CN108430130A - 一种具有室内定位功能的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有室内定位功能的照明装置，该装置采用红外线二极管与LED相结合的方式同时实现室内照明与定位功能。其中每个灯的亮度都可遥控可调，且照明节点的其他工作状态都也可由控制器进行控制，不同的节点可有不同的亮度，并且可无线遥控。该装置的控制器基于成本较低的单片机，同时LED灯系统不仅实现照明并且可以定位，成本低，可扩展，便于日后的系统升级；同时利用红外线进行定位不仅成本低，而且避免了RFID无线通信中所具有的干扰问题。

Description

一种具有室内定位功能的照明装置

技术领域

本发明涉及室内照明与室内定位的技术领域，具体涉及一种具有室内定位功能的照明装置。

背景技术

室内定位技术有着非常广泛的应用前景，例如在大型超市中帮助那些方向感不强的用户搞清楚自己的位置。同时，一套稳定且足够精确的定位系统也将是未来“智慧城市”的基础需求。高精度的位置信息可以精确描述用户的一些极具商业价值的行为，依旧以超市为例，知道某一类型的用户在某类商品前停留，停留了有多久，这些信息对商家是很有用的，商家可以以此对用户进行精准营销或信息推送。

目前，已经有若干种技术应用于室内定位，以目前在手机上广泛使用的基于Wi-Fi定位的技术和基于蓝牙定位的技术来说，它们有一些显著的缺点，就是不够精准，而且成本较高。

表1 目前常用的两种室内定位技术概况(数据来源：高德开放平台)

如表1所示，这两类技术都不太容易达到目前理想的精度1m。究其原因，是因为这类技术的实现依赖无线电波通讯，这就导致它们在室内使用的话精度不理想。因为无线电波在室内环境下不可避免的会被各种物体反射而造成干扰，尤其是室内大量不确定因素，如流动的人群，使得此干扰几乎无法矫正。

为了解决这个问题，本发明介绍了一种新的方案，使用了红外线代替无线电波进行通讯，与无线电波相比，红外线具有更小的波长，使得其易于被接触到的物体吸收而不是反射，从而减少了干扰。同时，使用廉价的低性能单片机和红外二极管作为定位节点，虽然需要较高的部署密度，但成本并不高。

发明内容

本发明的目的在于：一种具有室内定位功能的照明装置，通过对区域的划分和使用红外线，实现了较为精确的室内定位，解决了使用RFID技术实现室内定位所产生的干扰、定位精度不够的问题。

本发明采用的技术方案为：一种具有室内定位功能的照明装置，由照明节点和控制节点两部分组成，照明节点承载有红外标签，控制节点负责控制整个使用红外线二极管的室内照明装置的工作状态并协调各个节点的工作节拍，使各个照明节点有序工作，并为用户提供对照明节点的控制接口，照明节点分布于目标区域，在提供照明的基础上还装有红外线标签，用于提供定位功能。

其中，两种节点均以单片机为主控单元，使用无线通讯模块进行相互连接。

其中，在目标区域以1㎡为单位划分小块并分别用红外标签标记，配合接收设备可以实现精度为1m的室内定位功能。

其中，为目标区域提供照明功能，设计最大照明功率15W/㎡，同时利用单片机的片上PWM模块，可以对其进行多级调整，并且每个节点的状态是独立的，可以让不同的节点提供不同的照明强度。

其中，控制节点可以小型化作为遥控器使用，并且可以根据需要配置一个或多个控制节点，系统控制更为灵活。

其中，使用无线数传模块进行通讯，每个节点仅需要电源即可正常工作，在不增加安装工作量的情况下实现了遥控开关、多级调光、故障监视、室内定位功能，较传统照明系统节能、可靠、灵活、多功能化。

其中，照明节点包括主控制器、无线数传模块、红外发射模块、LED及其驱动模块及电源模块；所有的照明节点在物理硬件上都是相同的，通过一组编码开关手动的给一个节点设置一个编号，节点工作时会以这个编号为ID进行组网通讯，并从控制节点获得各自的预期工作状态，故照明节点上电后，首先会读取由编码开关设置的节点硬件ID，这样做使得装置可以尽快的接入通讯网络，但由于节点间的通讯总是由控制节点发起的，照明节点作为系统中的从机不能主动访问网络，于是在连接建立之前，为保证基础的照明功能不受影响，节点会按照默认的参数配置工作状态，之后节点会将无线模块配置为监听模式，等待控制节点访问；控制节点不需要照明和红外标签功能，但需要接入照明节点之间的网络并为用户提供对照明系统的控制接口，所以控制节点除了单片机和通讯模块外还有一组4×4的矩阵键盘和一组4×4的矩阵指示灯。

