CN107479028B

CN107479028B - 可见光定位系统及方法

Info

Publication number: CN107479028B
Application number: CN201710566151.7A
Authority: CN
Inventors: 陆俞; 黄蓉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: CN107479028A

Abstract

本发明涉及可见光定位技术领域，具体而言，涉及一种可见光定位系统及方法。该可见光定位系统，将多个光源分为九组，每组光源的时序号相同，且每组光源不构成具有公共顶点的四个相邻四边形，控制器依次控制每组光源发送定位信号，则最多开启完九组光源即可实现定位。因此，本发明提供的可见光定位系统，最长等待时间不随整个可见光定位系统中光源数量的增加而增加，不会出现因为整个可见光定位系统中光源数量巨大而造成不能及时定位的情况。

Description

可见光定位系统及方法

技术领域

本发明涉及可见光定位技术领域，具体而言，涉及一种可见光定位系统及方法。

背景技术

目前基于可见光的室内定位系统才刚刚兴起。工业界没有成熟的标准可以依循，还没有大型实用的现实的样板工程。以时分复用法，分时间片逐个点亮LED灯进行信息传送的技术为例，当可见光定位系统包括100个LED灯组成的阵列，如果以每200ms的时间间隔，逐个点亮一只LED灯进行定位信息传传，当动点P在该阵列的从天花板到地面的投影区域内移动时，如果能接收到三个不同的LED灯发出的定位信息，理论上就可以计算出该动点在投影区域内的坐标。考虑到动点P可以移动到区域中任意位置，那么必须逐个点亮全部100个LED灯，总共需要20秒。这在现实的定位系统中，是完全不能接受的，因为在这20秒的时间里，动点P完全有足够的时间移动到另外位置去，这样的定位系统是无法对移动目标进行及时定位的。而且随着系统中LED灯的数量增多，等待的时间会更长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可见光定位系统及方法，以解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种可见光定位系统，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括多个光源及与每个光源电连接的控制器；

定位时，所述多个光源以四边形的分布方式铺设于天花板，并且两两相邻的四个光源构成的四边形中任意两个光源之间的间距在预设范围内，其中，每个光源作为四边形的顶点，将任意具有公共顶点的四个相邻四边形的九个光源记为基本光源组，将所述基本光源组内的九个光源记为基本光源，将所述基本光源以外的光源记为扩展光源，九个所述基本光源包括九个时序号，所述扩展光源包括以所述九个时序号按整体复制拷贝方式编制的时序号，每个所述扩展光源的时序号与其对应的基本光源的时序号相同；

所述控制器，用于依次控制每个时序号对应的所有光源发送定位信号，每个光源的定位信号不同；

所述接收装置，用于依次接收距所述接收装置水平距离在预设范围内的光源发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源发送的定位信号进行定位。

本发明实施例提供的可见光定位系统，将多个光源分为九组，每组光源的时序号相同，且每组光源不构成具有公共顶点的四个相邻四边形，控制器依次控制每组光源发送定位信号，则最多开启完九组光源即可实现定位。因此，本发明实施例提供的可见光定位系统，最长等待时间不随整个可见光定位系统中光源数量的增加而增加，不会出现因为整个可见光定位系统中光源数量巨大而造成不能及时定位的情况。

进一步地，所述四边形为正方形、长方形或平行四边形，所述多个光源以正方形、长方形或平行四边形的分布方式铺设于所述天花板。

进一步地，当天花板的边界不能以四边形的分布方式铺设多个光源时，所述多个光源铺设于所述天花板的边界点，其中，所述边界点是向天花板以外区域以四边形的分布方式铺设虚拟光源，每个虚拟光源与其相邻的光源的连线与天花板的边界的交点。

进一步地，所述定位信号包括起始帧、数据帧组和结束帧，所述数据帧组包括至少一个第一数据帧和/或第二数据帧；

所述控制器，还用于在控制某个时序号对应的所有光源发送所述定位信号的同时，还控制其它时序号的所有光源发送与所述定位信号相同长度的空闲信号，其中，所述空闲信号包括至少三个空闲帧；

其中，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧均包括帧头、定位区及调整区；

所述定位区用于区别各个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧，及根据第一数据帧和/或第二数据帧的定位区对应的能量进行定位；

所述调整区用于调整起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的能量，使所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的平均能量相同。

