CN109387810A - 一种室内定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种室内定位系统，包括LED定位灯具和光信号采集装置，所述的光信号采集装置包括光敏装置和图像采集装置，LED定位灯具包括LED定位信号发射模块和LED发光器件，LED定位信号发射模块将LED定位灯具的ID信息以PWM调制方式附加在LED定位灯具的驱动电流上，利用LED发光器件发射可见光编码信号，光敏装置接收第二可见光编码信号，解析出LED定位灯具的ID信息，实现第二可见光定位；图像采集装置接收第一可见光编码信号，解析出LED定位灯具的ID信息，实现第一可见光定位。本发明利用可见光定位灯具发射出的可见光编码信号，能够同时实现室内第一可见光定位和第二可见光定位。

Description

一种室内定位系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种室内定位系统。
背景技术
可见光定位装置实现室内定位是以光波为传输煤质的通信方式，光波和无线电波都是电磁波，光波具有传输频带宽、通信容量大和抗干扰能力强等优点。光波按照其波长的长短可分为红外波、可见光、和紫外线光。可见光室内定位采用可见光LED作为光源，实现室内定位，红外波是一种波长介于无线电波和可见光波之间的电磁波，红外波实现室内定位可以通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。
目前的室内建造面积也越来越大，例如大型购物超市，机场等区域，人们在室内容易迷失方向，急迫需要具有定位功能的产品，给人们指引方向，快速引导人们找到需要的商品，减少购物时间。
发明内容
本发明提供一种室内定位系统，能实现室内可见光定位。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种室内定位系统，包括LED定位灯具和光信号采集装置，所述的光信号采集装置包括光敏装置和图像采集装置，LED定位灯具包括LED定位信号发射模块和LED发光器件，LED定位信号发射模块将LED定位灯具的ID信息以PWM调制方式附加在LED定位灯具的驱动电流上，利用LED发光器件发射可见光编码信号，光敏装置接收第二可见光编码信号，解析出LED定位灯具的ID信息，实现第二可见光定位；图像采集装置接收第一可见光编码信号，解析出LED定位灯具的ID信息，实现第一可见光定位。
作为本发明的优化方案，室内定位系统还包括第一无线基站、后台服务器、第二无线基站和智能终端设备，光信号采集装置上设置有无线通信模块，无线通信模块将定位信息发送到第一无线基站，第一无线基站接收到定位信息后再通过有线或者无线传输到后台服务器，后台服务器存储定位信息，智能终端设备与光信号采集装置进行绑定，智能终端设备通过第二无线基站查看后台服务器存储的定位信息。
作为本发明的优化方案，图像采集装置设置有摄像头、方向传感器和分析处理模块，分析处理模块用于计算图像采集装置的位置信息，图像采集装置的坐标(x1,y1)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具的坐标，D为图像采集装置与LED定位灯具的距离，α为图像采集装置的方向角度。
作为本发明的优化方案，光敏装置上设置有光敏传感器、方向传感器和计步传感器，光敏装置的坐标(x,y)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具的坐标，为光敏装置前进的角度，dis为光敏装置前进距离。
作为本发明的优化方案，LED定位灯具设置在室内的屋顶，所述的光信号采集装置集成在推车、购物篮或者引导车上，或者让用户进行佩戴.
作为本发明的优化方案，LED定位灯具与LED定位灯具之间的安装间距为2m-3m。
本发明具有积极的效果：1)本发明包含两种可见光编码信号，一种是白光编码方式的信号，另一种是红外编码方式的信号，两种可见光编码信号都通过可见光定位灯具的发光器件发射出去，不需要改变可见光定位灯具的结构，仅需改变可见光定位灯具的编码；
2)本发明利用可见光定位灯具发射出的可见光编码信号，能够同时实现室内第一可见光定位和第二可见光定位；
3)本发明将可见光定位灯具安装在大型超市，利用安装在超市购物车上的图像采集装置和超市购物篮的光敏装置可以让每一位用户在超市中准确、快速找到需要的商品，减少购物的时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是LED定位信号发射模块的电路原理图；
图3是第一可见光编码信号和第二可见光编码信号的波形图；
图4是图像采集装置与LED定位灯具的距离示意图；
图5是本发明的摄像头与LED定位灯具之间的位置关系的几何示意图。
其中：1、LED定位灯具，2、光信号采集装置，21、光敏装置，22、图像采集装置，3、第一无线基站，4、后台服务器，5、第二无线基站，6、智能终端设备。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明公开了一种室内定位系统，包括LED定位灯具1和光信号采集装置2，光信号采集装置2包括光敏装置21和图像采集装置22，LED定位灯具1包括LED定位信号发射模块和LED发光器件，LED定位信号发射模块将LED定位灯具1的ID信息以PWM调制方式附加在LED定位灯具1的驱动电流上，利用LED发光器件发射可见光编码信号，光敏装置21接收第二可见光编码信号，解析出LED定位灯具1的ID信息，实现第二可见光定位；图像采集装置22接收第一可见光编码信号，解析出LED定位灯具1的ID信息，实现第一可见光定位。
