可见光室内定位装置(I题)

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2017年全国电子竞赛设计报告(A题)

入的电流值控制。实现给电池充电的步进可调。充电电流显示为 1.017A，代表充电电流恒定。
主要原理图如下所示：
（2）步进可调测量，并测试电流的控制
-1SI 1 Rm01R F 4 u Rm4.11+1SI 1C 3 Fu7.4C 2 Fu7.4C 1 Fu7.4C K KK0 84 502 1001R1R2R F n 3 331C D N 3 F D G K4.06R p K51.2 N A 0 7 G 2 R 621C A D N G A 43210 1111198 CB F N DNGPDNGPDNGPQERF PMOC 1 45KSD D N GN SWW 1 ACNYSSENIVSS 04355SPTU 7654321 D N G F A n 2 1 211C D N N E G A k 6 1 D 5R N G H A u 1 0 1L F n 0 0 101C D N G A 9 Fu7.4C
D
结论
满足基本要求，实现对电池恒流充电，充电电流步进可调，电流控制精度不低于 5%，电流转换效率高达 95%，并能实现过充保护功能。在发挥部分，放电模式的变换器效率达到 95.4%,总重量保持在 500g 内。
6
需要保证各单体的相互电气隔离，因此必须选用有隔离的 DC-DC 变换器，选用方案二。
2.理论分析与计算
2.1 定位方法
充电时，直流稳压电源给 Buck 模块提供电源，在 2.5V 的参考电压下输入，通过 TPS 54560 降压，产生恒定电流对五节 18650 型串联电池组充电，用 STM8S105C4 单片机对输出电流进行采样、放大，并显示 OLED 液晶屏上。手动切换开关，变换器处于放电状态，Buck 模块中的肖特基截止，在输出端接一个 30Ω的负载，输出电压与芯片的 FB 端相连在用单片机对负载两端输出电流进行采样、放大、显示。将输出端反馈给 DC-DC 变换模块的 FB 端，使