进一步地，所述控制器控制所述光源发送一个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧或空闲帧的时间小于或等于2.4毫秒。

进一步地，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧包括12位控制码，所述帧头是指前四位控制码，所述定位区是指第五位至第八位控制码，所述定位区包括3区前半区、3区后半区、4区前半区和4区后半区，所述3区前半区是指第五位控制码，所述3区后半区是指第六位控制码，所述4区前半区是指第七位控制码，所述4区后半区是指第八位控制码，所述调整区是指最后四位控制码，所述接收装置包括：

光源识别模块，用于依次接收距所述接收装置水平距离在预设范围内的光源发送的定位信号，并根据帧波形识别每个定位信号，从而识别发送该定位信号的光源；

距离计算模块，用于根据第一差值和/或第二差值依次计算发送所述定位信号的至少三个光源分别距所述接收装置的距离；

定位模块，用于根据所述至少三个光源分别距所述接收装置的距离进行定位；

其中，所述第一差值为所述接收装置接收到的每个光源发送的定位信号中与所述第一数据帧的3区前半区对应的能量的均值和3区后半区对应的能量的均值之差的绝对值，所述第二差值为接收到的每个光源发送的定位信号中与所述第二数据帧的4区前半区对应的能量的均值和4区后半区对应的能量的均值之差的绝对值。

进一步地，所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110010000100，所述第二数据帧的控制码为110000100100，所述空闲帧的控制码为110000000110。

进一步地，所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110001000100，所述第二数据帧的控制码为110000010100，所述空闲帧的控制码为110000000110。

进一步地，所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110001111010，所述第二数据帧的控制码为110011011010，所述空闲帧的控制码为110011110100。

进一步地，所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110010111010，所述第二数据帧的控制码为110011101010，所述空闲帧的控制码为110011110100。

第二方面，本发明实施例提供了一种可见光定位方法，应用于上述的可见光定位系统，所述方法包括：

在天花板以四边形的分布方式铺设多个光源，并且两两相邻的四个光源构成的四边形内任意两个光源之间的间距在预设范围内，其中，每个光源作为四边形的顶点；

将任意构成具有公共顶点的四个相邻四边形的九个光源记为基本光源组，所述基本光源组内的九个光源记为基本光源；

将所述基本光源组以外的光源记为扩展光源；

根据每个基本光源发送定位信号的时间顺序，对每个基本光源的时序进行编号，每个基本光源的时序号不同，所述基本光源组包括九个时序号；

以所述基本光源组为中心，将所述九个时序号按整体复制拷贝方式对所述扩展光源的时序进行编号，每个扩展光源的时序号与其中一个基本光源的时序号相同；

所述控制器依次控制每个时序号对应的所有光源发送定位信号，每个光源的定位信号不同；

所述接收装置依次接收距所述接收装置水平距离在预设范围内的光源发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源发送的定位信号进行定位。

本发明实施例提供的可见光定位方法，将多个光源分为九组，每组光源的时序号相同，且每组光源不构成具有公共顶点的四个相邻四边形，控制器依次控制每组光源发送定位信号，则最多开启完九组光源即可实现定位。因此，本发明实施例提供的可见光定位方法，最长等待时间不随整个可见光定位系统中光源数量的增加而增加，不会出现因为整个可见光定位系统中光源数量巨大而造成不能及时定位的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可见光定位系统的方框示意图；

图2为本发明实施例提供的发射装置的一种光源分布示意图；

图3为本发明实施例提供的发射装置的另一种光源分布示意图；

图4为本发明实施例提供的发射装置的另一种光源分布示意图；

图5为本发明实施例提供的发射装置的另一种光源分布示意图；

图6为本发明实施例提供的发射装置的另一种光源分布示意图；

图7为现有的发射装置的一种光源分布示意图；

图8为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的一种波形图；

图9为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图10为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图11为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图12为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图13为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图14为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图15为本发明实施例提供的起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的另一种波形图；

图16为本发明实施例提供的一种接收装置的方框示意图；

图17为本发明实施例提供的一种可见光定位方法的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-可见光定位系统；10-发射装置；50-接收装置；11-光源；15-控制器；51-光源识别模块；53-距离计算模块；55-定位模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

请参阅图1，本发明实施例提供一种可见光定位系统1。所述可见光定位系统1包括发射装置10和接收装置50。所述发射装置10包括多个光源11及与每个光源11电连接的控制器15。

