CN203054214U - 室内定位装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种室内定位装置及系统，该室内定位装置包括：第一接收器，用于接收照明灯发出的光信号，其中，不同的照明灯发出不同的光信号，不同的光信号对应不同的编码信息；存储器，用于存储室内地图以及解码信息与地址信息的对应关系，其中，地址信息用于表示照明灯在室内地图中的地址；处理器，分别连接至第一接收器和存储器，用于处理光信号以得出编码信息对应的解码信息，并从存储器中查找与解码信息对应的地址信息。通过本实用新型，保证了定位的准确性和及时性。

Description

室内定位装置及系统

技术领域

本实用新型涉及定位领域，具体而言，涉及一种室内定位装置及系统。

背景技术

现有技术中的室内定位装置需要依靠全球室内定位装置(GPS)来确定当前的位置。一般而言，GPS需要获知待测物的经度和纬度。在某些特殊情况下，还要知道海拔高度才能准确定位。有了这三组数据，GPS定位的准确性一般可以达到2～3米。由于现有的室内定位装置需要在GPS卫星的直接视线之内才能工作，所以当进入到商场或者地下停车场等区域时，GPS定位就失去了效用。

针对现有技术中的室内定位装置无法在室内使用的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种室内定位装置及系统，以至少解决现有技术中的室内定位装置无法在室内使用的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种室内定位装置。

根据本实用新型的室内定位装置包括：第一接收器，用于接收照明灯发出的光信号，其中，不同的照明灯发出不同的光信号，不同的光信号对应不同的编码信息；存储器，用于存储室内地图以及解码信息与地址信息的对应关系，其中，地址信息用于表示照明灯在室内地图中的地址；处理器，分别连接至第一接收器和存储器，用于处理光信号以得出编码信息对应的解码信息，并从存储器中查找与解码信息对应的地址信息。

进一步地，上述装置还包括：第二接收器，与处理器连接，用于接收目的地地址信息，其中，目的地地址信息为用户输入的目的地所对应的地址信息，处理器包括：第一确定单元，用于根据目的地地址信息和照明灯的地址信息在室内地图上确定导航路线，其中，导航路线为从照明灯对应的地址至目的地对应的地址的路线。

进一步地，上述装置还包括：检测器，与处理器连接，用于检测第一接收器接收到的光信号的种类，处理器包括：第二确定单元，用于当第一接收器仅接收到一种光信号时，根据发出该光信号的照明灯的地址信息和目的地地址信息确定导航线路。

进一步地，第一接收器还用于接收第一光信号和第二光信号，其中，第一光信号为第一照明灯发出的光信号，第二光信号为第二照明灯发出的光信号，处理器包括：判断单元，用于在第一接收器同时接收到第一光信号和第二光信号时，判断第一光信号和第二光信号之间的光强大小；第四确定单元，连接至判断单元，用于当第一光信号的光强大于第二光信号的光强时，确定导航路线为发出第一光信号的照明灯对应的地址到目的地对应的地址的路线。

进一步地，上述装置还包括：第三接收器，与存储器连接，用于接收更新后的室内地图。

进一步地，第一接收器接收到闪烁的光信号，处理器包括：第一获取单元，用于处理闪烁的光信号以获取解码信息；第一查找单元，连接至第一获取单元，用于从存储器中查找与解码信息对应的地址信息。

进一步地，处理器还包括：第二获取单元，用于根据光信号闪烁的时间间隔获取解码信息；第二查找单元，连接至第二获取单元，用于从存储器中查找与解码信息对应的地址信息，其中，当闪烁的时间间隔为第一时间间隔时，光信号对应的解码信息为0，当闪烁的时间间隔为第二时间间隔时，光信号对应的解码信息为1，第一时间间隔和第二时间间隔不同。