控制节点上电后首先会初始化用到的外设，包含GPIO端口、定时器和无线模块指示灯矩阵的动态显示过程就是定时器驱动的；随后会在内存里开辟一个数组作为远程寄存器的映射区，这个数组的元素是一种数据结构，称作节点控制块，之后的工作流程是一个无尽的循环；先进行一次键盘扫描，键盘是一个4×4的矩阵，共有16个按键，各自对应16个节点；如果有按键按下，则处理按键事件，处理方法是将对应节点的亮度寄存器的值增大0x40，即最大值0xFF的25％，若溢出则恢复到0x00。藉此实现对一个节点的4级亮度调节，且各个节点互为独立；接下来是将本地数据同步到远程寄存器的过程，这个过程也需要进行16次；由于控制节点的参数中含有有效红外标签配置，照明节点在接收到此配置后会立即启动红外标签并进行一次数据发送；由于抗邻间干扰策略，故寄存器推送过程需要分为两组完成，两组之间有一个短暂的延时，分组由编程时确定；

寄存器推送过程中，若目标节点没有应答，则在对应的失效计数器中记录；若连续无应答的次数超过3次，则判断该节点已经失效，发出警报提示维护人员进行检修。

其中，照明节点包括主控制器、无线数传模块、红外发射模块、LED及其驱动模块及电源模块；单片机是一个节点的核心，使用了其多种片上外设来控制节点的工作，包括：GPIO端口、UART模块、PCA模块、以及由单片机上的程序使用GPIO模拟出的接口(SPI接口、红外通讯接口；由于模拟NEC协议需要系统提供一个精密而稳定的时钟，故装置中装有一枚高精度的12MHz晶振，防止由于系统频漂造成红外信号失真或无法识别，以此为基础，这一个节点就可以稳定的承载“红外标签”功能；而LED及其驱动部分用于照明；本装置采用AMC7135芯片作为大功率LED的驱动，单枚芯片可固定提供350mA的电流，使用3枚并联以获得1050mA的恒定电流驱动LED；使用PWM方法实现调光功能，驱动芯片的使能引脚被连接至单片机片上外设PCA模块的输出引脚，而PCA模块工作于PWM模式；藉此由硬件实现了可以多级亮度调节的照明功能；

无线数传模块则是通过SPI接口连接至单片机，此型号单片机本身没有内置的SPI模块，需要程序中对SPI时序进行模拟；通过这个模块，所有的节点彼此相互连接，以协调工作时序；由于该模块属于无协议通讯模块，本身是没有诸如MAC地址之类的硬件地址的，因此为了区分每个节点，额外装有一组DIP4的拨动开关，通过这组开关手动设置节点的ID；节点上电后会读取这组开关的数据以获得本节点的编号；这样做使得每个节点都是一致的，不仅可以方便安装和部署，并且当一个节点损坏后也可以很方便的拿备用品替换；

电源模块为本系统提供多种不同的电压；电源模块通过电源适配器获得12V的电源输入，通过DC-DC变换器升压至17V驱动LED，同时通过三端稳压器LM78L05和AMS1117降压到5V和3.3V供单片机和无线模块使用；为了调试时方便，也可以使用8.4V的双锂电池组作为电力来源。

本发明与现有技术相比的优点在于：

它同时具有照明与定位功能，照明亮度可调节；在定位方面相较于RFID技术，本装置成本更低，在价格方面更易被接受。除此之外，本装置通过无线数传模块实现了结点间的通信，使得控制人员可以通过控制节点对各个照明节点进行控制，方便管理，且避免了RFID无线通信中所具有的干扰问题。本装置具有很好的可扩展性，方便日后进一步升级。因此，本装置具有很大的应用价值和使用前景。