所述多个光源11以四边形的分布方式铺设于天花板，并且两两相邻的四个光源11构成的四边形中任意两个光源11之间的间距在预设范围内，其中，每个光源11作为四边形的顶点。其中，所述光源11为应用于可见光定位的所有发光器件，如白色LED灯珠。所述天花板是指用于承载光源11的物体，并不仅限于屋顶。

优选地，所述四边形为正方形、长方形或平行四边形，所述多个光源11以正方形、长方形或平行四边形的分布方式铺设于所述天花板，分别如图2、图3和图4所示。图2、图3和图4中，圆圈表示光源11。采用上述设置，可以确保每个区域都有四个光源11可用于定位，相较于采用三个光源11定位，健壮性好，不易出现无解情况，提高定位精度。

所述预设范围的大小根据天花板距地面的距离、光源11的功率、接收装置50的接收范围确定。所述预设范围是用于确保接收装置50处于每个四边形的投影区域内时，只接收到位于该四边形顶点的光源11发射的光，而不能接收到这个四边形以外的其他光源11发射的光。可以理解，当接收装置50位于某个光源11正下方时，其能接收到以该光源11作为公共顶点的四个四边形的顶点的光源11发射的光，即能接收到九个光源11发射的光。

例如，选取四个5瓦的白色LED灯珠作为光源11，以正方形的分布方式安装在距离地面3m的位置，取通用的基于光电二极管的光敏检测设备作为接收装置50。所述预设范围的确定方法可以是：将正方形的边长L设为50cm，让光敏检测设备处于四个光源11的投影区域之中，逐次点亮四个LED灯，确认光敏检测设备可以接收到信号。然后把光敏检测设备移动到投影区域之外，逐次打开对边顶点的两个LED灯，确认光敏检测设备无法收到信号或收到的信号强度小于阈值而忽略不计。如果不成功，边长增长10cm，再次试验，直到光敏检测设备处于投影区域之中时，能够分别检测到四个LED灯发出的信号，而在处于投影区域之外时，无法检测到对边的两个LED灯发的信号时，令此时的边长为L₁，完成图2中其它LED灯的敷设。此时预设距离范围为大于或等于L₁且小于或等于

将任意具有公共顶点的四个相邻四边形的九个光源11记为基本光源组，将所述基本光源组内的九个光源11记为基本光源。将所述基本光源以外的光源11记为扩展光源。九个所述基本光源包括九个时序号，所述扩展光源包括以所述九个时序号按整体复制拷贝方式编制的时序号，每个所述扩展光源的时序号与其对应的基本光源的时序号相同。因此，时序号只有九个，不随光源11的数量增加而增加。例如，时序号可以是1～9，基本光源组可以是任意相邻的时序号分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9的九个光源11。由于每个光源11的定位信号不同，因此，每个光源11还包括标识号。标识号与定位信号对应存储，根据定位信号即可获得光源11的标识号，从而查找到该光源11的位置。标识号则会随光源11得数量增加而不断增加。例如，有N个光源11，则光源11得标识号可以是1～N。时序号和标识号只用于表示光源11的位置，不同时序号和标识号的光源11结构并没有什么不同。如图2、图3、图4，每个圆圈中的数字表示时序号，圆圈右上角的数字表示标识号。每个光源11的编号可以以幂数的形式表示，时序号为底，标识号为指数，例如1⁰¹表示时序号为1，标识号为01。

优选地，当天花板的边界不能以四边形的分布方式铺设多个光源11时，所述多个光源11铺设于所述天花板的边界点。其中，所述边界点是向天花板以外区域以四边形的分布方式铺设虚拟光源，每个虚拟光源与其相邻的光源11的连线与天花板的边界的交点。例如，如图5所示，虚线圆圈表示虚拟光源，所述天花板的边界点为编号为4²⁹、8³⁶、9³⁷、7³⁸、2⁴²、3⁴³、1⁴⁴的光源11所在位置。例如，如图6所示，虚线圆圈表示虚拟光源，所述天花板的边界点为编号为1⁰¹、4⁰⁸、7¹⁴、1²¹、4²⁷、7³⁴、1⁴⁰以及1⁰⁷、6¹³、7²⁰、3²⁶、4³³、9³⁹、1⁴⁶的光源11所在位置。