进一步地，处理器还包括：第四确定单元，连接至第二获取单元，用于确定光信号对应的引导码，其中，以第三时间间隔闪烁的光信息对应于引导码，第一接收器在接收到引导码对应的光信号之后，接收数字信号对应的光信息，第三时间间隔不同于第一时间间隔和第二时间间隔。

进一步地，室内定位装置还包括：显示屏，与处理器连接，用于显示定位的地址或导航线路。

进一步地，存储器包括：存储单元，用于存储解码信息与提示信息的对应关系；处理器还包括：第三获取单元，用于根据处理获得的解码信息获取与解码信息对应的提示信息；显示屏还包括：显示单元，用于显示提示信息。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一个方面，提供了一种室内定位系统。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种室内定位系统。该室内定位系统包括：多个照明灯，其中，不同的照明灯发出的光信号对应不同的编码信息，编码信息与解码信息对应，解码信息与室内地图上照明灯的地址信息对应；以及室内定位装置，用于接收照明灯发出的光信号，处理光信号以得出对应的解码信息，并获取与解码信息对应的地址信息。

通过本实用新型，室内定位系统可以获取照明灯的光信号对应的编码信息，并通过编码信息与解码信息的对应关系以及解码信息与地址信息的对应关系，获取该解码信息在预先获取室内地图上的地址信息，从而确定在照明灯照射范围内的室内定位装置的地址，从而可以根据室内地图上的信息进行定位，因此解决了现有技术中的室内定位装置无法在室内使用的问题，进而保证了定位的准确性和及时性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的室内定位装置的结构框图；

图2a是根据本实用新型实施例的照明灯的结构示意图；

图2b是根据本实用新型实施例的光信号发送模块中的调光控制电路的连接示意图；

图2c是根据本实用新型实施例的光信号接收模块的原理框图；

图2d是根据本实用新型实施例的光信号接收模块的电路连接示意图；

图3a是根据本实用新型实施例的引导码的波形示意图；

图3b是根据本实用新型实施例的0的波形示意图；以及

图3c是根据本实用新型实施例的1的波形示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种室内定位装置，以下对本实用新型实施例所提供的室内定位装置进行介绍。

图1是根据本实用新型实施例的室内定位装置的结构框图。

如图1所示，该室内定位装置包括第一接收器11、存储器12和处理器13。

第一接收器11用于接收照明灯发出的光信号，其中，不同的照明灯发出不同的光信号，不同的光信号对应不同的编码信息。

照明灯可以是LED灯，主要用于照明，兼顾发送光信号的作用，光信号既可以是闪烁的光，也可以是携带信息的光。为了不影响照明且不影响人在感官上的舒适度，本实施例中的光信号是闪烁的光。

在整个系统中的不同位置，设有多个照明灯灯，对不同的照明灯进行不同的编码，以使各照明灯可以发出对应于不同编码信息的光信号，即，位于不同位置的照明灯所发出的光信号是不同的。例如，位于第一位置的第一照明灯发出经过第一编码的第一光信号，位于第二位置的第二照明灯发出经过第二编码的第二光信号，位于第三位置的第三照明灯发出经过第三编码的第三光信号，其中，第一光信号对应于第一编码信息，第二光信号对应于第二编码信息，第三光信号对应于第三编码信息。

在本实用新型实施例中，照明灯既可以起到照明的作用，还可以起到定位的作用，由于对不同的照明灯进行的编码不同，因而，不同的照明灯所发出的光具有不同的闪烁频率，且该闪烁频率是人的肉眼所无法察觉的，从而，使得照明灯不仅可以起到照明的作用，而且可以起到光通信的作用，发出唯一的可以用于定位其位置的光信号。

