CN109240298B - 一种基于摄像头及可见光定位的智能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于摄像头及可见光定位的智能系统，属于智能装置运动控制及定位技术领域。手持定位终端在工作模式下，控制单元接收智能装置的位置信息，即PC端服务器传来的路径规划信息控制行走及避障操作；锁定模式基于I/O单元中触摸开关禁止超声波测距单元、驱动电机以及四驱马达轮的操作；手持定位终端通过用户模式选择按钮进入睡眠模式，将睡眠信号经PC端服务器和摄像头B输给PC端服务器、配置端、控制及避障单元、倾斜报警单元及自动开关单元进入不工作状态。所述系统实施十分方便，应用面极广，可用于家用、连锁饭店以及办公等等公共和私人场所使用，可具体应用于诸如垃圾桶、酒水桌以及报刊框此类用品。

Description

一种基于摄像头及可见光定位的智能系统
技术领域
本发明涉及一种基于摄像头及可见光定位的智能系统，属于智能装置运动控制及定位技术领域。
背景技术
伴随着科技的进步和人民生活水平的提高，智能化家居的发展已经成为一种趋势，人人都希望自己的家居用品能变得更加智能，以帮助自己在这个节奏很快的时代，回到家之后得到最舒适的家居生活体验。
智能装置概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市时，才出现了首栋的[智能型建筑],从此也揭开了全世界争相建造智能装置的序幕。
我国智能控制方面起步较晚，但也提出了利用4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段。目前我国市面上存在着较多智能装置用品，比如扫地机器人、智能垃圾桶和智能家用机器人等智能装置，但均存在着不能精确定位而导致无法与用户产生人性化沟通的问题，本发明针对上述问题提出了一种基于室内精确定位系统的智能装置实施方法，相较另一个一种基于可见光定位的智能盛放装置而言，不再需要单独的手持定位终端，使用人手一部的手机即可完成相应操作。
发明内容
本发明的目的是进一步提升现有智能装置定位精度较低以及避障运动的灵活性以及运动控制的精准性，提出了一种基于摄像头及可见光定位的智能系统。
核心思想是：结合摄像头数据采用可见光定位对智能装置进行精确定位，同时通过避障及驱动单元、倾斜报警单元、I/O单元以及舵机实现不同工作模式下智能装置按照规划路径、避开障碍物运动至目的地。具体为：手持定位终端在工作模式下，控制单元接收智能装置的位置信息，即PC端服务器传来的路径规划信息控制行走及避障操作；锁定模式基于I/O单元中触摸开关禁止超声波测距单元、驱动电机以及四驱马达轮的操作；手持定位终端通过用户模式选择按钮进入睡眠模式，将睡眠信号经PC端服务器和摄像头B输给PC端服务器、配置端、避障及驱动单元、倾斜报警单元及自动开关单元进入不工作状态。
一种基于摄像头及可见光定位的智能系统包括一种基于摄像头及可见光定位的智能装置以及依托于所述智能装置的工作模式、锁定模式及睡眠模式；
其中，所述智能装置主要包括智能定位单元、手持定位终端、配置端、PC端服务器、主控板、舵机、倾斜报警单元、避障及驱动单元、I/O单元；
其中，手持定位终端主要包括摄像头A和用户模式选择按钮；智能定位单元主要包括摄像头B；
其中，PC端服务器包括数据库A以及数据库B；
配置端包括配置器以及LED；其中，配置器及LED的数量均为M个；
避障及驱动单元包括超声波测距单元、驱动电机以及四驱马达轮；
倾斜报警单元包括倾斜单元以及蜂鸣器；
I/O单元包括工作状态指示灯以及触摸开关；
其中，舵机的功率范围是大于50瓦；
所述智能装置中各单元及单元的连接关系如下：
主控板与避障及驱动单元、倾斜报警单元、I/O单元以及舵机相连；PC端服务器与手持定位终端、智能定位单元相连；主控板分别与避障及驱动单元中的超声波测距单元及驱动电机相连，驱动电机又与四驱马达轮连接；主控板与倾斜报警单元中的倾斜单元及蜂鸣器相连；主控板与I/O单元中的工作状态指示灯、触摸开关相连；主控板与舵机相连；主控板与智能定位单元相连；智能定位单元与手持定位终端通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式与PC端服务器相连接；配置端中的M个配置器与对应的M个LED相连接。
所述装置中各单元的功能如下：
PC端服务器中的数据库A用于存放每个LED编码、LED坐标及其对应的频率、智能装置编号、手持定位终端编号；数据库B用于存放地图；