现有技术中，常采用三角形光源11阵列进行定位，如图7所示。在阴影区域ACD只有两个光源11，无法定位。通过上述设置，本发明提供的发射装置10，可以确保每个区域都有四个光源11用于定位，不会出现定位盲区。

所述控制器15，用于依次控制每个时序号对应的所有光源11发送定位信号，每个光源11的定位信号不同。控制器15控制时序号对应的光源11发送定位信号的顺序可以随机设定。例如，所述控制器15首先控制时序号为1的所有光源11发送定位信号，然后控制时序号为2的所有光源11发送定位信号，其次控制时序号为3的所有光源11发送定位信号，…，最后控制时序号为9的所有光源11发送定位信号。或者，所述控制器15首先控制时序号为5的所有光源11发送定位信号，然后控制时序号为1的所有光源11发送定位信号，其次控制时序号为3的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为7的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为9的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为2的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为4的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为6的所有光源11发送定位信号，最后控制时序号为8的所有光源11发送定位信号。亦或，所述控制器15首先控制时序号为1的所有光源11发送定位信号，然后控制时序号为2的所有光源11发送定位信号，其次控制时序号为4的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为7的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为8的所有光源11发送定位信号，再控制时序号为3的所有光源11发送定位信号，最后控制时序号为9的所有光源11发送定位信号。因此，本发明实施例提供的发射装置10，最多开启完九组光源11即可实现定位，最长等待时间不随整个可见光定位系统1中光源11数量的增加而增加，不会出现因为整个可见光定位系统1中光源11数量巨大而造成不能及时定位的情况。

优选地，所述定位信号包括起始帧、数据帧组和结束帧，所述数据帧组包括至少一个第一数据帧和/或第二数据帧。所述控制器15，还用于在控制某个时序号对应的所有光源11发送所述定位信号的同时，还控制其它时序号的所有光源11发送与所述定位信号相同长度的空闲信号，其中，所述空闲信号包括至少三个空闲帧。因此，本发明提供的可见光定位系统1可以在提供定位功能的同时，也提供日常照明的功能。

定位信号和空闲信号的长度根据可见光定位系统1内包括的光源11个数而定。以图2为例，图2示出49个光源11，每个光源11的定位信号不同，2⁵＝32，2⁶＝64。因此要使这49个光源11的定位信号不同，每个定位信号中第一数据帧和第二数据帧的个数总和大于等于6。例如，每个定位信号中第一数据帧和第二数据帧的个数总和等于6。编号为1⁰¹的光源11的定位信号可以是起始帧+五个第一数据帧+一个第二数据帧+结束帧，编号为2⁰²的光源11的定位信号可以是起始帧+四个第一数据帧+一个第二数据帧+一个第一数据帧+结束帧，编号为3⁰³的光源11的定位信号可以是起始帧+四个第一数据帧+两个第二数据帧+结束帧，…，编号为1⁴⁹的光源11的定位信号可以是起始帧+两个第二数据帧+三个第一数据帧+一个第二数据帧+结束帧。在表示定位信号的数据帧组时，可以将光源11的标识号用二进制表示，用第一数据帧表示0、第二数据帧表示1，根据标识号的二进制表示该定位信号的数据帧组。反之亦然。除了根据标识号的二进制表示该定位信号的数据帧组以外，还可以采用其他方式表示该定位信号的数据帧组，只要每个标识号与定位信号对应即可。即，根据定位信号可获得光源11的标识号，查找到该光源11的位置。由于空闲信号的长度和定位信号相同，因此，图2中发送的空闲信号包括八个空闲帧。

所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧均包括帧头、定位区及调整区。所述帧头用于从接收装置50接收到的串行数据中识别起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的起始位置。所述定位区用于区别各个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧，及根据第一数据帧和/或第二数据帧的定位区对应的能量进行定位。所述调整区用于调整起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的能量，使所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的平均能量相同，以避免光源11的闪烁问题。

在实际电路中，即使设置所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的平均能量相同，但电路噪声和电源波动仍可能导致光源11轻微闪烁。经发明人研究发现，当所述控制器15控制所述光源11发送一个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧或空闲帧的时间小于或等于2.4毫秒，人眼完全不能感觉到这种轻微闪烁现象。优选地，所述控制器15控制所述光源11发送一个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧或空闲帧的时间小于或等于2.4毫秒。