图2是根据本实用新型实施例的照明灯的结构示意图，如图2所示，本实施例中使用的照明灯在在普通灯具的基础上增加了处理器，例如单片机（MCU），以进行信号编码，照明灯上可以使用与本实施例中室内定位装置相同的处理器，也可以使用不同的处理器，室内定位装置的总线控制将信息发送给MCU，MCU根据各个LED灯不同的地址编辑不同的编码信息，编码信息通过调光控制来控制照明LED发光，从而将编码信息从LED灯发送出去。在不发送信息的时候，调光控制模块同样具有调光功能。将照明灯以及与其相连的各部分看作一个光信号发送模块，则该光信号发送模块包括AC/DC转换电路、LED驱动电路、总线控制电路、MCU、调光控制电路以及LED灯。虚线框中的部分可以集成为一个元器件，该元器件连接在现有的LED驱动电路或LED驱动器中即可使用。

其中，AC/DC转换电路将220V交流电压转换为直流电压，该电路可以通过变压器实现，也可通过开关电源实现；通过LED驱动电路将转换后的直流电压进一步转换为恒流电压提供给LED灯；总线控制电路可用于传输控制信息来控制LED灯的亮度；调光控制电路接收到总线传输的信息，产生控制LED的PWM调光电压信号。为了满足光信号的发射要求，进一步地，总线控制电路还用于传输待发送的通信信息，总线控制电路将待发送的通信信息发送给MCU，MCU接收到通信信息，并将其编辑为光编码信息，调光控制电路根据编码信息控制照明LED发光，从而将通信信息以光信号的形式从LED灯发送出去，完成了光发送模块的功能。需要说明的是，在不发送通信信息时，调光控制电路同样具有调节LED灯亮度的功能。

在图2a所示的实施例中，调光控制电路可采用如图2b所示的电路实现。如图2b所示，该电路包括四个电阻和两个MOS管Q1，其中，第一MOS管Q1的第一端连接MCU，第二端经由第十四电阻R14连接电源，第三端接地；第二MOS管Q2的第一端连接至第一MOS管Q1与第十四电阻R14之间的节点，第二端连接至LED灯D2，第三端经由第十六电阻R16接地；第十三电阻R13的一端接电源，另一端与第一MOS管Q1的第一端相连接；第十五电阻R15的一端接地，另一端连接至第一MOS管Q1的第二端与第二MOS管Q2的第一端之间的节点。

采用该调光控制电路，通过MOS管放大来驱动LED，产生高频闪烁光，发送光信号。

光接收模块可采用如图2c所示的光信号接收模块，该光接收模块用于光通信信号传输中的信号接收端，将接收到的光信号转换为光电压信号，并将转换后的光电压信号进行放大，放大后通过整形得到稳定的方波信号，以使解码电路进行解码，如图2c所示，该光信号接收模块包括光信号处理电路、放大电路和比较整形电路。

其中，光信号处理电路用于接收光信号，并将接收到的光信号转换为光电压信号；放大电路与光信号处理电路相连接，用于将光信号处理电路输出的光电压信号放大；比较整形电路将放大后的电压信号与阈值电压信号进行比较，得到一个稳定的方波信号，以使解码电路进行解码。

具体地，该光信号接收模块可通过图2c所示的电路实现。如图2c所示，光信号处理电路包括光接收电路和前置放大电路，其中，光接收电路包括光接收二极管D1、光敏电阻RS和第二电阻R2，前置放大电路包括第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4和第一比较器UIA；放大电路包括第二电容C2、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第二比较器UIB；比较整形电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第三比较器UIC。

具体地，各电路的连接关系以及输出的信号分别介绍如下：

光接收电路中的光接收二极管D1的一端接电源，另一端经由光敏电阻RS和第二电阻R2构成的并联电路接地，其中，光接收二极管D1将接收到的光信号通过并联电路转换为光电压，由于光敏电阻RS阻值随光照强度变化的特性，使得光接收电路输出的电压信号是波动小、稳定的电压信号；

前置放大电路中的第一比较器UIA的11端接地，2端经由第三电阻R3接地，3端经由第一电容C1连接光接收电路、4端接电源，1端为输出端，其中，在2端与1端之间连接有第四电阻R4，前置放大电路将较弱的电压信号进行初步的放大；

