车相对于正北的方向。每个传感器接口的设计是相似的。每个定位传感器连接到控制传感器并执行计算的控制器单元256。接着将传感器数据通过串行接口258传送到中央微处理器196。

4.便携式旅行信息和定位系统应用

图19是本发明的并发显示和数据通信系统的一个便携式旅行信息系统应用的图。除在该应用内由并发部件180，182，184和186发送的信息由旅行者(或其它移动体)带有的便携式单元290接收之外，在很多方面该系统与关于车内应用的上述系统类似，其中便携式单元290还可以将信息发送回光源180，182，184以及186。并发部件可以包括用于从便携式单元290接收数据传输的接收机部件270。以这种方式，提供一种双向并发显示和数据通信系统。

在图19示出的系统，调制由规定区域内的交通灯182，路灯180，消息显示牌184或路标186(或类似装置)上的发光二极管(LED)发射的可见光，以便可见信号带有位置，本地区地图，公共交通站，相邻区域内的主要景点/建筑物和/或指引信息或其它类型的信息或数据。交通灯182，路灯180，消息显示牌184或路标186还可以包括用于接收旅行者请求信号的装置270。旅行者或徒步旅行者具有一个便携式信息和定位系统290，该系统包括用于从并发显示/数据通信部件(180，182，184，186)接收调制信息并将信息发送回与这些部件有关的接收机270的装置。可以由显示装置272显示位置，旅行和指引信息，显示装置272作为便携式系统290的一部分，并且位置，旅行和指引信息还可以通过所加入的扬声器280表示为音频信号。显示装置272可以包括具有使用十字准线的指示旅行者的位置地图显示278，用于向旅行者显示信息选择菜单的信息接口274，用于向旅行者显示位置选择菜单的位置接口276，选择按钮282，以及用于通过接口菜单移动的滚动按钮284。在接口内还可以提供其它部件。

图20是一个优选的便携式旅行信息和位置单元290的方框图。该单元290可以包括可见光接收机模块298，发射机模块292，中央处理模块294，可见和音频单元272，280，以及用户输入模块296。接收机模块298从并发显示/数据通信部件接收调制的可见光能量并将其解调以获得信息。接着通过中央处理模块294处理信息，该模块294确定所显示或展示的信息内容，以及如何显示信息。中央处理模块294包括控制其它模块并且还执行数据传送的微处理器系统。旅行者使用用户输入模块296命令便携式模块290。用户输入模块可以提供手动输入，例如选择按钮282或滚动键284，或者作为一种替换，提供一种语言识别模块，以便旅行者可以使用语音命令来指示该单元。其它类型的输入装置也是可能的。

输入命令从中央处理模块294传送到发射机模块292。发射机模块292将用户请求信号发送到与交通灯182，路灯180，消息显示牌184或路标186有关的接收机单元270。以这种方式，提供一种交互式旅行和指引系统，其中旅行者可以选择从并发显示/数据通信系统下载的信息的内容。

图19示出该便携式旅行信息系统的操作的一个实例。在用户接口272，在本地街道地图上以十字线显示旅行者或徒步旅行者的位置。从并发部件(180，182，184，186)下载本地街道地图。这些部件可以通过一个网络286连接到其它部件和/或将请求信息提供给旅行者的计算机系统。

在用户接口右侧是信息选择区域274和位置信息区域276。在这些区域，旅行者可以选择从并发部件下载的信息内容。在该实例，如果选择‘餐馆’，则下载与附近餐馆有关的对应信息。接着在地图显示这些附近餐馆的位置并且在信息区域内的弹跳菜单还提供某些引入餐馆。被发送的其它信息包括医院，警察局，大型购物中心，商业中心，航空公司办公室，出租汽车站，地铁站，或机场公共汽车信息，仅列出几个。旅行者在开始旅行之前可以将其目的地输入便携模块290。如果模块内包含该目的地，则目的地的信息将显示在本地地图上。此外，可以计算最佳路线并在地图上显示。如果旅行者就在目的地附近则可以通过系统给出语音信号。