所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧包括12位控制码。所述帧头是指前四位控制码，所述定位区是指第五位至第八位控制码，所述调整区是指最后四位控制码。所述帧头包括1区、2区。所述1区是指前两位控制码，所述2区是指第三位和第四位控制码。所述定位区包括3区前半区、3区后半区、4区前半区和4区后半区。所述3区前半区是指第五位控制码，所述3区后半区是指第六位控制码，所述4区前半区是指第七位控制码，所述4区后半区是指第八位控制码。

所述控制码可以由多个1和0组成。其中，所述控制器15发送的控制码为1时，光源11发光；所述控制器15发送的控制码为0时，光源11不发光。反之亦然，所述控制器15发送的控制码为1时，光源11不发光；所述控制器15发送的控制码为0时，光源11发光。因而，接收装置50可以通过根据其接收到的能量强度等检测光源11发光或不发光，从而获得控制器15发送的控制码。控制码对应于光源11的开关状态，即发光和不发光。光源11发光可以是在控制器15发送高电平时，也可以是在控制器15发送低电平时。因此，控制码1可以对应高电平，也可以对应低电平。相应地，控制码0可以对应低电平，也可以对应高电平。

根据上述设计原则，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的控制码可以是，但不限于，如下所示。

所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110010000100，所述第二数据帧的控制码为110000100100，所述空闲帧的控制码为110000000110。在本实施方式中，每个帧都有四个1，每个帧的能量相同。当控制码1对应高电平，0对应低电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图8所示。当控制码1对应低电平，0对应高电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图9所示。若图9和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图9所示的实施方式的能耗是图8所示的实施方式的能耗的两倍。

所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110001000100，所述第二数据帧的控制码为110000010100，所述空闲帧的控制码为110000000110。在本实施方式中，每个帧都有四个1，每个帧的能量相同。当控制码1对应高电平，0对应低电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图10所示。若图10和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图10所示的实施方式的能耗与图8所示的实施方式的能耗的相同。当控制码1对应低电平，0对应高电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图11所示。若图11和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图11所示的实施方式的能耗是图8所示的实施方式的能耗的两倍。

所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110001111010，所述第二数据帧的控制码为110011011010，所述空闲帧的控制码为110011110100。在本实施方式中，每个帧都有七个1，每个帧的能量相同。当控制码1对应高电平，0对应低电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图12所示。若图12和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图12所示的实施方式的能耗大于图8所示的实施方式的能耗。当控制码1对应低电平，0对应高电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图13所示。若图13和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图13所示的实施方式的能耗大于图8所示的实施方式的能耗。

所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110010111010，所述第二数据帧的控制码为110011101010，所述空闲帧的控制码为110011110100。在本实施方式中，每个帧都有七个1，每个帧的能量相同。当控制码1对应高电平，0对应低电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图14所示。若图14和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图14所示的实施方式的能耗大于图8所示的实施方式的能耗。当控制码1对应低电平，0对应高电平时，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的波形，如图15所示。若图15和图8所示的实施方式中，每个光源11发光的能耗相同，则图15所示的实施方式的能耗大于图8所示的实施方式的能耗。

从上可知，图8至图15所示的实施方式的原理相同，能耗不同。从图8至图15可以看出：起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的帧头波形相同，并且帧头的波形与起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的任意段及定位信号和空闲信号的任意段的波形不同。因此，通过帧头可以从接收装置50接收到的串行数据中识别起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的起始位置。起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的定位区波形不同。因此，通过定位区可以区别各个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧。并且，空闲帧的定位区为持续低电平或高电平，第一数据帧的定位区和第二数据帧的定位区均包括高电平和低电平。因此，根据叠加原理，通过第一数据帧和/或第二数据帧的定位区对应的能量进行定位。通过调整区使起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧的平均能量相同。图8和图10所示的实施方式的能耗相对最低，图9和图11所示的实施方式的能耗相对最高。由于图8至图15所示的实施方式的原理相同，以下仅以图8所示的实施方式为例说明接收装置50如何定位。

所述接收装置50用于依次接收距所述接收装置50水平距离在预设范围内的光源11发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源11发送的定位信号进行定位。所述接收装置50可以是包括处理器的光敏检测设备。优选地，请参阅图16，该接收装置50包括光源识别模块51、距离计算模块53和定位模块55。

