一种白光LED通讯室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种白光LED通讯室内定位系统及方法，该系统包括发射中控平台、多组发射机、接收机、后台解算平台；定位方法采用时分、优化光传输时间长度计算距离的技术。发射中控平台通过电力载波技术，将时分报文传递给不同的发射机，发射机将报文调制为直流脉冲信号，耦合于LED驱动基准电源，驱动LED灯发射光信号,接收机从而获得光信号的传输时间长度、强度等信息传递后台解算平台，后台解算平台采用优化融合的算法，反馈闭环自适应校正系统求解出接收机的坐标位置，并加载于地图上实现定位。此系统定位精度高、成本低、操作简便、易于商业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内定位
，具体地说，涉及一种白光LED通讯室内定位系统及方法。
技术介绍
全球定位系统GPS技术在建筑物内部及人口密集的城市接收的信号非常微弱，仅适合于室外定位导航。当前室内定位导航技术大多采用无线射频的方式，例如RFID、蓝牙、Wi-Fi、红外线、超声波等多种方式。RFID定位技术利用了电感、电磁耦合及雷达反射的传输特性，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。RFID室内定位系统通常由电子标签、射频读写器、中间件及计算机数据库组成，其优点是通用性高、速率快、天线及产品模块体积小，已经广泛应用于门禁控制、IC卡、停车场管理等领域中；其缺点在于作用距离近，不易在室内兼容其他系统联合工作，并易受其他射频信号的干扰，定位精度较低。蓝牙定位技术主要利用蓝牙基站不断发送广播报文，蓝牙终端设备收到广播报文后，测量出接收功率，带入到功率衰减与距离关系的函数中，测算出多个基站的距离，实现多点定位的功能。其优点是设备体积小并且易于集成在手机等移动终端内，适宜短距离、小范围定位；其缺点是蓝牙器件和设备比较昂贵，环境稳定性较差，其耗电量比较大，不适于室内复杂环境定位。Wi-Fi定位技术是一种无线局域网络(WLAN)信号传输方式，接收端通过接收无线局域网热点AP发射的功率信号RSSI，利用各种测距方法测量用户与无线热点APR的距离。其优点是硬件平台的成熟，易于安装，成本较低；其缺点是易受其他射频信号的干扰，定位精度较低，定位器能耗较高不利环保。红外线定位技术是将信号调制到红外线光谱，接收端通过接收调制过的红外射线信号来进行位置来估算，然后再通过有线或无线网络将数据传输给控制中心实现定位。其优点是具有相对较高的室内定位精度；其缺点是直线视距和传输距离较短，很容易受墙壁或其它障碍物遮挡，并且很容易被室内其他光源或热源干扰，大量铺设红外线设备对人体健康造成损害，室内定位的应用受到很大限制。超声波技术是通过发射波与回波之间的时间差来计算物体间的距离，采用三角定位或三边定位方法确定物体定位的方法。其优点是系统简单，室内定位精度较高；其缺点是需要大量设备硬件，成本费用很高，受非视距和多径效应影响严重，使用范围有限。于上述这些射频技术普遍存在易受其它射频信号干扰，稳定性差，定位精度不高，定位距离短，无线通信频谱资源占用重叠的现象严重等问题，均不适宜室内复杂环境定位。因此产业界迫切需要一种普适，低功耗、定位精度高，能广泛应用于室内定位的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种白光LED通讯室内定位系统及方法，对现有技术普遍使用的室内照明LED灯具进行简单改造，不需另外铺设额外辅助设备条件下，具有照明与通讯定位双重功能，保密性好，安全性高，不受电磁波干扰，通信速率快，成本费用低，可见光波段属于空白频谱段，无需授权许可，能广泛应用于人口密集及射频禁用的室内定位。