放大电路中的第二比较器UIB的5端经由第二电容C2连接前置放大电路，6端经由第七电阻R7接地，7端为输出端，其中，在6端与7端之间连接有第八电阻R8，第五电阻R5的一端接电源，另一端连接在第二电容C2与第二比较器UIB的5端之间的节点，第六电阻R6的一端也连接在该节点，另一端接地，放大电路通过第二电容C2耦合到电压信号，由于第二电容C2耦合到的电压通过第五电阻R5和第六电阻R6分压得到一个稳定的直流电压，进而通过第二比较器UIB做放大处理，输出放大信号；

比较整形电路的第三比较器UIC的9端经由第十一电阻R11接地，10端与放大电路相连接，8端为输出端，其中，在8端与9端之间连接有第十二电阻R12，第十电阻R10的一端接电源，另一端连接至第三比较器UIC的9端与第十一电阻R11之间的节点，第九电阻R9的一端接地，另一端连接至第三比较器UIC的10端与放大电路之间的节点，比较整形电路将放大电路输出的电压信号与预置的电压信号做比较，输出一个稳定的方波信号，给后续的解码电路做解码使用。

由于第一接收器接收到的编码信息在发送给主机之前也需要通过解码和分析，在本实施例中，优选地，可以将第一接收器连接在照明灯的MCU上，通过照明灯中的MCU对编码信息进行解码和分析，在得出地址信息后，再通过MCU与总线相连接，将地址信息通过总线上传到主机中。这样的设计简化了室内定位装置的结构。

照明灯在发送信号时，每秒发送1次信号，信号包括1个Head code+6Bytes数据，发送信号的时间为1*Head code+6*8*(“0”+”1”)/2=102+6*8*(22+32)/2=1398us=1.4ms，发光时间=998.6ms，因此，在发送时间内LED灯不发光的时间=(Head code*1+6*8*1)*2=98us，由于在1s中真正不发光的时间为98us，所以发光的有效性:(1000,000-98)/1000,000=99.99%，即使在发送信号期间（1.4ms内），发光有效性也可以达到(1398-98)/1398=92.99%，因此，在一秒钟一直在发送信号的情况下，发光有效性:(1398-98)/1398=92.99%，在目前情况下，一秒钟发送1次信号，发光的有效性为(1000,000-98)/1000,000=99.99%，不影响正常照明。

存储器12用于存储室内地图以及解码信息与地址信息的对应关系，其中，地址信息用于表示照明灯在室内地图中的地址。不同的解码信息所对应不同的地址信息。

室内地图可以是三维地图，包括每层楼的平面地图，这些室内地图可以到网站下载，也可以在到达某室内场所时获取该场所的地图。

处理器13分别连接至第一接收器11和存储器12，，在第一接收器11接收到光信号之后，对光信号进行解码，从而获取编码信息对应的解码信息，即，处理光信号以得出与编码信息对应的解码信息，并从存储器中查找与解码信息对应的地址信息，即第一接收器11接收到的编码信息所对应的照明灯的地址，本实施例中以该照明灯的地址作为定位的地址。

编码的过程和解码的过程是相对的，根据照明灯的地址经行编码后，由照明灯发出与该编码信息对应的光信号，定位装置中的处理器对接收到的信号进行解码，从而得出该照明灯的地址信息。

解码的过程与照明灯对地址信息进行编码的过程是相对的，照明灯可以每秒发送1次信号，信号包括1个引导码（Head code）+6Bytes数据。

第一接收器接收到光信号可以是闪烁的光信号，处理器还用于处理闪烁的光信号以获取解码信息，并从存储器中查找与解码信息对应的地址信息。

处理器可以根据闪烁时光强的变化或者闪烁的时间间隔来获取光信号对应的解码信息，考虑到根据闪烁时光强的变化来获取对应解码信息对第一接收器的接收精度的要求较高，加大了室内定位装置的成本，在本实施例中，通过闪烁的时间间隔来获取光信号对应的数字信号，通过时间间隔获取光信号对应的数字信号既不需要较高的硬件要求，也能保证较高的精度，具体地，处理器还用于根据光信号闪烁的时间间隔获取解码信息，并从存储器中查找与第一接收器接收到的解码信息对应的地址信息，其中，当闪烁的时间间隔为第一时间间隔时，光信号对应的解码信息为0，当闪烁的时间间隔为第二时间间隔时，光信号对应的解码信息为1，第一时间间隔和第二时间间隔不同。