附图说明

图1为本发明一种具有室内定位功能的照明装置组成框图；

图2为照明节点组成框图；

图3为无线模块的电路连接图；

图4为控制节点组成框图；

图5为逻辑连接示意图；

图6为数据传递示意图；

图7为照明节点工作流程图；

图8为控制节点流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

本发明的基本原理是标签识别，首先将目标区域均匀地划分为若干小块，这些小块的大小与定位精度相当，在每个小块内放置一个可以被手持设备识别的标签，这些标签是固定的，其承载的信息是自己的在区域内。上述的标签定位系统需要依附于照明装置其上，以为其提供安装位置和电力供应。为了增强系统的整体性，设计上将这个定位的位置，而其可识别范围则大致限制在这个小块之内，这个限制是普通的RFID是很难做到的，但使用红外线标签可以做到。

以一间5m×3m的房间为例说明：首先，本装置以1m为精度将空间划分为5×3＝15块，如图1所示：

在每个小块的中心位置安装一枚红外标签，共需要15枚，而每一枚的可识别范围覆盖其所在的小块，这样，当使用者处于这片区域内时，总是可以识别到其中一枚标签的信息。由于标签是固定的，故根据此信息可以获得自己的位置。

定位系统与照明系统进行了整合，即本装置同时具有照明和定位的功能，并替代原有的照明系统。同时，为了最大限度利用硬件资源。本装置预留了接口用于拓展。

物理层面上本装置由照明节点(承载有红外标签)和控制节点两部分组成。控制节点负责控制整个系统的工作状态并协调各个节点的工作节拍，使各个节点有序工作并为用户提供对照明装置的控制接口。而照明节点分布于目标区域，在提供照明的基础上还装有红外线标签，用于提供定位功能。这两种节点均以单片机为主控单元，使用无线通讯模块进行相互连接。

基于上述内容，本装置可以实现以下功能：

1.在目标区域以1㎡为单位划分小块并分别用红外标签标记，配合接收设备可以实现精度为1m的室内定位功能；

2.为目标区域提供照明功能，设计最大照明功率15W/㎡，同时利用单片机的片上PWM模块，可以对其进行多级调整，并且每个节点的状态是独立的，可以让不同的节点提供不同的照明强度；

3.控制节点可以小型化作为遥控器使用，并且可以根据需要配置一个或多个控制节点，系统控制更为灵活；

4.使用无线数传模块进行通讯，每个节点仅需要电源即可正常工作，在不增加安装工作量的情况下实现了遥控开关、多级调光、故障监视、室内定位功能，较传统照明系统节能、可靠、灵活、多功能化。

本装置组成框图如图1所示。为了提高系统可维护性，所有的照明节点在物理硬件上都是相同的，通过一组编码开关手动的给一个节点设置一个编号，节点工作时会以这个编号为ID进行组网通讯，并从控制节点获得各自的预期工作状态。故照明节点上电后，首先会读取由编码开关设置的节点硬件ID，这样做使得系统可以尽快的接入通讯网络。但由于节点间的通讯总是由控制节点发起的，照明节点作为系统中的从机不能主动访问网络，于是在连接建立之前，为保证基础的照明功能不受影响，节点会按照默认的参数配置工作状态。之后节点会将无线模块配置为监听模式，等待控制节点访问。

控制节点不需要照明和红外标签功能，但需要接入照明节点之间的网络并为用户提供对照明系统的控制接口，所以控制节点除了单片机和通讯模块外还有一组4×4的矩阵键盘和一组4×4的矩阵指示灯。

控制节点上电后首先会初始化用到的外设，包含GPIO端口、定时器和无线模块指示灯矩阵的动态显示过程就是定时器驱动的。随后会在内存里开辟一个数组作为远程寄存器的映射区，这个数组的元素是一种数据结构，称作节点控制块，之后的工作流程是一个无尽的循环。先进行一次键盘扫描，键盘是一个4×4的矩阵，共有16个按键，各自对应16个节点。如果有按键按下，则处理按键事件，处理方法是将对应节点的亮度寄存器的值增大0x40(最大值0xFF的25％)，若溢出则恢复到0x00。藉此实现对一个节点的4级亮度调节，且各个节点互为独立。接下来是将本地数据同步到远程寄存器的过程，示意图见图8右侧，这个过程也需要进行16次。由于控制节点的参数中含有有效红外标签配置，照明节点在接收到此配置后会立即启动红外标签并进行一次数据发送。由于抗邻间干扰策略，故寄存器推送过程需要分为两组完成，两组之间有一个短暂的延时，分组由编程时确定。