光源识别模块51用于依次接收距所述接收装置50水平距离在预设范围内的光源11发送的定位信号，并根据帧波形识别每个定位信号，从而识别发送该定位信号的光源11。

从上可知，定位信号包括起始帧、数据帧组和结束帧，所述数据帧组包括至少一个第一数据帧和/或第二数据帧。因此，识别定位信号的过程可以包括：根据帧波形识别起始帧，识别第一数据帧和/或第二数据帧，及识别结束帧；根据起始帧、第一数据帧和/或第二数据帧、结束帧的组合形式识别定位信号。

具体实施方式可以是，但不限于，光源识别模块51依次接收距所述接收装置50水平距离在预设范围内的光源11发送的定位信号，将实际接收到的信号进行光电变换，然后进行A/D采样。采样频率应该高于奈奎斯特采样定理的要求，具体采样频率可以根据实际应用调整。设对1区至4区的采样点数为N，调整区的数据可以忽略不计。以图8为例，根据帧波形识别起始帧，识别第一数据帧和/或第二数据帧，及识别结束帧：①连续采样2N个点，直到发现前1到N个点组成的信号和N+1至2N个点组成的信号形成下降沿，以识别帧头。2○识别出帧头后，继续连续采样2N个点，前1到N个点组成的信号对应3区的信号，N+1至2N个点组成的信号对就4区的信号。若3区和4区均包括下降沿，则识别为起始帧。若3区包括下降沿，4区为持续低电平，则识别为第一数据帧。若3区为持续低电平，4区包括下降沿，则识别为第二数据帧。若3区和4区均包括上升沿，则识别为结束帧。当识别出结束帧，则停止识别，识别出的起始帧、数据帧组和结束帧构成有效定位信号。根据定位信号与标识号的对应关系，即可获得光源11的标识号，从而识别发送该定位信号的光源11。

距离计算模块53用于根据第一差值和/或第二差值依次计算发送所述定位信号的至少三个光源11分别距所述接收装置50的距离。其中，所述第一差值为所述接收装置50接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第一数据帧的3区前半区对应的能量的均值和3区后半区对应的能量的均值之差的绝对值。所述第二差值为接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第二数据帧的4区前半区对应的能量的均值和4区后半区对应的能量的均值之差的绝对值。

以图8为例，所述接收装置50接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第一数据帧的3区前半区对应的能量的均值为包括背景光的全部光能量的均值。所述接收装置50接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第一数据帧的3区后区对应的能量的均值为背景光的能量的均值。同理，所述接收装置50接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第二数据帧的4前半区对应的能量的均值为包括背景光的全部光能量的均值。所述接收装置50接收到的每个光源11发送的定位信号中与所述第二数据帧的4后区对应的能量的均值为背景光的能量的均值。因此，第一差值和第二差值为所述接收装置50接收到的可用于定位的净光能，有效干净地抑制了背景光。根据发送该定位信号的光源11的光能与接收装置50接收到的净光能，结合光能衰减与距离的关系，即可获得发送该定位信号的光源11距接收装置50的距离。

一个定位信号可能包括多个第一数据帧和/或第二数据帧，则所述接收装置50可以得到多个第一差值和或第二差值。在进行距离计算时，可以选取所述多个第一差值和或第二差值的其中一个用于计算发送该定位信号的光源11距接收装置50的距离。也可以，选取所述多个第一差值和或第二差值的几个或全部的平均值或加权平均值用于计算发送该定位信号的光源11距接收装置50的距离。同理，还可以是根据多个第一差值和/或第二差值计算多个距离，选取所述多个距离中的一个作为发送该定位信号的光源11距接收装置50的距离，或选取所述多个距离的几个或全部的平均值或加权平均值作为发送该定位信号的光源11距接收装置50的距离。

相较于现有技术中，采用FFT、IFFT等复杂算法进行定位，或根据能量强度低精度定位到子区域中，本发明提供的可见光定位系统1编码和解码简单，一步运算即可获得净光能，减少多次复杂数学计算引起的累积误差，节约了运算时间，降低了硬件成本。

定位模块55用于根据所述至少三个光源11分别距所述接收装置50的距离进行定位。

本发明实施例还提供一种可见光定位方法，应用于上述可见光定位系统1。请参阅图17，是本发明实施例提供的一种可见光定位方法的流程图。所述可见光定位方法包括：步骤S110、步骤S120、步骤S130、步骤S140、步骤S150、步骤S160和步骤S170。

步骤S110，在天花板以四边形的分布方式铺设多个光源11，并且两两相邻的四个光源11构成的四边形内任意两个光源11之间的间距在预设范围内，其中，每个光源11作为四边形的顶点。