如图2所示，LED定位信号发射模块由MCU、信号处理电路和控制开关组成，信号处理模块包括MOS管或者三极管，MCU把恒流转恒压模块输出的电流转换为PWM形式的定位信号后，输出至MOS管或者三极管，通过MOS管或者三极管放大后再输出至LED发光器件，LED发光器件以发光的形式发出定位信号。
本发明所采用的编码方法中的可见光编码信号包括第一可见光编码信号和第二可见光编码信号，第一可见光编码信号的编码方法采用的是白光编码方式的信号，第二可见光编码信号的编码方法采用的是红外编码方式的信号，两种编码信号分时分段，依次交替发送，利用不同时段来传输位置信息，每300ms发送第一可见光编码信号后，再每20ms发送第二可见光编码信号，然后再发送第一可见光编码信号，以此类推。
如图3所示，第一可见光编码信号每一帧占14bit，其中逻辑为“1”占8bit，逻辑为“0”占6bit；第二可见光编码信号包含波形头和波形需要传输的数据，根据脉冲信号的宽度来判别二进制“0”和“1”，脉冲宽的表示“逻辑1”，脉冲窄的表示“逻辑0”。其中“逻辑1”占用时间为1900μs,“逻辑0”占用时间为1250μs，第二可见光编码信号的载波频率以红外信号载波的频率发送，载波频率为38KHZ，第二可见光编码信号的脉冲宽度为52μs，第二可见光编码信号每发送一次占用时间为6ms。第一可见光编码信号的脉冲宽度范围40μs～100μs，当脉冲宽度为100μs，第一可见光编码信号在300ms时间内发送214帧，发送完214帧第一可见光编码信号后，发送第二可见光编码信号，每发射一次第二可见光编码信号占用时间为6ms，第二可见光编码信号在20ms时间内可以发送出3帧，然后继续发送第一可见光编码信号，再发送第二可见光编码信号。
室内定位系统还包括第一无线基站3、后台服务器4、第二无线基站5和智能终端设备6，光信号采集装置2上设置有无线通信模块，无线通信模块将定位信息发送到第一无线基站3，第一无线基站3接收到定位信息后再通过有线或者无线传输到后台服务器4，后台服务器4存储定位信息，智能终端设备6与光信号采集装置2进行绑定，智能终端设备6通过第二无线基站5查看后台服务器4存储的定位信息。
如图4所示，图像采集装置22设置有摄像头、方向传感器和分析处理模块，分析处理模块用于计算图像采集装置22的位置信息，图像采集装置22的坐标(x1,y1)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具1的坐标，D为图像采集装置22与LED定位灯具1的距离，α为图像采集装置22的方向角度。
分析处理模块用于处理摄像头拍摄到的LED定位灯具1发射出的可见光编码信号的图像信息进行解码，解析出LED定位灯具1的ID，通过ID在地图数据库中查找可见定位灯具的坐标，并得到可见光定位灯具和图像采集装置间的距离信息，再根据方向传感器的方向信息得出图像采集装置的坐标信息
如图5所示，LED定位灯具1与图像采集装置22的距离d＝SQRT(Dx 2+Dy 2)
摄像头解析度：1024*768
天花板到地面高度Ht＝3000mm
摄像头距离地面高度Hd＝1000mm
摄像头距离LED定位灯具1的高度H＝Ht-Hd＝3000-1000＝2000mm
X轴方向分量：
LED定位灯具1中心到摄像头的水平距离(半径)
Dx＝1000mm(提前测量好)
LED定位灯具1在摄像头拍摄的图像中与中心的距离Lx＝320像素
1.计算摄像头的焦距fx
fx＝H*L/(Dx-Lx)
fx＝2.0*1000*320/(1.0*1000-320)
fx＝941.1765
2.通过提前计算出摄像头接收模块的焦距fx＝941.1765。
在实际应用中需要计算：
LED定位灯具1的中心到摄像头的水平距离(半径)Dx：
Dx＝Lx*(fx+H)/f
例如：摄像头接收模块的焦距fx，层高变H，LED定位灯具1在摄像头拍摄的图像中与中心的距离Lx，根据LED发光器件在图像中的位置不断变化。
Lx＝100×Dx＝100*(941.1765+2000)/941.1765＝312.5mm
Lx＝200×Dx＝200*(941.1765+2000)/941.1765＝625.0mm
Lx＝300×Dx＝200*(941.1765+2000)/941.1765＝937.5mm
Lx＝400×Dx＝200*(941.1765+2000)/941.1765＝1250.0mm
Lx＝500×Dx＝200*(941.1765+2000)/941.1765＝1562.5mm
同理，可以计算出在Y轴的分量Dy。
图像采集装置22中包含摄像头，景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过接口电路传输到图像采集装置中处理。