寄存器推送过程中，若目标节点没有应答，则在对应的失效计数器中记录。若连续无应答的次数超过3次，则判断该节点已经失效，发出警报提示维护人员进行检修。

照明节点主要由主控制器、无线数传模块、红外发射模块、LED及其驱动模块及电源模块等几部分组成，其详细框图如图2所示。

单片机是一个节点的核心，使用了其多种片上外设来控制节点的工作，包括：

1.GPIO端口：输入与输出；

2.UART模块：与拓展接口相连，与拓展的传感器(如果有)通讯；

3.PCA模块：工作于PWM模式，产生PWM波控制LED驱动模块；

以及由单片机上的程序使用GPIO模拟出的接口：

1.SPI接口：与无线数传模块相连，负责其与单片机间的通讯；

2.红外通讯接口：连接至红外发射模块，使用软件模拟NEC通讯协议，使其发射的红外信号可以被接收和识别。

由于模拟NEC协议需要系统提供一个精密而稳定的时钟，故系统中装有一枚高精度的12MHz晶振，防止由于系统频漂造成红外信号失真或无法识别，以此为基础，这一个节点就可以稳定的承载“红外标签”功能。而LED及其驱动部分承担系统的另一个基础功能，照明。本系统采用AMC7135芯片作为大功率LED的驱动，单枚芯片可固定提供350mA的电流，使用3枚并联以获得1050mA的恒定电流驱动LED。使用PWM方法实现调光功能，驱动芯片的使能引脚被连接至单片机片上外设PCA模块的输出引脚，而PCA模块工作于PWM模式。藉此由硬件实现了可以多级(256级)亮度调节的照明功能。

无线数传模块则是通过SPI接口连接至单片机，此型号单片机本身没有内置的SPI模块，需要程序中对SPI时序进行模拟。通过这个模块，所有的节点彼此相互连接，以协调工作时序。由于该模块属于无协议通讯模块，本身是没有诸如MAC地址之类的硬件地址的，因此为了区分每个节点，额外装有一组DIP4的拨动开关，通过这组开关手动设置节点的ID。节点上电后会读取这组开关的数据以获得本节点的编号。这样做使得每个节点无论是在硬件上还是软件上都是一致的，不仅可以方便安装和部署，并且当一个节点损坏后也可以很方便的拿备用品替换。

单片机与无线模块间的连接如图3。

电源模块为本系统的基础，为本系统提供多种不同的电压。本身通过电源适配器获得12V的电源输入，通过DC-DC变换器升压至17V驱动LED，同时通过三端稳压器LM78L05和AMS1117降压到5V和3.3V供单片机和无线模块使用。为了调试时方便，也可以使用8.4V的双锂电池组作为电力来源。

控制节点不需要照明和红外标签功能，但需要接入照明节点之间的网络并为用户提供对照明系统的控制接口，所以控制节点除了单片机和通讯模块外还有一组4×4的矩阵键盘和一组4×4的矩阵指示灯。

控制节点的详细框图如图4所示。

由于单片机IO端口数量有限，本设计中键盘矩阵和指示灯矩阵合用一组8位的IO端口，通过驱动程序的特殊设计防止互相干扰。

“标签”实质上是一组可识别的信息，所以红外标签就是实现对这组信息的编码与发送。作为目标的信息首先在发射机进行编码，成为一组可以在红外信道上被传输的串行信号，接下来，红外二极管将电信号转换为光信号并发射出去。当这个信号被用户的手持设备接收后，利用设备中的光电二极管将光信号再转换回电信号，之后再用相同的协议进行解码，恢复出原本的信息。

本设计中，编码协议使用了NEC协议，通过单片机内的软件进行模拟。

即以38kHz的载波频率，先发送9ms的高电平，然后4.5ms的低电平，以此为引导，然后是4个字节的数据码，其中，第二位和第四位分别是第一位和第三位的反码，用于校验信息是否出错。38kHz的频率由程序提供。每个字节是从低位到高位串行发送的。

硬件上，本装置使用940nm的红外二极管将电信号转换为红外信号。

抗邻间干扰：红外标签使用红外二极管作为发射元件，并且安装在高处，其有效接收范围大致是地面上一个圆形的光斑，而划分的单位小块是方形的，因此每个标签在覆盖对应小块时将不可避免的溢出一部分到相邻的区域。