图21是用于图20所示的便携旅行信息和位置单元290的一个示范用户接口的示意图。在信息区域274，用户可以选择其想观看的信息，例如“医院”，“警察局”，“餐馆”等，例如，假定旅行者要找到吃晚饭的餐馆。他可以接近附近的耦合到系统的交通灯，路灯，消息显示牌或路标。然后，他可以在信息菜单内选择‘餐馆’。一个向上弹出的菜单274A将显示在信息区域。从这里，他可以选择其想去的餐馆类型，例如中国餐馆。接着出现另一个向上弹出的菜单274B。从这里，其可以选择其消费的餐馆等级。然后，显示满足其需要的附近餐馆的列表274C。最后，他可以在列表274D观看餐馆的信息。以相同的方式，每个信息选择在信息区域内可以包括一组附加的用于进一步细化旅行者的检索相关信息的向上弹出的菜单。

上述的本发明的优选实施例和几个应用仅通过实例给出并且不用于限定本发明的范围，本发明的范围由权利要求书限定。其它的部件和步骤可用于取代所示出的部件和步骤。另外，通用并发显示和数据通信系统的很多其它应用也是可能的并处于本发明的范围之内。

Claims (70)

1.一种并发信令和数据通信系统，包括：

一个数据显示和通信系统；

一个数据接收系统；以及

耦合到数据显示和通信系统的一个或多个LED，LED用于发射可视显示信号和调制的数据通信信号。

2.如权利要求1所述系统，其中数据显示和通信系统包括：

第一计算机；

耦合到第一计算机的一个数据发射机电路和一个或多个LED；以及

一个在第一计算机上运行的用于产生一个数字数据信号的数据通信计算机程序。

3.如权利要求2所述的系统，其中数据显示和通信系统进一步包括一个在第一计算机上运行的用于控制可视显示信号产生的数据显示计算机程序。

4.如权利要求2所述的系统，其中数据显示和通信系统进一步包括：

第二计算机；和

一个在第二计算机上运行的用于控制可视显示信号产生的数据显示计算机程序。

5.如权利要求1所述的系统，其中数据接收系统接收由一个或多个LED发射的调制数据通信信号。

6.如权利要求5所述的系统，其中数据接收系统包括：

一个光检测部件；

一个耦合到光检测部件的数据接收机电路；和

一个耦合到数据接收电路的接收计算机系统。

7.如权利要求6所述的系统，进一步包括一个用于从一个或多个LED接收调制数据通信信号并且用于将调制数据通信信号聚焦到光检测部件的透镜。

8.如权利要求6所述的系统，其中光检测部件是光电检测器。

9.如权利要求1所述的系统，其中将一个或多个LED配置为二维点阵显示。

10.如权利要求6所述的系统，进一步包括一个在接收计算机系统上运行的用于控制调制数据通信信号接收的数据通信计算机程序。

11.如权利要求2所述的系统，其中数据发射机电路经一个并行接口耦合到第一计算机。

12.如权利要求9所述的系统，其中点阵显示可以产生包括字符，字，图象，图形或修饰模式的可视显示信号。

13.如权利要求2所述的系统，其中数据发射机电路包括用于从由运行在第一计算机的数据通信计算机程序产生的数字数据信号产生调制数字数据信号的调制电路。

14.如权利要求13所述的系统，其中数据发射机电路将调制数字数据信号用于一个或多个LED。

15.如权利要求14所述的系统，其中由LED发射的调制数字数据信号处于高频以便LED对人眼来说表现为恒定照明。

16.如权利要求6所述的系统，其中数据接收电路包括用于解调调制数字数据信号的装置。

17.如权利要求2所述的系统，其中第一计算机运行一个非多任务分配的操作系统。

18.如权利要求2所述的系统，其中第一计算机运行一个多任务分配的操作系统。

19.如权利要求1所述的系统，其中将调制数字数据信号格式化为多个数据帧。

20.如权利要求20所述的系统，其中每个数据帧包括：

开始帧同步字节；

多个开始字节和数据字节；以及

结束帧同步字节。

21.如权利要求20所述的系统，其中每个数据帧进一步包括空闲字节。

22.如权利要求1所述的系统，其中使用manchester编码编码调制数字数据信号。