为了保证数据传输的准确性，在数字信号前可以设置引导码，在接收到引导码后，再开始接受光信号中的数字信号，优选地，处理器还用于确定光信号对应的引导码，其中，第一接收器在接收到引导码对应的光信号之后，接收数字信号对应的光信息，第三时间间隔不同于第一时间间隔和第二时间间隔。

第一接收器11与作为处理器13的MCU连接，第一接收器11在照明灯亮时接收到高电平，在照明灯灭时接收到低电平，时MCU通过计算2个下降沿之间的时间间隔来判断是否接收到引导码，在接收到引导码后开始进入信号的接收，判断信号表示“0”还是“1”。图3是根据本实用新型实施例的波形示意图，在本实施例中，当第一接收器接收到的2个下降沿时，MCU会计算2个下降沿的时间间隔t，每个上升沿与其对应的下降沿的时间间隔为2us，引导码的理论值t=102us，图3a是根据本实用新型实施例的引导码的波形示意图，当92us<t<112us时，MCU判断为已经进入接收状态，否则继续判断是否进入接收状态，当进入接收状态时，直接接收48bit的数据，然后判断是“0”还是“1”，图3b是根据本实用新型实施例的0的波形示意图，如图所示，“0”的理论值为22us，图3c是根据本实用新型实施例的1的波形示意图，如图所示，“1”的理论值为32us,因此设定判断标准为:当t>27us时确定接收到的为1，当t<27us时确定接收到的为0。

在本实施例中，在发射端进行编码，并经过相应的照明灯发出，由于对应于每个照明灯的发射端所进行的编码不同，因而，多个不同的照明灯对应的编码信息不同，也即，不同的照明灯所发出的光信号不同。在接收端接收到光信号之后，对光信号进行解码，由于每个光信号对应的编码信息不同，因而，在对每个光信号进行解码后所得到的解码信息也不同，从而能够识别出接收到的光信号来自哪一个照明灯。在预先获取室内地图后，通过获取照明灯的地址信息，从而确定在照明灯照射范围内的待测物的地址，从而可以根据室内地图上的信息进行导航，进而保证了导航的准确性和及时性。

室内定位装置在满足定位的要求后，可以进一步满足导航的要求，优选地，室内定位装置还包括第二接收器，第二接收器与处理器连接，用于接收目的地地址信息，其中，目的地地址信息为用户输入的目的地所对应的地址信息，处理器还用于根据目的地地址信息和照明灯的地址信息在室内地图上确定导航路线，其中，导航路线为从照明灯对应的地址至目的地对应的地址的路线。导航的原理类似原有的GPS导航。

一般而言，照明灯之间有一定距离，在某一位置只能接收到一盏照明灯发出的光信息，优选地，室内定位装置还包括检测器，检测器与处理器连接，用于检测第一接收器接收到的光信号的种类，处理器还用于当第一接收器仅接收到一种光信号时，根据发出该光信号的照明灯的地址信息和目的地地址信息确定导航线路。

为了提高定位的精度，也可以缩小照明灯之间的距离，因此，某些位置可以接收到多盏照明灯发出的光信号，优选地，第一接收器还用于接收第一光信号和第二光信号，其中，第一光信号为第一照明灯发出的光信号，第二光信号为第二照明灯发出的光信号，处理器还用于在第一接收器同时接收到第一光信号和第二光信号时，判断第一光信号和第二光信号之间的光强大小，当第一光信号的光强大于第二光信号的光强时，确定导航路线为发出第一光信号的照明灯对应的地址到目的地对应的地址的路线。

