《利用可见光进行室内定位的方法》
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[摘 要]本文介绍一种利用可见光在室内进行定位的方法与装置.LED灯可以将电能转化为光能,具有效率高、绿色环保、响应灵敏度高、使用寿命长等特点,是可见光源的最佳选择.STC12C5A60S2具有高速、低功耗、强抗干扰的性能,作为数据处理和控制的核心,能够进行光照强度、A/D转换,以及输入/输出的模拟量的采集.LED灯闪烁频率太快,通过人眼是无法察觉到,但光敏电阻器可以接收到这些微小变化的信息.本文通过光敏电阻采集LED灯照射地面上点的光强信号,这些电信号通过A/D转换器转换成数字信号存储起来,为后期判断传感器的位置提供依据.
[关键词]光敏电阻器；STC12C5A60S2单片机；LED；A/D转换器
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0392-03
1引言
近年来无线通信技术得到了迅速发展,人们在生活中对无线定位服务的需求增多[1].目前运用最多的定位系统是GPS全球定位系统,但GPS导航定位系统室内信号弱,导致GPS的使用受到一定的限制[2, 3].目前有很多的室内导航系统,WIFI定位系统,其定位算法主要有三种,分别为三边定位、双曲线定位、最小二乘法,WIFI定位系统定位精度在3米左右,但会存在误差,以及其他信号的干扰,从而影响到它的精度,的能源消耗也比较大[4]；蓝牙通讯是一种短距离低功耗的无线传输技术,对于复杂的空间环境,蓝牙定位系统的稳定性比较差,容易受到噪声信号的干扰；超宽带技术具有穿透力强、功耗低、安全性高,但仅用于室内移动物体的定位跟踪或导航；RFID定位技术可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且传输范围大,RFID不便于整合到移动设备之中,不便于国际标准化；ZigBee的低功耗和低成本,但只能进行短距离使用[5].
LED光源导航具备一些其他室内导航系统所没有的优势,比如具有功率的损耗小、使用寿命周期长、空间利用率高、定位精度高、成本低等优点,而且它还把照明与通信集于一体.（参考文献）
2系统构成
本装置主要由四个模块组成,分别是控制模块、检测模块、驱动模块和电源模块,下面分别对各个模块展开叙述[6].
2.1控制模块
本文采用STC12C5A60S2型MCU,这是传统51单片机加强版,具有高速、低功耗和抗干扰能力强的特点[7],其结构与编程原理与传统的基本一致；相对于STC89C52RC型MCU,其I/O数增多,同时具备两个AD/DA转换口,此外,其内存扩大到64k,内置eEProm,运行速度也大幅增加,外设更加丰富[8].因此,可为各模块的控制提供更多资源和空间[9].
2.2检测模块
本文采用光敏电阻进行检测.经万用表测量光敏电阻,了解到光敏电阻阻值与光强成反比[10],即光线强度的变化会引起了光敏电阻阻值的变化[11].通过检测当时环境下的光线强弱,来判断传感器与三个发光二极管的远近程度,以此来完成定位.
2.3驱动模块
首先给定一个方波信号,经过双运算放大器LM258,与2.5v电压进行比较积分,形成三角波,以此作为载波[12]；其次经过滤波和积分的音频信号通过电压比较器LM239D进行比较,得到调制后的PWM波；接着通过与门开关和给定一个低电平信号进行或非门产生对应频率的光电信号,导通NPN三极管,进行信号还原,从而驱动LED灯.
2.4电源模块
将降压电路通过二极管,单向导通,获得12V电压[13].经过滤波电路后,使其电压更加平稳,再经过KIA7805A三端稳压管,得到5V电压,再次经过滤波,最后经过电阻串联分压得到2.5V电压.KIA7805A三端稳压管比只使用一只稳压二极管进行稳压的电路要好得多.
3系統理论分析与计算
3.1 定位方法
LED 灯发出高速亮暗的闪烁信号来传输信息,其发射出来的信号能分别在X轴和Y轴上形成等值线,要是只依据在X轴上的等值线或者只依据Y轴上的等值线并不能确定其位置；只有将X轴上的等值线和Y轴上的等值线进行叠加,才能确定其在底部平面上的确定位置.
3.2 信息发送接收方法
利用LED灯发出高速明暗交替闪烁的信号来传递信息,通过检测由X轴LED的脉冲和Y轴LED的脉冲一起叠加的下降沿,利用其下降沿触发中断,检测其用时多久,如图1所示.此低电平可以用来区分下一段触发的是X轴LED,还是Y轴的LED.如果此段为X轴LED,即为X轴坐标,那么下一段即为Y轴LED,即Y轴坐标,X坐标和Y轴坐标可确定唯一的点.由接收端的光敏传感器等装备获取信号,并将此获取到的光信号转变为电信号；然后再通过A/D转换器,将电信号转换成数字信号,使LED 光信息转换成数字信号[14],即为光敏电阻的坐标位置,最后对解调出的数据存储.
3.3 抗干扰方法
3.3.1自然光补偿
将LED电流设定值ISET减去实际值ILED,对打开过程中的差值进行积分,同时PWM信号切换为断开状态之后,释放其误差产生的累积量,同时延长伸展到PWM打开运作的时间,以此来弥补环路状态切换过程中LED损失的画面的明亮程度,最终获得准确调光补偿效果[15].
3.3.2滤波电路
滤波电路图如图2所示；电路中的电抗元件具有储存电能的能力,当电源供电给并联的电容器的电压高于电容器电压时,其就开始储存一部分的能量；当电源供给并联的电容器的电压低于电容器电压时,之前存储的能量会适当放出补充电路电压,这样使负载电压在运行过程中更加的稳定[16].
3.3.3环境处理
将实验箱内部都喷成黑色,底部也用黑色卡纸进行标定.因黑色可吸收光谱内所有的可见光,使传感器所感受到的光照强度都来源于LED灯,避免受到来自实验箱壁反射来的光信号和LED光源直射光信号叠加,产生不必要的等光强点.此方法通过处理环境从而减少不必要的影响因数[17].
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室内定位引用文献:
[1] 室内定位论文范文 室内定位大学毕业论文范文2万字
[2] 百度和室内定位毕业论文模板范文 百度和室内定位相关论文例文5000字
[3] 质心和室内定位毕业论文模板范文 质心和室内定位方面有关专科开题报告范文5000字
