CN105548963A - 一种基于led定位的可旋转自适应系统 - Google Patents

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陈雄斌
黄涌
姚兆林
王渴
陈弘达
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Abstract

一种基于LED定位的可旋转自适应系统，该系统利用5个光探测器探测光强，三轴加速度传感器采集角度信息，且利用天花板上一个或多个LED采集强度判断所处位置；蓝牙装置传出融合数据，由手机端APP处理分析融合数据，匹配当前LED强度分布信息实现高精确度定位。本发明构造简单，定位精度较高，减少了LED灯部署空间复杂度，以及光接收硬件软件算法复杂度，增加了定位装置的旋转自适应性。同时，本装置还可以融合可见光通信的情况下，实现实时定位，具有广阔应用前景。

Description

一种基于LED定位的可旋转自适应系统
技术领域
本发明属于可见光定位技术领域，特别涉及一种基于LED定位的可旋转自适应系统。
背景技术
随着定位导航技术的发展，大型商场、博物馆、地下车库等室内定位的需求凸显，这促使可见光通信定位技术的发展。同时随着O2O的发展，更多的商家想加强与买家线上与线下的联系，甚至通过手机发送虚拟优惠券，这也促进了室内定位技术的发展。现如今，主流室内定位技术是在室内提前布置一些RF设备，利用其射频信号强度信息来进行定位，例如zigbee定位技术；或者是使用特殊频率特征进行定位。然而这些基于射频的定位方式易受周围环境影响，部署复杂度大，在大型场景下易于出现误差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于LED定位的可旋转自适应系统，其利用光通信在物理上具有一定的方向性以及光强度，采用一个或多个上级照明节点，可以自由旋转并通过姿态来解算出更为精确定位信息。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于LED定位的可旋转自适应系统，包括：
一LED光源10；
一可见光探测器阵列11，用于感测所述LED光源10的光强度与周围光强度；
一光信号滤波调理电路12，其输入端与所述可见光探测器阵列11的输出端连接，用于滤波放大、整形光信号、峰峰值检测；
一信号融合处理电路13，其与所述光信号滤波调理电路12连接，用于基于所述光信号滤波调理电路12的输出信号选择性地检测光强、接收三轴加速度数据，并且融合这两种数据；
一加速度信号采集电路14，其与所述信号融合处理电路13连接，用于检测所述可旋转自适应系统所处的空间姿态并输出三轴加速度数据；
一接口电路15，其与所述信号融合处理电路13连接，用于与移动设备进行数据传输。
其中，所述LED光源10为普通LED照明灯或可见光通信用LED灯。
其中，所述可见光探测器阵列11为由5个光探测器组成的阵列，相对于水平面分别朝向5个方向：上、斜左上、斜右上、斜左下和斜右下，以提高区分位置信号差异度的能力。
其中，所述可见光探测器阵列11是球状阵列。
其中，所述可见光探测器阵列11中使用的光探测器是PIN二极管。
其中，所述信号融合处理电路13基于模拟转数字功能的MCU来检测光强、收集三轴加速度，并转换为姿态。
其中，所述加速度信号采集电路14是用专用集成电路MEMS传感器来采集加速度，集成滤波功能，并通过IIC接口将数据传送给所述信号融合处理电路13。
其中，所述接口电路15是蓝牙接口电路。
其中，所述系统还包括处理单元，所述处理单元接收所述接口电路(15)发送的信号，将其解析还原成所述可见光探测器阵列检测到的各光强信号，然后结合姿态信息，将各光强信号旋转回原有信号，再分别与预先存储的光强信息比较，寻找最近点，此点即为定位点。
其中，所述系统还包括显示屏幕，将所述定位点在所述显示屏幕上以地图的形式显示出来。
基于上述技术方案可知，本发明的可旋转自适应系统构造简单，定位精度较高，减少了LED灯部署空间复杂度，以及光接收硬件软件算法复杂度，增加了定位装置的旋转自适应性。同时，本装置还可以融合可见光通信的情况下，实现实时定位，具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明的基于LED定位的可旋转自适应系统的结构示意图；