智能定位单元以及手持定位终端功能是通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式下载PC端服务器中的数据库；
配置端的功能是配置器控制不同编号的LED发出不同频率的可见光，进而建立坐标系；
手持定位终端和智能定位单元的功能是从PC端服务器中下载数据库A，即当前场景下的LED编号及该LED编号与对应LED发出的可见光信号频率的对应关系，手持定位终端和智能定位单元分别接收到光信号，手持定位终端和智能定位单元计算出所述终端在当前场景下的位置，实现精确定位；
主控板的功能是实现与其他单元的连接以及控制和计算的功能。
避障及驱动单元的功能是在工作模式下接近用户的路径上进行对所在装置的驱动和避障；
倾斜报警单元的功能是当智能装置意外倾倒的时候进行报警，提醒用户；
舵机的功能是在锁定模式及睡眠模式下，智能定位单元中的摄像头B通过图像识别处理识别到人的时候转动以打开所述装置；以及在工作模式下，手持定位终端与智能定位单元的距离小于一定距离时打开所述装置；使得智能定位单元靠近用户至一定距离时则自动打开本装置；以及在工作模式及锁定模式下，当人体红外传感器在指定位置检测到人时，自动打开；
I/O单元的功能是锁定模式选择及电源显示；
其中，锁定模式选择是对所述装置的避障及驱动单元进行管理，触摸开关闭合使所述装置丧失移动能力；
用户模式选择按钮用于选择所述智能装置处于睡眠模式还是工作模式两者之一；
其中，触摸开关的功能是进入或退出锁定模式；
所述装置的工作模式的步骤如下：
步骤1：用户操作手持定位终端中的用户模式选择按钮选择工作模式及选择使用的装置；配置端、PC端服务器、手持定位终端、舵机、主控板、避障及驱动单元以及倾斜报警单元进入工作模式；
步骤2：智能定位单元和手持定位终端通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式从PC端服务器下载所需的数据库；
其中，所需的数据库为数据库A和数据库B中的一个或多个；
步骤3：配置端在室内建立坐标系，手持定位终端以及智能定位单元分别基于摄像头A和摄像头B探测的信息通过无线互连的PC端服务器计算出手持定位终端以及智能定位单元所在的位置信息，并将此两个位置信息存储在PC端服务器；
步骤4：PC端服务器基于步骤3输出的两个位置信息计算所述装置运动至手持定位终端的无障路线，主控板接收经智能定位单元传输来的无障路线驱动电机，驱动电机再控制四驱马达轮按照此无障路线携带本装置向手持定位终端靠近，靠近的过程中，通过超声波测距单元获取周边障碍物信息，经过主控板进行决策判断，避开障碍物，到达手持定位终端；
其中，每次避开障碍物后PC端服务器均会进行路径的二次规划，从而确保本装置可以到达用户；
在步骤2到步骤4的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量智能装置状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；
舵机的工作过程如下：达到条件A、条件B以及条件C时，自动打开本装置；
其中，所述的条件A为在工作模式下，手持定位终端与智能装置的距离小于等于x米时；其中，x的范围为大于0.1米小于2米；
所述的条件B为在工作模式下，摄像头B在小于等于y米时检测到人；
所述的条件C为在锁定模式下，摄像头在小于等于z米时检测到人；
y和z的范围可由用户设定；
步骤5：用户使用完本装置后，通过回归位置按钮选择本装置的回归位置，将此回归位置替换步骤3中传输给PC端服务器的手持定位终端位置信息；再执行步骤4，使得智能装置避开障碍物，到达设定的回归位置；
其中，回归位置由用户通过操作回归位置按钮设定为位置1、位置2、位置3、位置4及位置5中的一个；其中，位置1到位置5的具体位置由用户设定；
其中，睡眠模式，包括如下步骤：
步骤A：用户操作手持定位终端中的用户模式选择按钮选择睡眠模式；
步骤B：通过无线互联的服务器、智能定位单元以及主控板传递进入睡眠模式的信息，配置端、PC端服务器、手持定位终端以及所有装置中的避障及驱动单元和舵机进入睡眠模式状态；
步骤C：睡眠模式下PC端服务器、配置端、手持定位终端、主控板以及避障及驱动单元均处于睡眠模式，以节省功耗；
在步骤A到步骤C的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量所述装置状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；当装置上的摄像头B在指定位置检测到人时，舵机转动，自动打开；