23.如权利要求2所述的系统，其中数据发射机电路包括：

用于从第一计算机接收数字数据信号的并行口接口；

用于将数字数据信号转换为串行数据流的并行到串行转换器；以及

用于控制转换器的时钟率以便产生调制数字数据信号的耦合到并行到串行转换器的调制控制电路。

24.如权利要求23所述的系统，其中调制控制电路包括：

一个系统振荡器；和

一个耦合到系统振荡器用于产生钟控并行到串行转换器的可选调制频率的波特率预标量。

25.如权利要求23所述的系统，其中数据发射机电路进一步包括一个耦合在并行口和并行到串行转换器之间的数据锁存器。

26.如权利要求6所述的系统，其中数据接收机电路包括：

串行到并行转换器，用于将调制数字数据信号转换为串行数据流；

解调控制电路，耦合到串行到并行转换器，用于控制转换器的时钟率以恢复数字数据信号；以及

并行口接口，用于将恢复的数字数据信号耦合到接收计算机系统。

27.如权利要求26所述的系统，其中解调控制电路包括：

系统振荡器；和

耦合到系统振荡器用于产生钟控串行到并行转换器的可选解调频率的波特率预标量。

28.如权利要求26所述的系统，其中数据接收机电路进一步包括耦合在并行口和串行到并行转换器之间的数据锁存器。

29.如权利要求27所述的系统，其中数据接收机电路进一步包括一个用于保证解调频率与接收调制数字数据信号的调制频率匹配的时钟同步电路。

30.如权利要求2所述的系统，其中数据发射机电路包括：

用于从第一计算机接收数字数据信号的并行口接口；

串行输入/输出(SIO)电路，用于将并行数字数据信号转换为串行调制数字数据信号；以及

耦合在并行口接口和SIO电路之间的存储器缓冲器。

31.如权利要求30所述的系统，其中存储器缓冲器是一个双口RAM。

32.如权利要求31所述的系统，其中数据发射机电路进一步包括用于双口RAM的每个口的一对地址发生器。

33.如权利要求30所述的系统，其中数据发射机电路进一步包括一个用于控制SIO电路的调制频率的定时控制电路。

34.如权利要求6所述的系统，其中数据发射机电路包括：

串行输入/输出(SIO)电路，用于将接收的调制数字数据信号转换为一个解调并行数字数据信号；

并行口接口，用于将解调数字数据信号耦合到接收计算机系统；和

存储器缓冲器，耦合在并行口接口和SIO电路之间。

35.如权利要求34所述的系统，其中存储器缓冲器是一个双口RAM。

36.如权利要求35所述的系统，其中数据接收机电路进一步包括用于双口RAM的每个口的一对地址发生器。

37.如权利要求34所述的系统，其中数据接收机电路进一步包括一个用于控制SIO电路的解调频率的定时控制电路。

38.一种车速限制系统，包括：

作为可视显示部件和数据通信部件同时操作的并发显示和数据通信部件，其中由并发显示和数据通信部件发射的数据是车速限制数据；和

车内数据处理接收机，用于从并发显示和数据通信部件接收所发送的车速限制数据并处理所接收的数据。

39.如权利要求38所述的系统，其中并发显示和数据通信部件是路灯，交通灯，消息显示牌或路标。

40.如权利要求38所述的系统，其中并发显示和数据通信部件包括一个或多个LED。

41.如权利要求40所述的系统，其中LED发射带有车速限制数据的调制数字信号。

42.如权利要求38所述的系统，其中车内数据处理接收机包括：

可视光接收机模块，用于接收由并发显示和数据通信部件发射的车速限制数据；和

中央处理模块，耦合到可视光接收机模块，用于处理车速限制数据。

43.如权利要求42所述的系统，其中车速限制数据包括调制数字数据信号，并且其中可视光接收机模块包括用于解调调制数字数据信号以恢复车速限制数据的装置。

44.如权利要求42所述的系统，其中车内数据处理接收机进一步包括一个用于提供汽车当前速度的车速模块。

45.如权利要求44所述的系统，其中中央处理模块将所发送的车速限制数据与汽车的当前速度进行比较并且如果汽车的当前速度大于所发送的车速限制数据，则产生一个报警信号。

