CN108802679A - 一种用于室内定位的可见光定位系统 - Google Patents

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何苗
周俊楠
程映奇
王润
熊德平
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Abstract

本发明涉及室内定位技术领域，具体公开了一种用于室内定位的可见光定位系统，包括若干LED灯具，LED灯具包括：发光二极管；控制电路模块，所述控制电路模块中设有电子开关，所述控制电路模块通过所述电子开关与所述发光二极管电连接；供电电路模块，与所述控制电路模块电连接，用于向所述控制电路模块提供直流电；脉冲信号发生器，与所述控制电路模块电连接，所述控制电路模块通过所述脉冲信号发生器产生的脉冲信号改变所述发光二极管的实际功率，由此实现对所述发光二极管的闪动频率的控制。本发明实施例提供的用于室内定位的可见光定位系统，通过使用大功率的LED灯具，具备较短的系统延时和较高的定位精度。

Description

一种用于室内定位的可见光定位系统
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种用于室内定位的可见光定位系统。
背景技术
近年来，随着LED在照明、通信和传感技术等各个领域的广泛应用，可见光通信(Visible Light Communication，简称VLC)具有同时用于照明和通信的优势，被认为是极具发展潜力和应用前景的技术。
基于VLC的定位技术使用LED作光源，可在使用LED照明的地方提供室内定位服务。与现有的定位技术相比具有许多优点，包括不受电磁干扰、不产生射频辐射干扰、定位精度高等。
现有的LED定位系统大都采用小功率的LED光源，因此，定位精度受限。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种用于室内定位的可见光定位系统，其具备较高的定位精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种用于室内定位的可见光定位系统，包括：
若干LED灯具，每个所述LED灯具发出的光信号信息均不相同；所述LED灯具包括：
发光二极管；
控制电路模块，所述控制电路模块中设有电子开关，所述控制电路模块通过所述电子开关与所述发光二极管电连接；
供电电路模块，与所述控制电路模块电连接，用于向所述控制电路模块提供直流电；
脉冲信号发生器，与所述控制电路模块电连接，所述控制电路模块通过所述脉冲信号发生器产生的脉冲信号改变所述发光二极管的实际功率，由此实现对所述发光二极管的闪动频率的控制；
接收端，用于放置在需要被定位的追踪目标上，包括：
光电转换模块，用于接收所述LED灯具发出的光信号信息并将光信号转化为电信号；
采样放大模块，与所述光电转换模块电连接，用于将所述电信号进行采样放大后转换为数字信号；
数据处理模块，与所述采样放大模块电连接，用于将所述数字信号转换为串口信号；
蓝牙发送端，与所述数据处理模块电连接，用于将所述串口信号发送到显示终端；
显示终端，包括：
蓝牙接收端，与所述蓝牙发送端通讯连接，用于接收所述接收端发来的串口信号；
存储模块，用于存储不同的电信号与室内空间的不同位置的映射关系；
查找模块，分别与所述蓝牙接收端和存储模块电连接，用于根据接收端发来的电信号从存储模块中查找相应的位置信息；
显示模块，与所述查找模块电连接，用于显示所述位置信息。
优选地，所述LED灯具之间的距离为1.5m～2.5m。
优选地，所述LED灯具的数量不少于三个。
优选地，所述光电转换模块为蓝光光电二极管。
优选地，所述控制电路模块包括第一单片机。
优选地，所述控制电路模块还包括金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述金属-氧化物半导体场效应晶体管的型号为IRF640。
优选地，所述脉冲信号发生器为第二单片机。
优选地，所述第二单片机为8052单片机。
本发明的有益效果：本发明实施例提供的用于室内定位的可见光定位系统，通过使用大功率的LED灯具，可以有效提高定位系统的定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的定位系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的用于室内定位的LED灯具的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的LED灯具的闪动频率示意图；
图4为本发明实施例提供的接收端的结构示意图。
图中：
1、LED灯具；101、发光二极管；102、控制电路模块；103、供电电路模块；104、脉冲信号发生器；