基于可见光通信技术的室内定位设计与实践

基于可见光通信技术的室内定位设计与实践室内定位是指利用技术手段在室内环境中确定或追踪物体或人员的位置信息。

在日常生活和工作中，室内定位具有广泛的应用场景，如无线定位导航、智能家居系统、室内导航等。

而基于可见光通信技术的室内定位系统具有较高的精度和稳定性，被广泛应用于各个领域。

本文将探讨基于可见光通信技术的室内定位的设计与实践。

首先，我们需要了解可见光通信技术的原理。

可见光通信技术是利用可见光范围内的光波进行数据传输的一种通信方式。

它通过利用LED灯或荧光灯等光源产生的可见光进行信息传递。

在室内定位中，我们可以使用这种技术来实现定位系统。

基于可见光通信的室内定位系统通常由发送端和接收端组成。

发送端利用LED灯或其他光源发出光信号，接收端根据接收到的光信号进行距离测量，从而确定物体或人员的位置。

其次，室内定位系统的设计需要考虑多个因素。

首先是光源的布置。

光源应该均匀分布在室内空间中，避免盲区的产生，以获得更准确的定位结果。

其次是接收端的设计。

接收端通常由光传感器和计算设备组成。

光传感器用于接收光信号，并将其转化为电信号。

计算设备则根据接收到的光信号进行距离测量和定位计算。

此外，室内定位系统还需要考虑室内环境的干扰因素，如光线强度的变化、遮挡物、反射等，以减少误差。

在实践中，室内定位系统的设计和部署需要遵循以下步骤。

首先，进行室内场地的勘测和规划。

通过勘测室内环境，确定合适的光源位置和数量，并考虑遮挡物、光线强度等因素。

其次，选择合适的硬件设备。

根据场地的大小和需求，选择适合的LED灯或光源和光传感器。

然后，搭建室内定位系统的硬件平台。

根据设计需求，将光源和光传感器进行布置，并连接计算设备。

最后，进行系统的测试和调整。

通过收集和分析实时数据，调整系统参数，以提高定位的精度和稳定性。

基于可见光通信技术的室内定位系统具有多个优点。

首先，可见光通信技术不会对人体健康产生影响，相比其他技术如射频定位等更加安全。

可见光室内定位装置的算法设计与实现

ｓｅｎｓｏｒ，ｓｉｇｎａｌｓｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｔｉｒｌｔａｅｒａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｓｈｅｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｏｊｏｉｎｈｅｔＨａｒｒｉｓ，ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｍａｐｐｉｎｇ，ｐｏｉｎｔＳＯｒｃｕｅ
ｉｕｄｇｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍａｓｈｅｔｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｒｅａｌｉｚｅｄｈｅｔｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｉｎｄｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．
ＢｅｃａｕｓｅｔｈｅｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｉｇｎａｌｉＳｖｅｒｙｗｅａｋｏｒｅｖｅｎｕｎａｂｌｅｔｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｃａｎｎｏｔｂｅｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｄｏｏｒｓ．
ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｖｉｓｉｂｌｅｉｎｄｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＤｅｖｉｃｅ
ＬｉＹｉｎｇＹａｎＺｈｉ・－ｗｅｉＣａｉＸｉａｏ— －ｙｕ

可见光室内定位装置设计

2018年第12期1设计原理本系统硬件主要包括主控芯片、LED 控制电路系统、数据采集系统、测量电路系统。

该系统用三路并行的方式将LED 灯控制系统与STC51芯片连接，STC51芯片输出pwm 波经过三极管控制LED 灯的频率，输出信号接入测量滤波模块，根据三路LED 灯频率的区别，经过A/D 转换，将光强转换为电压，计算2、3号灯与1号灯x ，y 方向电压的差值，根据差值得出所在区域和具体坐标。

下面分别论证这几个模块的选择。

系统总体框图如图1所示，STM32芯片与LED 灯控制模块连接，STC12C5A60S2芯片输出pwm 波经过三极管控制LED 灯的频率，输出信号接入测量滤波模块，再经过芯片STC12C5A60S2进行A/D 转换，再通过定位算法计算，在显示屏上显示所在区域和具体坐标。

图1系统框架图2测试结果测试结果如表1所示。

表1定位装置测试结果3测试分析与结论根据上述测试数据，由于在不同的坐标位置，光电传感器有不同电压值，由此可以得出以下结论：（1）根据液晶屏上的显示的X 、Y 坐标可以确定灯所在位置。

（2）不同位置光照强度不同，三点电压值不同；（3）根据三点电压值区别，可以确定坐标的区域和具体位置。

综上所述，本设计达到了设计的基本要求。

参考文献：[1]谭浩强.C 语言程序设计[M].北京:清华大学出版社,2012.[2]童师白.模拟电子技术基[M].第三版北京高等教育出版社,2001.[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛教程[M].北京：电子工业出版社,2005.（3）计量秤。

计量秤是电子皮带秤的最主要特点，其主要是对物料的流量和重量进行控制，以此提高制丝工艺的科学性。

虽然基于PLC 的电子皮带秤在烟草制丝生产线上的应用还存在跑偏、计量管堵料等故障，但是随着PLC 控制系统的不断完善以及制丝技术的发展，基于PLC 的电子皮带秤以精确的计量、简单的操作以及便捷的维护方法而被广泛地应用在现代烟草制丝生产工艺中。

可见光通信技术在室内定位中的应用

可见光通信技术在室内定位中的应用随着科技的发展，现代人们的生活方式发生了翻天覆地的变化，人们渐渐地从传统的辛勤劳作转向了更加自由和舒适的生活方式。

同时，随着激烈的市场竞争，以及用户对数据价值的不断提高，对于室内定位技术的需求也越发迫切。

在这个背景下，基于可见光通信技术的室内定位技术逐渐被人们所熟知和认可，成为了当今室内定位技术领域的研究热点。

本文探讨可见光通信技术在室内定位中的应用。

一、室内定位的现状与挑战在室外环境下，全球定位系统（GPS）已经成为了一种不可或缺的技术，但是在室内环境下，独立的GPS定位系统由于受到建筑物、人群干扰等因素的影响而难以取得满意效果。