其具体技术方案为：一种白光LED通讯室内定位系统，包括发射中控平台1、多组发射机3(一个发射机配一个LED灯)、接收机4、后台解算平台5。发射中控平台1通过照明电力线路2与多组发射机3实现电力载波信息传递，多组发射机3每个发射机与匹配LED灯采用电路连接，多组发射机3通过发射光信号与接收机4实现通信，接收机4的定位信息通过蓝牙传给后台解算平台5解算。发射中控平台采用电力载波技术，通过照明线路将分时规划指令报文传递给不同的发射机，发射机按指令将报文编码、调制处理为直流脉冲信号，耦合于LED驱动基准电源，驱动LED灯发射互不干扰的光信号,接收机将接收到的光信号进行系列处理，从而获得光信号的强度、传输时间长度等数字信息，并通过蓝牙接口传递给后台解算平台，后台解算平台自建立了优化融合算法软件，反馈闭环自适应校正系统，反复融合光传输时间长度与光强度衰减与距离函数关系，求解出接收机的坐标位置，并加载于地图上实现定位。优选地，所述发射中控平台包括中央处理单元、RTC时钟模块、电力载波模块、对外接口、电源(AC/DC)。中央处理单元采用ARM+FPGA组成，其中ARM模块运行嵌入linux系统，并提供应用层软件，FPGA模块有信道编码、数据缓存、调制解调功能，ARM与FPGA采用数据、地址总线连接。RTC时钟为系统提供基准时间、时钟对时，电力载波模块通过电力线输送数字信号，对外接口带有LAN、WLAN、USB等人机交互接口，电源(AC/DC)模块为内部电路使用电源。优选地，所述多组发射机(一个发射机配一个LED灯)每个发射机包括发射处理单元、拨码开关、RTC时钟模块、电力载波模块、高速开关、耦合器、对外连接器、电源管理单元。发射处理单元由ARM模块组成，ARM有指令解码、数字编码、信号调制、控制发射机各个模块及器件的功能，拨码开关用于状态(输出功率、时钟同步等)设置，RTC时钟作为时钟定时，电力载波模块负责与发射中控平台进行信息交互，耦合器是将调制后的脉冲信号耦合到LED驱动电源上，高速开关调节LED灯发射，对外连接器用于外部与发射机各单元的接口连接，电源管理单元将交流电源进行AC/DC(交流/直流)、DC/DC变换，一部分提供给LED驱动基准电源，一部分降压后提供给发射机内部电路使用及LED点亮电源。优选地，所述接收机包括接收处理单元(ARM+FPGA)、光电传感器(PD)、RTC时钟模块、可变增益放大器(VGA)、带通滤波器(BPF)、模数转换(ADC)模块、对外接口(Wi-Fi、蓝牙、USB等)、电源管理单元。光电传感器(PD)将接收的光信号转换为电信号，去除PD的直流偏置信号，可变增益放大器(VGA)使电信号增益放大、带通滤波器去除杂散光，模数转换(ADC)模块将模拟电信号转换为数字信号，接收处理单元由ARM+FPGA模块组成，ARM+FPGA有信号采集、指令解码解调功能，并通过蓝牙将信号输出至后台解算平台，RTC时钟模块作为时钟定时，对外接口有Wi-Fi、蓝牙、USB等信息交互接口，电源管理单元有高能电源模块、DC/DC变换，负责向接收机内部电路及硬件提供使用电源。一种白光LED通讯室内定位方法，采用时分、优化光传输时间长度计算距离的技术，包括以下步骤：步骤1、首先根据室内照明场域里众多LED灯具的数量及布置拓扑图，制定各个LED灯之间共用一个信道的时分方法，对各个LED灯具的发射时间(时序排列)进行间隔控制，使得灯光不重叠的各个LED同时发送信息，这样可以将整个场域的灯具仅仅排列为几十个甚至几个时序，大大缩短报文发送时间。此时序脚本文通过对外接口(USB)输入发射中控平台。步骤2、发射中控平台中央处理单元ARM读取传输来的时序脚本文，并组装成含有ID号、时钟信号等信息的报文传递给FPGA编码、存储、整理，再通过电力载波技术加载于照明电力线上，实现向不同的发射机发送数据信号。