具体地，当第一接收器接收到多种光信号时，可以获取到各光电转换是产生的电压值，处理器还用于确定电压值最大的光信号对应的照明灯的地址信息为室内定位装置的地址信息，并根据室内定位装置的地址信息和目的地地址信息确定导航线路。在本实施例中，还可以在检测光信号的装换的电压大小，通过侦测到的电压大小来判断目前车的位置距离哪个LED灯最近。光强越强，光信号对应的电压越大；反之，光强越弱，光信号对应的电压越小。通过这样的电压检测可以判断出目前车距离哪个LED灯最近。在本实施方式中，2个LED灯之间的距离大约为5m。因此，我们只要知道目前室内定位装置距离哪个LED灯最近，并以该照明灯的位置作为定位的位置，这样我们的定位精度可以达到5m，满足日常的定位需求。

为了保证导航的准确性，可以定期或者不定期的对地图进行更新，优选地，上述室内定位装置还包括第三接收器，第三接收器用于接收更新后的室内地图和室外地图。

室内定位装置有多种方法显示室内定位装置的位置，例如在不满发光二极管的显示板上，以闪烁的二极管表示当前的地址或导航线路，本实施例中，为了保证更好的显示效果，室内定位装置上还包括显示屏，显示屏与处理器连接，可以用于显示定位的地址或者导航线路。

进一步地，照明灯发出的光信号中包括预设的提示信息，存储器还用于存储解码信息与提示信息的对应关系，处理器还用于根据处理获得的解码信息获取与解码信息对应的提示信息，显示屏还可以用于显示提示信息。例如，在商场中，每盏照明灯可以发出周围商品的详细信息或者卖场中的打折信息等，室内定位装置在不同的照明灯下回显示不同的商品信息。

根据本实用新型的实施例，还提供了一种室内定位系统，包括多个照明灯和室内定位装置，其中，不同的照明灯发出的光信号对应不同的编码信息，编码信息与解码信息对应，解码信息与室内地图上照明灯的地址信息对应，室内定位装置用于接收照明灯发出的光信号，处理光信号以得出对应的解码信息，并获取与解码信息对应的地址信息。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实施例实现了准确的室内定位。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种室内定位装置，其特征在于，包括： 

第一接收器，用于接收照明灯发出的光信号，其中，不同的照明灯发出不同的光信号，不同的光信号对应不同的编码信息； 

存储器，用于存储室内地图以及解码信息与地址信息的对应关系，其中，所述地址信息用于表示所述照明灯在所述室内地图中的地址； 

处理器，分别连接至所述第一接收器和所述存储器，用于处理所述光信号以得出所述编码信息对应的解码信息，并从所述存储器中查找与所述解码信息对应的地址信息。 

2.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于， 

所述装置还包括： 

第二接收器，与所述处理器连接，用于接收目的地地址信息，其中，所述目的地地址信息为用户输入的目的地所对应的地址信息。 

3.根据权利要求2所述的室内定位装置，其特征在于， 

所述装置还包括： 

检测器，与所述处理器连接，用于检测所述第一接收器接收到的光信号的种类。 

4.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，所述装置还包括： 

第三接收器，与所述存储器连接，用于接收更新后的所述室内地图。 

5.根据权利要求2所述的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置还包括： 

显示屏，与所述处理器连接，用于显示定位的地址或所述导航线路。 

6.一种室内定位系统，其特征在于， 

多个照明灯，其中，不同的照明灯发出的光信号对应不同的编码信息，所述编码信息与解码信息对应，所述解码信息与室内地图上所述照明灯的地址信息对应；以及 

室内定位装置，用于接收所述照明灯发出的光信号，处理所述光信号以得出对应的解码信息，并获取与所述解码信息对应的地址信息。 

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