46.如权利要求45所述的系统，其中车内数据处理接收机进一步包括与中央处理模块产生的报警信号耦合的报警或显示单元，用于警告汽车的驾驶员汽车的当前速度超过所发送的速度限制数据。

47.如权利要求45所述的系统，其中车内数据处理接收机进一步包括一个汽车控制单元，如果汽车的当前速度超过所发送的速度限制数据，则该单元用于自动调整汽车速度。

48.如权利要求42所述的系统，其中可视光接收机模块包括：

一个光检测传感器；和

一个耦合到该传感器用于解调由光检测传感器接收的信号的数据恢复电路。

49.如权利要求48所述的系统，其中可视光接收机模块进一步包括耦合在光检测传感器和数据恢复电路之间的差分放大器和一个正负脉冲检测器。

50.一种汽车定位和指引系统，包括：

作为可视显示部件和数据通信部件同时操作的并发显示和数据通信部件，其中由并发显示和数据通信部件发射的数据包括位置和指引数据；和

车内数据处理接收机，包括中央处理单元，可视光接收机模块，以及用于从并发显示和数据通信部件接收所发送的位置和指引信息并处理所接收的数据的定位模块。

51.如权利要求50所述的系统，其中位置和指引信息包括定位信息，交通信息，地图信息，路况条件，交通信号状态，或到附近设施的方向。

52.如权利要求50所述的系统，其中车内数据处理接收机进一步包括一个用于显示由并发显示和数据通信部件发送的信息的可视和音频显示单元。

53.如权利要求52所述的系统，其中可视和音频显示单元提供一个表示汽车当前位置的本地街道图。

54.如权利要求52所述的系统，其中可视和音频显示单元提供用于向驾驶员音频提供方向的扬声器。

55.如权利要求52所述的系统，其中可视和音频显示单元提供附近交通灯的当前状态的显示。

56.如权利要求52所述的系统，其中可视和音频显示单元提供到附近设施的方向的显示。

57.如权利要求50所述的系统，其中中央处理模块接收并发显示和数据通信部件所发送的位置和定位信息并使用该信息以校准定位模块。

58.如权利要求50所述的系统，其中车内定位模块包括一个或多个惯性传感器，例如加速度计，陀螺仪，里程表或数字罗盘。

59.如权利要求50所述的系统，其中定位模块包括一个加速度计，一个模拟到数字转换器，一个控制器和一个到中央处理模块的串行接口。

60.如权利要求58所述的系统，其中惯性传感器漂移超时，并且其中该漂移由中央处理模块根据并发显示和数据通信部件发送的位置和指引信息校正。

61.一种便携式旅行信息和定位系统，包括：

作为可视显示部件和数据通信部件同时操作的并发显示和数据通信部件；和

便携式旅行信息系统，用于从并发显示和数据通信部件接收所发送的数据并将该数据显示给该便携式旅行信息系统的用户。

62.如权利要求61所述的系统，其中并发显示和数据通信部件包括一个用于接收便携式旅行信息系统所发送的信息的接收机。

63.如权利要求61所述的系统，进一步包括通过网络相互耦合的多个并发显示和数据通信部件。

64.如权利要求61所述的系统，其中并发显示和数据通信部件包括用于发射调制数字数据信号的一个或多个LED。

65.如权利要求64所述的系统，其中便携式旅行信息系统包括用于接收调制数字数据信号的接收机和用于解调该调制信号以恢复数字数据信号的装置。

66.如权利要求61所述的系统，其中便携式旅行信息系统包括：

可视光接收机模块；

中央处理单元；

用户输入模块；

显示单元；

音频单元；和

发射机模块。

67.如权利要求61所述的系统，其中便携式旅行信息系统包括一个用于将信息显示给系统用户的图形用户接口。

68.如权利要求66所述的系统，其中显示单元提供通过可视光接收机模块从并发显示和数据通信部件接收的信息的图形显示。

69.如权利要求67所述的系统，其中图形用户接口包括一个表示系统用户的当前位置的地图。

70.如权利要求67所述的系统，其中图形用户接口包括描述在系统用户位置附近的设施的多个上弹菜单。