其中，锁定模式的步骤如下：
步骤I：按下I/O单元中的触摸开关单元，使工作状态指示灯关闭；
步骤II：I/O单元将信息传递给主控板，进而传输给避障及驱动单元，使该装置处于锁定模式；
步骤III：所述装置将失去移动能力，驱动电机、四驱马达轮、超声波测距功能将不再工作；
在步骤I到步骤III的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量所述装置状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；当装置上的摄像头B在指定位置检测到人时，舵机转动，自动打开。
有益效果
本发明提出了一种基于摄像头及可见光定位的智能装置，与现有智能装置相比，具有如下有益效果：
1.本发明所述装置实施十分方便，内设所有编码都已固定实际操作与应用十分容易；
2.本发明提供了三种模式可供选择，基于其摄像头及可见光的室内定位系统，在提供足够精确的定位的同时减少耗电量；
3.本智能装置应用面极广，可用于家用、连锁饭店以及办公等等公共和私人场所使用，可具体应用于诸如垃圾桶、酒水桌以及报刊框此类用品。
附图说明
图1是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统的组成及连接示意图；
图2是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统工作模式的流程图；
图3是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统睡眠模式的流程图；
图4是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统锁定模式的流程图；
图5是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统实施例1的组成及连接示意图；
图6是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统实施例1中的LED的布放图；
图7是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能系统实施例2的组成及连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明所述的一种基于摄像头及可见光定位的智能系统进行详细说明。
实施例1
图5是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能装置的构成及实施例1中的组成示意图。图2、图3和图4分别是本发明一种基于摄像头及可见光定位的智能装置工作模式、睡眠模式以及锁定模式的流程图。依据上述流程图描述本申请在特定应用场景下具体实施。
本实施例描述了应用本发明所述的一种基于摄像头及可见光定位的智能系统在图书馆报刊阅览室的具体实施。
如图5所示，为图书馆报刊阅览室内的一个组成，包括手持定位终端、报刊框、行进椅、配置端和PC端服务器；
其中，报刊框和行进椅中的智能定位单元，数量均为20个；
其中，每个报刊框除报刊盛放装置外，包括报刊框智能定位单元、报刊框主控板、报刊框倾斜报警单元、报刊框避障及驱动单元以及报刊框I/O单元；每个行进椅包括行进椅智能定位单元、行进椅主控板、行进椅倾斜报警单元、行进椅避障及驱动单元以及行进椅I/O单元。
其中，配置端包括25个配置器和25个LED；
具体实施时，融入本发明所述装置包括行进椅与报刊框，配置端中每个配置器连接对应的LED，LED安装在天花板上，在提供照明的同时为家居设备提供定位服务；在每一个智能终端上都由一个主控板连接驱动及避障单元、倾斜报警单元、I/O单元。
具体到本实例，智能终端是指行进椅和报刊框；其中，行进椅可以给读者提供座位，并且通过自身手机(手持定位终端)的控制可以使行进椅带自己到不同的报刊分区部分，方便用户阅读；报刊框则可以在用户手机(手持定位终端)控制下选择装有不同种类报刊的报刊框走到自己身边，方便阅读。
PC端服务器于后台工作；手持定位终端有各自不同的编号；报刊框智能定位单元与行进椅智能定位单元分别固定于报刊框与行进椅上，同时内部也置有不同的编号，手持定位终端、报刊框智能定位单元、酒水桌智能定位单元均通过无线连接与PC端服务器相连，并获取自身位置；