这个状况会导致在小块的边缘区域接收到2个标签的信号，红外标签的信号是串行的，多个信号重叠会使得其中任何一个都变得不可读。

为了解决这个问题，本装置在工作时将所有照明节点划分为两个组，每个组内的节点在物理位置上互不相邻，且相同时间只有一个组的红外标签在工作，在一个不是很长的时间片后切换到下一组工作，这个过程就是上述中所谓的系统工作节拍，需要控制节点进行统一的协调。

在某一个时间片内，控制节点关闭B组全部的红外标签，而控制A组进行一次的发送；下一个时间片，关闭A组，B组进行一次发送；如此往复。这样，在这5×3的目标区域内的任意位置、任意时间都可以识别出唯一的标签信息。

无线通讯网络及寄存器映射：本装置在物理上由多个照明节点和一个控制节点组成，各个节点之间通过无线模块进行广播式通讯。所有的无线模块都被设置为相同的信道和通讯接收地址，关闭了自动接收应答功能并在初始化和发送内容后总是被设置为接收模式。所以每个模块发送到空中的数据包都会被其他所有模块接收到，彼此连接形成一个总线型网络。

在逻辑上，这个网络总线也是系统总线，各个照明节点被视为挂载在总线上的外围设备，而控制节点则作为整个系统的中心控制器而存在。如图5所示。

所有的照明节点的具体工作对上层是透明的，仅有内存中的几个特殊的变量会展现给控制节点，节点上的控制器会定期将这些变量与真实的SFRs(Special FunctionRegister，特殊功能寄存器组)同步，SFRs是软件控制硬件的桥梁，直接决定硬件的工作过程。因此访问这几个变量就可以控制或读取节点上各个外设的工作状态，而控制节点会定时运行一个任务，将这些数据与本地的一块内存同步，藉此将远程寄存器映射到本地，详细工作过程如图6所示，图中的每一个完整的闭环都可以看作是硬件自动完成的。

这样，在控制节点上可以方便的控制所有节点的工作状态，以实现上述的工作节拍协调和分布式控制等功能。

无线数据帧格式：本系统使用的无线模块是无协议模块，需要自定通讯协议。

无线数传模块的一个数据帧可以装载32字节的数据，由于节点间要传输的数据并没有这么多，所以其中有一部分装载的不是有效的数据，而是控制和校验信息。

故障节点发现：因为控制节点需要协调所有节点的工作节拍，因此正常工作期间，控制节点会不断的轮询访问各个节点，如果在访问某个节点时发现节点没有应答，则跳过该节点并对该节点开始计数。由于无线通讯会出现少量的丢包，因此允许一个节点连续失去响应最多3次，之后如果依旧没有应答，则判断此节点故障并产生警报。这个警报会在收到来自该节点的有效应答后自动取消。

指示灯复合键盘：在控制节点的设计中使用的单片机仅有16位引脚可作为IO端口使用，其中连接无线模块需要占用其中6位，余下10位需要同时连接一个4×4键盘矩阵和一个4×4指示灯矩阵(各需要8位IO端口)，故电路设计上进行了复合。两个矩阵并联接至1组IO端口上。通过驱动程序的特殊设计避免两者间互相干扰。

避免指示灯矩阵干扰键盘的方法是，在进行键盘采集时，将指示灯矩阵的阳极拉低，而使其阴极为高电位。指示灯矩阵由发光二极管组成，上述过程会使其处于反偏置状态，电学上近似开路，不会造成干扰。

避免键盘矩阵干扰指示灯矩阵的方法是，检测到有按键按下时，关闭指示灯。

这样做的原理是：键盘采集不需要很高的运行频率，设计上为每秒2次，即每500ms运行一次，并且每次进行的过程很短(不足1ms)。所以键盘采集过程实际上占用的时间片很小，使用余下的部分进行指示灯矩阵的扫描，后者几乎不受影响。唯一的问题是，有按键按下时需要暂时关掉指示灯矩阵的输出，考虑到键盘和指示灯在物理位置上是装在一起的，按下某一个按键的同时手本来就会遮挡住指示灯，故此问题可以忽略。