步骤3、每个发射机配置一个LED灯具，且每个发射机只有唯一个ID号，只有接收到带有当前发射机所对应的ID号的报文时，该发射机才接收并处理该报文。发射处理单元(ARM)通过电力载波技术接收发射中控平台发送的报文，从而获得报文中的时序与网络RTC时钟信号等信息，通过系统网络RTC时钟对时，实现本发射机与其他发射机之间的时钟同步，同时确定定位信息的发射时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白光LED通讯室内定位系统，其特征在于，包括发射中控平台、多组发射机、接收机、后台解算平台；发射中控平台通过照明电力线路与多组发射机实现电力载波信息传递，多组发射机每个发射机与匹配LED灯采用电路连接，多组发射机通过发射光信号与接收机实现通信，接收机的定位信息通过蓝牙传给后台解算平台解算。

【技术特征摘要】
1.一种白光LED通讯室内定位系统，其特征在于，包括发射中控平台、多组发射机、接收机、后台解算平台；发射中控平台通过照明电力线路与多组发射机实现电力载波信息传递，多组发射机每个发射机与匹配LED灯采用电路连接，多组发射机通过发射光信号与接收机实现通信，接收机的定位信息通过蓝牙传给后台解算平台解算。2.根据权利要求1所述的白光LED通讯室内定位系统，其特征在于，所述发射中控平台包括中央处理单元、RTC时钟模块、电力载波模块、对外接口、电源模块，中央处理单元采用ARM+FPGA组成，其中ARM模块运行嵌入linux系统，并提供应用层软件，FPGA模块有信道编码、数据缓存、调制解调功能，ARM与FPGA采用数据、地址总线连接；RTC时钟为系统提供基准时间、时钟对时，电力载波模块通过电力线输送数字信号，对外接口带有LAN、WLAN、USB的人机交互接口，电源模块为内部电路使用电源。3.根据权利要求1所述的白光LED通讯室内定位系统，其特征在于，所述的多组发射机每个发射机包括发射处理单元、拨码开关、RTC时钟模块、电力载波模块、高速开关、耦合器、对外连接器、电源管理单元；发射处理单元由ARM模块组成，ARM有指令解码、数字编码、信号调制、控制发射机各个模块及器件的功能，拨码开关用于状态设置，RTC时钟作为时钟定时，电力载波模块负责与发射中控平台进行信息交互，耦合器是将调制后的脉冲信号耦合到LED驱动电源上，高速开关调节LED灯发射，对外连接器用于外部与发射机各单元的接口连接，电源管理单元将交流电源进行AC/DC、DC/DC变换，一部分提供给LED驱动基准电源，一部分降压后提供给发射机内部电路使用及LED点亮电源。4.根据权利要求1所述的白光LED通讯室内定位系统，其特征在于，所述接收机包括接收处理单元、光电传感器、RTC时钟模块、可变增益放大器、带通滤波器、模数转换模块、对外接口、电源管理单元；光电传感器将光信号转换为电信号，去除PD的直流偏置信号，可变增益放大器使电信号增益放大、带通滤波器去除杂散光，模数转换模块将模拟电信号转换为数字信号，接收处理单元由ARM+FPGA模块组成，ARM+FPGA有信号采集、指令解码解调功能，并通过蓝牙接口将信号输出至后台解算平台，RTC时钟模块作为时钟定时，对外接口有Wi-Fi、蓝牙、USB的信息交互接口，电源管理单元有高能电源模块、DC/DC变换，负责向接收机内部电路及硬件提供使用电源。5.一种白光LED通讯室内定位方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕斌如，吕志勤，黄臻，吕强，
申请(专利权)人：武汉博思创信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42