步骤S120，将任意构成具有公共顶点的四个相邻四边形的九个光源11记为基本光源组，所述基本光源组内的九个光源11记为基本光源。

步骤S130，将所述基本光源组以外的光源11记为扩展光源。

步骤S140，根据每个基本光源发送定位信号的时间顺序，对每个基本光源的时序进行编号，每个基本光源的时序号不同，所述基本光源组包括九个时序号。

步骤S150，以所述基本光源组为中心，将所述九个时序号按整体复制拷贝方式对所述扩展光源的时序进行编号，每个扩展光源的时序号与其中一个基本光源的时序号相同。

步骤S160，所述控制器15依次控制每个时序号对应的所有光源11发送定位信号，每个光源11的定位信号不同。

步骤S170，所述接收装置50依次接收距所述接收装置50水平距离在预设范围内的光源11发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源11发送的定位信号进行定位。

本发明实施例提供的可见光定位系统1，最长等待时间不随整个可见光定位系统1中光源11数量的增加而增加，不会出现因为整个可见光定位系统1中光源11数量巨大而造成不能及时定位的情况。并且，该可见光定位系统1可以确保每个区域都有四个光源11可用于定位，相较于采用三个光源11定位，健壮性好，不易出现无解情况，提高定位精度。以及，该可见光定位系统1具有不会出现定位盲区，在提供定位功能的同时，也提供日常照明的功能，有效避免光源11闪烁，编码和解码简单，一步运算即可获得净光能，减少累积误差，节约了运算时间，降低了硬件成本等优点。

本发明实施例提供的可见光定位方法，应用于上述可见光定位系统1，因而具有与上述可见光定位系统1类似的有益效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可见光定位系统，其特征在于，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括多个光源及与每个光源电连接的控制器；

所述接收装置，用于依次接收距所述接收装置水平距离在预设范围内的光源发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源发送的定位信号结合光能衰减与距离的关系进行定位；

所述定位信号包括起始帧、数据帧组和结束帧，所述数据帧组包括至少一个第一数据帧和/或第二数据帧；

2.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述四边形为正方形、长方形或平行四边形，所述多个光源以正方形、长方形或平行四边形的分布方式铺设于所述天花板。

3.根据权利要求1或2所述的可见光定位系统，其特征在于，当天花板的边界不能以四边形的分布方式铺设多个光源时，所述多个光源铺设于所述天花板的边界点，其中，所述边界点是向天花板以外区域以四边形的分布方式铺设虚拟光源，每个虚拟光源与其相邻的光源的连线与天花板的边界的交点。

4.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述控制器控制所述光源发送一个起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧或空闲帧的时间小于或等于2.4毫秒。

5.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起始帧、结束帧、第一数据帧、第二数据帧和空闲帧包括12位控制码，所述帧头是指前四位控制码，所述定位区是指第五位至第八位控制码，所述定位区包括3区前半区、3区后半区、4区前半区和4区后半区，所述3区前半区是指第五位控制码，所述3区后半区是指第六位控制码，所述4区前半区是指第七位控制码，所述4区后半区是指第八位控制码，所述调整区是指最后四位控制码，所述接收装置包括：

6.根据权利要求1、4、5任一项所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110010000100，所述第二数据帧的控制码为110000100100，所述空闲帧的控制码为110000000110。

7.根据权利要求1、4、5任一项所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起始帧的控制码为110010100000，所述结束帧的控制码为110001010000，所述第一数据帧的控制码为110001000100，所述第二数据帧的控制码为110000010100，所述空闲帧的控制码为110000000110。

8.根据权利要求1、4、5任一项所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110001111010，所述第二数据帧的控制码为110011011010，所述空闲帧的控制码为110011110100。

9.根据权利要求1、4、5任一项所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起始帧的控制码为110001011110，所述结束帧的控制码为110010101110，所述第一数据帧的控制码为110010111010，所述第二数据帧的控制码为110011101010，所述空闲帧的控制码为110011110100。

10.一种可见光定位方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的可见光定位系统，所述方法包括：

将所述基本光源组以外的光源记为扩展光源；

所述接收装置依次接收距所述接收装置水平距离在预设范围内的光源发送的定位信号，并根据接收到的至少三个光源发送的定位信号结合光能衰减与距离的关系进行定位。