2、接收端；201、光电转换模块；202、采样放大模块；203、模数转换器；204、ARM嵌入式系统；205、蓝牙发送端；
3、显示终端。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～图4所示，本发明实施例提供一种用于室内定位的可见光定位系统，包括：若干LED灯具1、接收端2和显示终端3。每个所述LED灯具1发出的光信号信息均不相同，例如，给每个LED灯具1分复用加载不同的光信号。接收端2包括：光电转换模块201，用于接收所述LED灯具1发出的光信号信息并将光信号转化为电信号；采样放大模块202，与所述光电转换模块201电连接，用于将所述电信号进行采样放大后转换为数字信号，容易被嵌入式单片机处理；数据处理模块，与所述采样放大模块202电连接，用于将所述数字信号经STM32嵌入式处理后转换为串口信号；蓝牙发送端205，与所述数据处理模块电连接，用于将所述串口信号一特定的波特率发送到显示终端3。显示终端3与所述接收端2通讯连接，包括：蓝牙接收端，与所述蓝牙发送端205通讯连接，用于接收所述接收端2发来的串口信号；存储模块，用于存储不同的电信号与室内空间的不同位置的映射关系；查找模块，分别与所述蓝牙接收端和存储模块电连接，用于根据接收端2发来的电信号从存储模块中查找相应的位置信息；显示模块，与所述查找模块电连接，用于显示所述位置信息。优选地，光信号信息可以是光强和灯光的闪动频率等。
优选地，可以使用蓝光光电二极管作为光电转换模块201，其优点是灵敏度高，检测光强范围大。优选地，可以使用AD7606结合IV放大器作为采样放大模块202，IV放大器能将信号放大500倍～2000倍，使得信号在-10V～10V之间输出，能完全覆盖AD7606的采样输入范围。优选地，数据处理模块包括模数转换器203和ARM嵌入式系统204。
具体地，如图1所示，在室内的天花板或者墙壁上安装若干LED灯具1，优选地，为了充分利用LED灯具1，建议LED灯具1之间的距离为1.5m～2.5m，例如每3m×3m的空间可以放置三个LED灯具1。接收端2位于不同的位置，距离各个LED灯具1的距离不同，能接收到的光强也不同，光强与接收端2的具体位置存在映射关系。优选地，如图2所示，可以通过脉冲信号发生器使不同的LED灯具1的闪动频率不同，进而促使每一个LED灯具1都具备自己的光强度，由此可以增加室内各个位置的光强差异。然后将接收端2固定在需要定位的人或者动物等的身上，接收端2接收照射到接收端2上的LED灯具1的光信号信息，然后将这些光信号信息转化为电信号，接着并把该电信号经过放大和采样后发送到显示终端3。显示终端3接收到接收端2发来的信息后，查找到相应的位置信息，然后通过坐标表示法、平面视图表示法或者三维视图表示法等方式展示接收端2在室内空间中的具体位置。
于本实施例中，如图3所示，用于室内定位的LED灯具1包括发光二极管101、控制电路模块102、供电电路模块103和脉冲信号发生器104。所述控制电路模块102中设有电子开关，所述控制电路模块102通过所述电子开关与所述发光二极管101电连接；供电电路模块103与所述控制电路模块102电连接，用于向所述控制电路模块102提供直流电；脉冲信号发生器104与所述控制电路模块102电连接，所述控制电路模块102通过所述脉冲信号发生器104产生的脉冲信号改变所述发光二极管101的实际功率，由此实现对所述发光二极管101的闪动频率的控制。
具体地，传统的LED定位方案使用的是小功率的LED灯具1，驱动小功率的LED灯具1只需将脉冲信号发生器104的一个供电端口直接与LED灯具1连接即可，脉冲信号发生器104可通过控制电路模块102控制LED灯具1的亮灭。驱动大功率LED不仅需要单片机输出信号，还需要电子开关来给予LED驱动，如果没有的话，只会烧毁单片机。优选地，供电电路模块103通过控制电路模块102来给予LED驱动。所以，本实施例提供的LED灯具1与脉冲信号发生器104之间设有控制电路模块102，通过电子开关控制LED灯具1的亮灭，由此可以实现大功率LED灯具1的高频闪动控制。另一方面，传统的供电电路模块103与脉冲信号发生器104直接连接，这样的电路连接关系无法驱动大功率的LED灯具1，否则会烧毁脉冲信号发生器104。而于本实施例中，供电电路模块103通过控制电路模块102与脉冲信号发生器104连接，可以保证电源的稳定供电，有利于大功率的LED灯具1的稳定运行。