图2为本发明的可见光探测器阵列与电路板的形态框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种基于LED定位的可旋转自适应系统，其工作原理为：传感器接收到光信号后，将转化后的电信号传输到光信号滤波调理电路。光信号滤波调理电路用于输出两种信号：一种通信信号、一种光强信号。光信号滤波调理电路用于滤波放大、整形光信号、峰峰值幅值输出。然后由信号融合处理电路收集到MEMS传感器输出的加速度信号，并且AD转换滤波调理电路输出的峰峰值幅值。接着将两者融合到一起，通过蓝牙接口电路发送到移动设备上。移动设备上的APP处理分析融合数据，匹配当前LED强度分布信息实现高精确度定位，其主要算法为：传到移动设备上的数据经过解析，还原成可见光探测器阵列中的各个光强信号，然后结合姿态信息，将各个光强信号旋转回原有信号，接着分别和先前存储在内存中的光强信息搜寻比较，用最小协方差算法匹配，寻找最近点，此点就为定位点。如果移动设备带有显示屏幕，可以将此点在屏幕地图上显示。
具体地，本发明的基于LED定位的可旋转自适应系统，包括：
一LED光源；
一可见光探测器阵列，其接收LED光源的光强度与周围光强度；
一光信号滤波调理电路，其输入端与可见光探测器阵列的输出端连接，用于滤波放大、整形光信号、峰峰值检测；
一信号融合处理电路，其与光信号滤波调理电路连接，用于基于所述可见光探测器阵列的数据选择性地检测光强、接收三轴加速度数据，并且融合这两种数据；
一加速度信号采集电路，其与信息处理电路连接，用于检测装置所处空间姿态；
一接口电路，其与信号融合处理电路连接，用于与手机进行数据传输。
其中，该LED光源为普通照明灯或者可见光通信用LED灯。
可见光探测器阵列为由5个光探测器组成的阵列，分布在5个方向，分别是上、斜左上、斜右上、斜左下和斜右下。设置5个传感器的目的是用多个探测器提高区分位置信号差异度的能力。光探测器阵列形状可以是平面状或球状阵列。光探测器可以是PIN二极管，由此光探测器阵列可以包括5个PIN二极管。
信号融合处理电路是基于模拟量转数字量功能的MCU，检测光强和收集3轴加速度，并转换为姿态的电路。
加速度信号采集电路，是用专用集成电路MEMS传感器来采集加速度，已集成好滤波等功能。用IIC接口把数据传送给信号融合处理电路。
接口电路可以是蓝牙接口电路、NFC接口电路，优选为蓝牙接口电路。
为进一步更清晰的展现本发明实施方式，下述实施例及附图中进行介绍，下面附图是本发明的系统结构框架与可见光探测器阵列与电路板形态框图。一旦搭建起其连接方式，可以简单的实现姿态自适应及精确定位。
请参阅图1所示，本发明提供一种基于LED定位的可旋转自适应系统，包括：
一LED光源10为普通照明灯或者闪烁LED灯；
一可见光探测器阵列11，其接收LED光源10的光强度与周围光强度；其中光探测器阵列为5个PIN二极管传感器，排列形状可以是平面状或者球状阵列，如图2左上角传感器阵列部署形态是一种可能的方式，相对于水平面有5个方向，分别是上、斜左上、斜右上、斜左下、斜右下；光探测器是PIN二极管。设置5个传感器的目的是用多个探测器提高区分位置信号差异度的能力。
一光信号滤波调理电路12，其输入端与可见光探测器阵列11的输出端连接，用于滤波放大、整形光信号、峰峰值检测，以及检测周围光强；当然，在此电路用于光通信接收放大整形调理电路时，它是重要的数据接收链路，一方面是将模拟信号转变为数字信号的链路，另一方面是将光强转变为峰峰值检测的电路。
一信号融合处理电路13，其与光信号滤波调理电路12连接，是用于检测光强、接收三轴加速度数据，并且融合这两种数据的电路；其电路是基于模拟量转数字量功能且具有IIC接口的MCU，可以检测光强和识别光通信数据的电路。其中信号融合处理电路13是基于模拟量转数字量功能的MCU，检测光强和收集3轴加速度数据，并转换为姿态的电路。