利用图像采集装置22来接收LED灯具发送出来的明暗信号，通过处理器解析出对应的ID信息，实现读取ID的目的。利用图像采集装置22中摄像头来采集LED灯具在视频图片中的位置进行精确定位计算。利用LED定位灯具1和图像采集装置22的方向传感器测得的方向，通过三角函数算法，可以得到图像采集装置22的坐标信息，实现室内的可见光定位。
光敏装置21上设置有光敏传感器、方向传感器和计步传感器，光敏装置21的坐标(x,y)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具(1)的坐标，为光敏装置21前进的角度，dis为光敏装置21前进距离。
利用光敏装置21采集LED定位灯具1发射出来的第二可见光信号，用于解析第二可见光信号。其工作原理大致为：光敏装置21设有光敏传感器，利用高低电平宽度不同进行光信息解析，解析出LED定位灯具1发出的1/O信号并按照格式组成二进制编码格式，光敏装置21将解析出的这二进制编码ID发送至后台服务器4，后台服务器4匹配检索ID编码，将预先与该ID绑定的坐标赋值给光敏装置21，即光敏装置21基础位置坐标。
另外，利用光敏装置21中设有的方向传感器和计步传感器，提高定位精度，通过无线通信模块，光敏装置21发出数据格式:[LED定位灯具ID，前进角度前进距离dis，设备ID]。后台服务器4根据光敏装置21传来数据解析该设备坐标。
LED定位灯具1设置在室内的屋顶，光信号采集装置2集成在推车、购物篮或者引导车上，或者让用户进行佩戴。
将大型超市的普通照明灯具改装为LED定位灯具1，每个LED定位灯具1之间的安装间距为2m～3m。
本发明利用现有技术的LED定位灯具1，将需要传输位置信息调制成一系列的脉冲信号，用脉宽调制的方法附加LED定位灯具1上，利用LED定位灯具1的发光器件发射出的光源，通过集成在导航车、购物篮、购物车或机场引导车上的光敏装置21可以接收LED定位灯具1发射出的第二可见编码信号并解码，解析出发送的第二可见光编码信号的身份识别信息，利用所获取的身份识别信息在地图数据库中确定对应位置信息，完成第二可见光定位。也可以通过集成在导航车、购物车、机场引导车上的图像采集装置22接收LED定位灯具1发射出的第一可见光编码信号，并解码，解析出第一可光编码信号的身份识别信息，利用所获取的身份识别信息在地图数据库中确定对应的位置信息，实现可见光室内定位。
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，所应理解的是，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 (6)

1.一种室内定位系统，其特征在于：包括LED定位灯具(1)和光信号采集装置(2)，所述的光信号采集装置(2)包括光敏装置(21)和图像采集装置(22)，LED定位灯具(1)包括LED定位信号发射模块和LED发光器件，LED定位信号发射模块将LED定位灯具(1)的ID信息以PWM调制方式附加在LED定位灯具(1)的驱动电流上，利用所述的LED发光器件发射可见光编码信号，所述的光敏装置(21)接收第二可见光编码信号，解析出LED定位灯具(1)的ID信息，实现第二可见光定位；所述的图像采集装置(22)接收第一可见光编码信号，解析出LED定位灯具(1)的ID信息，实现第一可见光定位。
2.根据权利要求1所述的一种室内定位系统，其特征在于：所述的室内定位系统还包括第一无线基站(3)、后台服务器(4)、第二无线基站(5)和智能终端设备(6)，所述的光信号采集装置(2)上设置有无线通信模块，无线通信模块将定位信息发送到第一无线基站(3)，第一无线基站(3)接收到定位信息后再通过有线或者无线传输到后台服务器(4)，所述的后台服务器(4)存储定位信息，所述的智能终端设备(6)与光信号采集装置(2)进行绑定，所述的智能终端设备(6)通过第二无线基站(5)查看后台服务器(4)存储的定位信息。
3.根据权利要求2所述的一种室内定位系统，其特征在于：图像采集装置(22)设置有摄像头、方向传感器和分析处理模块，所述的分析处理模块用于计算图像采集装置(22)的位置信息，图像采集装置(22)的坐标(x1,y1)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具(1)的坐标，D为图像采集装置(22)与LED定位灯具(1)的距离，α为图像采集装置(22)的方向角度。
4.根据权利要求3所述的一种室内定位系统，其特征在于：所述的光敏装置(21)上设置有光敏传感器、方向传感器和计步传感器，光敏装置(21)的坐标(x,y)为：
其中：(x0,y0)为LED定位灯具(1)的坐标，为光敏装置(21)前进的角度，dis为光敏装置(21)前进距离。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种室内定位系统，其特征在于：所述的LED定位灯具(1)设置在室内的屋顶，所述的光信号采集装置(2)集成在推车、购物篮或者引导车上，或者让用户进行佩戴。
6.根据权利要求5所述的一种室内定位系统，其特征在于：LED定位灯具(1)与LED定位灯具(1)之间的安装间距为2m-3m。
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