于本实施例中，发光二极管101的额定功率优选为20w以上，控制电路模块102可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管(简称为MOS管)和第一单片机，进一步地，金属-氧化物半导体场效应晶体管的型号优选为IRF640。脉冲信号发生器104优选为型号为8052的第二单片机。具体地，脉冲信号发生器104以一定的频率产生该LED的闪动频率，保持亮兼顾照明功能。供电电路模块103需要在MOS管开启的时间段迅速升高到LED灯具1的开启电流，关闭时，迅速降低到关断电流。MOS管的选择上，需要开启时内阻较低并且击穿电压远大于供电电压的MOS管。MOS管优先选用IRF640，其开启内阻小、源漏两段的最大电压可达200VDC。使用的LED灯具1为高电压小电流的LED灯具1，开启电压可达90V，额定电压可达130V，额定电流可达100mA。进一步地，根据以上选配参数配置得到的定位系统，最大定位误差只有0.1m，错误率低至0.31％。
具体地，传统的LED定位方案的LED灯具1均为小功率的LED灯具1，而一般的单片机只能输出10mA-30mA的驱动电流，无法驱动大功率的LED灯具1。本发明提供了一种使用大功率的LED灯具1作为室内定位灯具的技术方案，该方案使用的LED灯具1额定功率可达20w以上，工作电流可达2A以上。在LED灯具1失真率小于30％时，MOS管开关能提供最大开关频率为3kHz的开关频率。使用数量大于3个的LED灯具1就能实现室内的定位，可以进一步提高定位精度。
于本实施例中，优选地，可以使用集成电路使得脉冲电路发生器、控制电路模块102和供电电路模块103集成在一块电路板中，再将该电路板集成在球泡内，一来有助于LED灯具1的稳定性，二来可以节省空间体积。供电电路模块103通过球泡内部预留的过线孔与外部电源连接，可用导热硅脂、导热银胶等贴合固定手段将导线固定，还有助于散热。与现有的技术相比，本实施例提供的定位系统的优点是集成度高、系统硬件成本低、低延迟、定位误差小、误差率小和容易搭建灯，还能满足室内建筑的高亮度照明需求。
于本实施例中，显示终端3可以是台式电脑、手机或者平板电脑等电子设备。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于室内定位的可见光定位系统，其特征在于，包括：
若干LED灯具(1)，每个所述LED灯具(1)发出的光信号信息均不相同；所述LED灯具(1)包括：
发光二极管(101)；
控制电路模块(102)，所述控制电路模块(102)中设有电子开关，所述控制电路模块(102)通过所述电子开关与所述发光二极管(101)电连接；
供电电路模块(103)，与所述控制电路模块(102)电连接，用于向所述控制电路模块(102)提供直流电；
脉冲信号发生器(104)，与所述控制电路模块(102)电连接，所述控制电路模块(102)通过所述脉冲信号发生器(104)产生的脉冲信号改变所述发光二极管(101)的实际功率，由此实现对所述发光二极管(101)的闪动频率的控制；
接收端(2)，用于放置在需要被定位的追踪目标上，包括：
光电转换模块(201)，用于接收所述LED灯具(1)发出的光信号信息并将光信号转化为电信号；
采样放大模块(202)，与所述光电转换模块(201)电连接，用于将所述电信号进行采样放大后转换为数字信号；
数据处理模块，与所述采样放大模块(202)电连接，用于将所述数字信号转换为串口信号；
蓝牙发送端(205)，与所述数据处理模块电连接，用于将所述串口信号发送到显示终端(3)；
显示终端(3)，包括：
蓝牙接收端，与所述蓝牙发送端(205)通讯连接，用于接收所述接收端(2)发来的串口信号；
存储模块，用于存储不同的电信号与室内空间的不同位置的映射关系；
查找模块，分别与所述蓝牙接收端和存储模块电连接，用于根据接收端(2)发来的电信号从存储模块中查找相应的位置信息；
显示模块，与所述查找模块电连接，用于显示所述位置信息。
2.根据权利要求1所述的用于室内定位的可见光定位系统，其特征在于，所述LED灯具(1)之间的距离为1.5m～2.5m。
3.根据权利要求1所述的用于室内定位的可见光定位系统，其特征在于，所述LED灯具(1)的数量不少于三个。
4.根据权利要求1所述的用于室内定位的可见光定位系统，其特征在于，所述光电转换模块(201)为蓝光光电二极管。
5.根据权利要求1所述的用于室内定位的定位系统，其特征在于，所述控制电路模块(102)包括第一单片机。
6.根据权利要求5所述的用于室内定位的定位系统，其特征在于，所述控制电路模块(102)还包括金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述金属-氧化物半导体场效应晶体管的型号为IRF640。
7.根据权利要求1所述的用于室内定位的定位系统，其特征在于，所述脉冲信号发生器(104)为第二单片机。
8.根据权利要求6所述的用于室内定位的定位系统，其特征在于，所述第二单片机为8052单片机。
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