工作时，用户按下手机(手持定位终端)中的用户模式选择按钮选择工作模式，并进一步选择需要使用的装置，如不同种类的报刊框以及不同编码的行进椅。其中有一个被选择之后，在其他用户手机(手持定位终端)上将会显示“该装置正在被使用，请选择其他装置”，防止被重复选用。若选择报刊框，则被选择的报刊框上的主控板根据PC端服务器传送过来的路径控制驱动电机，驱动电机再控制四驱马达轮来到用户身边进行服务；若选择行进椅，则可进一步选择自己所要去的目的地，上述工作过程介绍中工作模式中步骤5工作情况一致，内设有不同类别的报刊停放区比如：人民日报区、环球时报区以及时代周刊区等等，用户选择之后则行进椅带着用户前往选择好的停放区。另外仍有睡眠模式与锁定模式可供商家选择，具体与上述中功能中介绍一致。
实施例2
本实施例描述了应用本发明所述的一种基于摄像头及可见光定位的智能系统在车展方面的具体实施。
如图6所示，为本实施的组成。从图7可以看出，包括配置端、PC端服务器、参观椅智能定位单元、手持定位终端、主控板、避障及驱动单元、倾斜报警单元、I/O单元，连接关系也与发明内容中所述一致。
具体到本实施例，参观椅有不少于100个；配置端中的配置器与LED数量均为100个，实际安装过程中设定每个LED间隔3m具体坐标与位置如图7所示，基于可见光的定位系统定位精度理论上可达厘米级但在实际操作中测量结果为分米级，仍能满足我们的需求。
PC端服务器使用一台自带无线连接功能的PC机，其上有数据库A和数据库B；其中数据库B中存放着车展地图；
按照图6安装、初始化完成之后，配置端中的配置器控制着LED根据最初设定好的不同编号即所在房间坐标的不同发出不同频率的可见光，其中该可见光均为人眼不可分辨，在照明的同时为家居提供定位服务。
在该实施例操作过程中，手持定位终端上有睡眠模式与工作模式选择按钮，按下用户模式选择按钮选择工作模式，进一步选择装置编号再进一步选择自己需要到达哪个区域进行参观即可自行运行到预设定区域进行参观，另有睡眠模式与I/O单元控制的锁定模式均与上述功能描述中内容一致。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于摄像头及可见光定位的智能装置，其特征在于：主要包括智能定位单元、手持定位终端、配置端、PC端服务器、主控板、舵机、倾斜报警单元、避障及驱动单元、I/O单元；
其中，手持定位终端主要包括摄像头A和用户模式选择按钮；智能定位单元主要包括摄像头B；
其中，PC端服务器包括数据库A以及数据库B；
配置端包括配置器以及LED；其中，配置器及LED的数量均为M个；
避障及驱动单元包括超声波测距单元、驱动电机以及四驱马达轮；
倾斜报警单元包括倾斜单元以及蜂鸣器；
I/O单元包括工作状态指示灯以及触摸开关；
其中，舵机的功率范围是大于50瓦；
所述智能装置中各单元及单元的连接关系如下：
主控板与避障及驱动单元、倾斜报警单元、I/O单元以及舵机相连；PC端服务器与手持定位终端、智能定位单元相连；主控板分别与避障及驱动单元中的超声波测距单元及驱动电机相连，驱动电机又与四驱马达轮连接；主控板与倾斜报警单元中的倾斜单元及蜂鸣器相连；主控板与I/O单元中的工作状态指示灯、触摸开关相连；主控板与舵机相连；主控板与智能定位单元相连；智能定位单元与手持定位终端通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式与PC端服务器相连接；配置端中的M个配置器与对应的M个LED相连接；
所述装置中各单元的功能如下：
PC端服务器中的数据库A用于存放每个LED编码、LED坐标及其对应的频率、智能定位单元编号、手持定位终端编号；数据库B用于存放地图；
智能定位单元以及手持定位终端功能是通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式下载PC端服务器中的数据库；
配置端的功能是配置器控制不同编号的LED发出不同频率的可见光，进而建立坐标系；
手持定位终端和智能定位单元的功能是从PC端服务器中下载数据库A，即当前场景下的LED编号及该LED编号与对应LED发出的可见光信号频率的对应关系，手持定位终端和智能定位单元分别接收到光信号，手持定位终端和智能定位单元计算出所述终端在当前场景下的位置，实现精确定位；
主控板的功能是实现与其他单元的连接以及控制和计算的功能；
避障及驱动单元的功能是在工作模式下接近用户的路径上进行对所在智能定位单元的驱动和避障；
倾斜报警单元的功能是当智能定位单元意外倾倒的时候进行报警，提醒用户；
舵机的功能是在锁定模式及睡眠模式下，智能定位单元中的摄像头B通过图像识别处理识别到人的时候转动以打开所述装置；以及在工作模式下，手持定位终端与智能定位单元的距离小于一定距离时打开所述装置；使得智能定位单元靠近用户至一定距离时则自动打开本装置；以及在工作模式及锁定模式下，当人体红外传感器在指定位置检测到人时，自动打开；