一加速度信号采集电路14，其与信息处理电路13连接，是用于检测装置所处空间姿态的电路。其中加速度信号采集电路14，是用专用集成电路MEMS传感器来采集加速度，已集成好滤波等功能。用IIC接口把数据传送给信号融合处理电路13。
一蓝牙接口电路15，其与信号融合处理电路13连接，用于与手机进行数据传输。连接将数字信号转化为标准蓝牙输出。其与移动设备16通过无线连接。
一移动设备15，电子设备15接收到信号后，进一步处理信号。
经过实际试用，本发明提供的基于LED定位的可旋转自适应系统，可以利用光通信而在物理上具有一定方向性及光强度，可以采用一个或多个上级照明节点，并且可以自由旋转来通过姿态来解算出更为精确的定位信息。本发明的可旋转自适应系统可以简单、方便地实现定位，定位精度较高，实用性好，系统成本低，减少了LED灯部署空间复杂度，以及光接收硬件软件算法复杂度，增加了定位装置的旋转自适应性。同时，本发明的可旋转自适应系统还可以在融合可见光通信的情况下，实现实时定位，适用于各种室内定位等场景，具有广阔应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LED定位的可旋转自适应系统，包括：
一LED光源(10)；
一可见光探测器阵列(11)，用于感测所述LED光源(10)的光强度与周围光强度；
一光信号滤波调理电路(12)，其输入端与所述可见光探测器阵列(11)的输出端连接，用于滤波放大、整形光信号、峰峰值检测；
一信号融合处理电路(13)，其与所述光信号滤波调理电路(12)连接，用于基于所述光信号滤波调理电路(12)的输出信号选择性地检测光强、接收三轴加速度数据，并且融合这两种数据；
一加速度信号采集电路(14)，其与所述信号融合处理电路(13)连接，用于检测所述可旋转自适应系统所处的空间姿态并输出三轴加速度数据；
一接口电路(15)，其与所述信号融合处理电路(13)连接，用于与移动设备进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述LED光源(10)为普通LED照明灯或可见光通信用LED灯。
3.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述可见光探测器阵列(11)为由5个光探测器组成的阵列，相对于水平面分别朝向5个方向：上、斜左上、斜右上、斜左下和斜右下，以提高区分位置信号差异度的能力。
4.根据权利要求3所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述可见光探测器阵列(11)是球状阵列。
5.根据权利要求4所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述可见光探测器阵列(11)中使用的光探测器是PIN二极管。
6.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述信号融合处理电路(13)基于模拟转数字功能的MCU来检测光强、收集三轴加速度，并转换为姿态。
7.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述加速度信号采集电路(14)是用专用集成电路MEMS传感器来采集加速度，集成滤波功能，并通过IIC接口将数据传送给所述信号融合处理电路(13)。
8.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，其中所述接口电路(15)是蓝牙接口电路。
9.根据权利要求1所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，所述系统还包括处理单元，所述处理单元接收所述接口电路(15)发送的信号，将其解析还原成所述可见光探测器阵列检测到的各光强信号，然后结合姿态信息，将各光强信号旋转回原有信号，再分别与预先存储的光强信息比较，寻找最近点，此点即为定位点。
10.根据权利要求9所述的基于LED定位的可旋转自适应系统，所述系统还包括显示屏幕，将所述定位点在所述显示屏幕上以地图的形式显示出来。
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