如图7所示照明节点工作流程。由上文说明，为了提高系统可维护性，所有的照明节点在物理硬件上都是相同的，通过一组编码开关手动的给一个节点设置一个编号，节点工作时会以这个编号为ID进行组网通讯，并从控制节点获得各自的预期工作状态。故照明节点上电后，首先会读取由编码开关设置的节点硬件ID，这样做使得系统可以尽快的接入通讯网络。但由于节点间的通讯总是由控制节点发起的，照明节点作为系统中的从机不能主动访问网络，于是在连接建立之前，为保证基础的照明功能不受影响，节点会按照默认的参数配置工作状态。

默认的参数为：亮度：75％；

红外标签：禁用；

之后节点会将无线模块配置为监听模式，等待控制节点访问。由于系统采用总线式通讯，系统中的每一个数据包都会广播给所有其他节点，所以节点在接收到一个包后需要进行校验，以确定这个包是来自同一个系统且目标是自己。如果是，则节点开始处理其中的数据；否则忽略之并回到等待接收状态。

数据的处理过程就是将其部署到对应的真实SFRs中，以完成节点工作状态的更新。在这一步，不同的节点被设置为不同的工作状态。需要说明的一点是，每个数据包能承载16个寄存器的数据，但实际仅用了3个，余下的留作拓展。

使用的3个为：寄存器0：控制PWM的输出，以调节照明亮度；寄存器1：控制红外标签的内容，为0xFF时关闭红外发射；寄存器2：这个寄存器用于拓展。如果节点上连接了传感器，那么传感器读出的数据会被写入这个寄存器并回传到控制节点；如果没有，那么这个寄存器的数值是0xFF。

之后是应答过程，节点会再把各个外设的状态读出并装载一个应答数据包，这个数据包用于报告自己的状态，控制节点会以此更新本地的节点状态信息，即远程寄存器映射区的数据。

控制节点上电后首先会初始化用到的外设，包含GPIO端口、定时器和无线模块，指示灯矩阵的动态显示过程就是定时器驱动的。随后会在内存里开辟一个数组作为远程寄存器的映射区，这个数组的元素是一种数据结构，称作节点控制块。

本系统设置了16个照明节点作为演示，故相应的需要16个节点控制块。这些参数在用户手动调节前会按照默认的参数配置。

之后的工作流程是一个无尽的循环。先进行一次键盘扫描，键盘是一个4×4的矩阵，共有16个按键，各自对应16个节点。如果有按键按下，则处理按键事件，处理方法是将对应节点的亮度寄存器的值增大0x40(最大值0xFF的25％)，若溢出则恢复到0x00。藉此实现对一个节点的4级亮度调节，且各个节点互为独立。

接下来是将本地数据同步到远程寄存器的过程，示意图见图8，这个过程也需要进行16次。由于控制节点的参数中含有有效红外标签配置，照明节点在接收到此配置后会立即启动红外标签并进行一次数据发送。由所述的抗邻间干扰策略，故寄存器推送过程需要分为两组完成，两组之间有一个短暂的延时，分组由编程时确定。

寄存器推送过程中，若目标节点没有应答，则在对应的失效计数器中记录。若连续无应答的次数超过3次，则判断该节点已经失效，发出警报提示维护人员进行检修。

Claims (8)

1.一种具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：由照明节点和控制节点两部分组成，照明节点承载有红外标签，控制节点负责控制整个使用红外线二极管的室内照明装置的工作状态并协调各个节点的工作节拍，使各个照明节点有序工作，并为用户提供对照明节点的控制接口，照明节点分布于目标区域，在提供照明的基础上还装有红外线标签，用于提供定位功能。

2.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：两种节点均以单片机为主控单元，使用无线通讯模块进行相互连接。

3.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：在目标区域以1㎡为单位划分小块并分别用红外标签标记，配合接收设备可以实现精度为1m的室内定位功能。

4.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：为目标区域提供照明功能，设计最大照明功率15W/㎡，同时利用单片机的片上PWM模块，可以对其进行多级调整，并且每个节点的状态是独立的，可以让不同的节点提供不同的照明强度。

5.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：控制节点可以小型化作为遥控器使用，并且可以根据需要配置一个或多个控制节点，系统控制更为灵活。

6.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：使用无线数传模块进行通讯，每个节点仅需要电源即可正常工作，在不增加安装工作量的情况下实现了遥控开关、多级调光、故障监视、室内定位功能，较传统照明系统节能、可靠、灵活、多功能化。