I/O单元的功能是锁定模式选择及电源显示；
其中，锁定模式选择是对所述装置的避障及驱动单元进行管理，触摸开关闭合使所述智能定位单元丧失移动能力；
用户模式选择按钮用于选择所述智能装置处于睡眠模式还是工作模式两者之一；其中，触摸开关的功能是进入或退出锁定模式；
工作模式的步骤如下：
步骤1：用户操作手持定位终端中的用户模式选择按钮选择工作模式及选择使用的装置；配置端、PC端服务器、手持定位终端、舵机、主控板、避障及驱动单元以及倾斜报警单元进入工作模式；
步骤2：智能定位单元和手持定位终端通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自组网的方式从PC端服务器下载所需的数据库；
其中，所需的数据库为数据库A和数据库B中的一个或多个；
步骤3：配置端在室内建立坐标系，手持定位终端以及智能定位单元分别基于摄像头A和摄像头B探测的信息通过无线互连的PC端服务器计算出手持定位终端以及智能定位单元所在的位置信息，并将此两个位置信息存储在PC端服务器；
步骤4：PC端服务器基于步骤3输出的两个位置信息计算所述智能定位单元运动至手持定位终端的无障路线，主控板接收经智能定位单元传输来的无障路线驱动电机，驱动电机再控制四驱马达轮按照此无障路线携带智能定位单元向手持定位终端靠近，靠近的过程中，通过超声波测距单元获取周边障碍物信息，经过主控板进行决策判断，避开障碍物，到达手持定位终端；
其中，每次避开障碍物后PC端服务器均会进行路径的二次规划，从而确保智能定位单元可以到达用户；
在步骤2到步骤4的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量智能定位单元状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；
舵机的工作过程如下：达到条件A、条件B以及条件C三者之一时，自动打开本装置；
其中，所述的条件A为在工作模式下，手持定位终端与智能定位单元的距离小于等于x米时；其中，x的范围为大于0.1米小于2米；
所述的条件B为在工作模式下，摄像头B在小于等于y米时检测到人；
所述的条件C为在锁定模式下，摄像头B在小于等于z米时检测到人；
y和z的范围由用户设定；
步骤5：用户使用完本智能定位单元后，通过回归位置按钮选择智能定位单元的回归位置，将此回归位置替换步骤3中传输给PC端服务器的手持定位终端位置信息；再执行步骤4，使得智能定位单元避开障碍物，到达设定的回归位置；
其中，回归位置由用户通过操作回归位置按钮设定为位置1、位置2、位置3、位置4及位置5中的一个；
其中，位置1到位置5的具体位置由用户设定。
2.根据权利要求1所述的一种基于摄像头及可见光定位的智能装置，其特征在于：所述装置的睡眠模式，包括如下步骤：
步骤A：用户操作手持定位终端中的用户模式选择按钮选择睡眠模式；
步骤B：通过无线互联的服务器、智能定位单元以及主控板传递进入睡眠模式的信息，配置端、PC端服务器、手持定位终端以及所有智能定位中的避障及驱动单元和舵机进入睡眠模式状态；
步骤C：睡眠模式下PC端服务器、配置端、手持定位终端、主控板以及避障及驱动单元均处于睡眠模式，以节省功耗；
在步骤A到步骤C的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量所述智能定位单元状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；当智能定位单元上的摄像头B在指定位置检测到人时，舵机转动，自动打开。
3.根据权利要求1所述的一种基于摄像头及可见光定位的智能装置，其特征在于：所述装置的锁定模式步骤如下：
步骤I：按下I/O单元中的触摸开关单元，使工作状态指示灯关闭；
步骤II：I/O单元将信息传递给主控板，进而传输给避障及驱动单元，使该装置处于锁定模式；
步骤III：所述智能定位单元将失去移动能力，驱动电机、四驱马达轮、超声波测距功能将不再工作；
在步骤I到步骤III的操作过程中，倾斜报警单元和舵机始终处于工作状态；
其中，倾斜报警单元测量所述智能定位单元状态情况，一旦发生倾倒则立即报警；当智能定位单元上的摄像头B在指定位置检测到人时，舵机转动，自动打开。
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