7.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：照明节点包括主控制器、无线数传模块、红外发射模块、LED及其驱动模块及电源模块；所有的照明节点在物理硬件上都是相同的，通过一组编码开关手动的给一个节点设置一个编号，节点工作时会以这个编号为ID进行组网通讯，并从控制节点获得各自的预期工作状态，故照明节点上电后，首先会读取由编码开关设置的节点硬件ID，这样做使得装置可以尽快的接入通讯网络，但由于节点间的通讯总是由控制节点发起的，照明节点作为装置中的从机不能主动访问网络，于是在连接建立之前，为保证基础的照明功能不受影响，节点会按照默认的参数配置工作状态，之后节点会将无线模块配置为监听模式，等待控制节点访问；控制节点不需要照明和红外标签功能，但需要接入照明节点之间的网络并为用户提供对照明系统的控制接口，所以控制节点除了单片机和通讯模块外还有一组4×4的矩阵键盘和一组4×4的矩阵指示灯；

控制节点上电后首先会初始化用到的外设，包含GPIO端口、定时器和无线模块，其中指示灯矩阵的动态显示过程就是定时器驱动的；随后会在内存里开辟一个数组作为远程寄存器的映射区，这个数组的元素是一种数据结构，称作节点控制块，之后的工作流程是一个无尽的循环；先进行一次键盘扫描，键盘是一个4×4的矩阵，共有16个按键，各自对应16个节点；如果有按键按下，则处理按键事件，处理方法是将对应节点的亮度寄存器的值增大0x40，即最大值0xFF的25％，若溢出则恢复到0x00；藉此实现对一个节点的4级亮度调节，且各个节点互为独立；接下来是将本地数据同步到远程寄存器的过程，这个过程也需要进行16次；由于控制节点的参数中含有有效红外标签配置，照明节点在接收到此配置后会立即启动红外标签并进行一次数据发送；由于抗邻间干扰策略，故寄存器推送过程需要分为两组完成，两组之间有一个短暂的延时，分组由编程时确定；

寄存器推送过程中，若目标节点没有应答，则在对应的失效计数器中记录；若连续无应答的次数超过3次，则判断该节点已经失效，发出警报提示维护人员进行检修。

8.根据权利要求1所述的具有室内定位功能的照明装置，其特征在于：照明节点包括主控制器、无线数传模块、红外发射模块、LED及其驱动模块及电源模块；单片机是一个节点的核心，使用了其多种片上外设来控制节点的工作，包括：GPIO端口、UART模块、PCA模块、以及由单片机上的程序使用GPIO模拟出的接口：SPI接口、红外通讯接口；由于模拟NEC协议需要系统提供一个精密而稳定的时钟，故装置中装有一枚高精度的12MHz晶振，防止由于系统频漂造成红外信号失真或无法识别，以此为基础，这一个节点就可以稳定的承载“红外标签”功能；而LED及其驱动部分用于照明；本装置采用AMC7135芯片作为大功率LED的驱动，单枚芯片可固定提供350mA的电流，使用3枚并联以获得1050mA的恒定电流驱动LED；使用PWM方法实现调光功能，驱动芯片的使能引脚被连接至单片机片上外设PCA模块的输出引脚，而PCA模块工作于PWM模式；藉此由硬件实现了可以多级亮度调节的照明功能；

无线数传模块则是通过SPI接口连接至单片机，此型号单片机本身没有内置的SPI模块，需要程序中对SPI时序进行模拟；通过这个模块，所有的节点彼此相互连接，以协调工作时序；由于该模块属于无协议通讯模块，本身是没有诸如MAC地址之类的硬件地址的，因此为了区分每个节点，额外装有一组DIP4的拨动开关，通过这组开关手动设置节点的ID；节点上电后会读取这组开关的数据以获得本节点的编号；这样做使得每个节点都是一致的，不仅可以方便安装和部署，并且当一个节点损坏后也可以很方便的拿备用品替换；

电源模块为本系统的基础，为本系统提供多种不同的电压；本身通过电源适配器获得12V的电源输入，通过DC-DC变换器升压至17V驱动LED，同时通过三端稳压器LM78L05和AMS1117降压到5V和3.3V供单片机和无线模块使用；为了调试时方便，也可以使用8.4V的双锂电池组作为电力来源。