虽然使用无线信号可以实现室内定位，但是现有的室内定位技术存在一些局限性。

例如，射频信号的穿透力较弱，容易被楼层、墙面、隔断等建筑障碍物所阻挡，从而导致数据传输量减少，定位精度不高。

此外，射频信号也易受到干扰，而且频段资源紧张，容易出现干扰现象。

二、可见光通信技术在室内定位中的优势相对于使用射频信号的定位技术，可见光通信技术（VLC）在室内定位中具有独特的优势。

可见光通信技术使用的是可见光范围内的LED发射器和接收器，具有更高的载频数量和带宽范围，从而可以提供更高的数据传输速率和更低的传输延迟。

此外，基于可见光通信技术的室内定位系统能够对电力、市政、工业式建筑等领域进行精细区域管理，保证室内环境的安全稳定，实现对于空间的精细把控。

三、可见光通信技术在室内定位中的实现使用可见光通信技术进行室内定位需要在室内安装相应的LED灯和接收器，LED灯充当了信号发射器的角色，而接收器可以是智能手机、智能手表等设备。

在基于可见光通信技术的室内定位系统中，LED灯发射出一些特定的信号，接收器捕捉这些信号，系统接着将这些信息与已有的地图和数据进行匹配，并根据设备反馈信号计算出设备所处的位置，从而实现室内定位。

相比于其他的定位方式，基于可见光通信的室内定位具有诸多优势。

导航系统中的室内定位技术考核试卷

A.能量感知路由
B.动态功率控制
C.低功耗设计
D.能量收集技术
20.以下哪些技术可以用于室内定位中的室内地图构建？()
A. LiDAR
B.激光扫描
C.质量控制系统
D.结构化光扫描
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.室内定位技术中，__________是一种利用声波在空气中的传播速度来计算距离的技术。
D. Eddystone
8.室内定位技术可以应用于哪些领域？()
A.智能家居
B.智能交通
C.医疗健康
D.工业制造
9.以下哪些是室内定位技术的发展趋势？()
A.多技术融合
B.精度提升
C.成本降低
D.环境适应性增强
10.以下哪些技术可以用于室内定位中的位置指纹法？()
A. Wi-Fi
B.蓝牙
C. UWB
2.在室内定位技术中，__________是一种通过分析接收到的无线电波信号的多径分量来确定移动设备位置的方法。
3.目前广泛使用的室内定位技术中，__________定位技术依赖于移动设备与多个固定基站之间的信号传播时间差。
4.室内定位技术中，__________是一种基于移动设备收集的环境信号特征与预先建立的指纹数据库进行匹配的方法。
5.在室内定位中，__________是一种通过分析移动设备加速度传感器数据来识别用户步态的技术。
6.室内定位技术中，__________是一种通过收集和分析Wi-Fi信号强度来实现定位的技术。
7.室内定位中的__________技术可以通过分析信号的到达角来确定移动设备的位置。
8.在室内定位技术中，__________是一种将多种定位技术结合使用以提高定位精度和可靠性的方法。

使用LED光源的可见光室内定位装置

使用L E D光源的可见光室内定位装置*晏志维,李颖,蔡晓宇(安徽师范大学皖江学院,芜湖241000)*基金项目:国家级2017年高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201713617004)㊂摘要:随着信息社会定位技术的发展,光定位技术越来越受到人们的关注㊂本设计是一种基于可见光实现室内定位的新型装置㊂该设备使用3个白光L E D 作为光源,通过图像传感器采集信号,图像传感器成像法作为定位算法,检测并判定图像传感器的相对位置从而实现定位㊂在提供正常照明的条件下能够实现室内定位,不会产生其它干扰㊂关键词:嵌入式系统;图像识别;可见光;室内定位中图分类号:T P 23 文献标识码:AV i s i b l e L i g h t I n d o o r P o s i t i o n i n g D e v i c e U s i n g LE D Y a n Z h i w e i ,L i Y i n g ,C a i X i a o yu (W a n j i a n g C o l l e g e o f A n h u i N o r m a l U n i v e r s i t y,W u h u 241000,C h i n a )A b s t r a c t :W i t h t h e d e v e l o p m e n t o f i n f o r m a t i o n s o c i e t y p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y ,t h e l i g h t p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y ha s a t t r a c t e d m o r e a n d m o r e a t t e n t i o n .I n t h e p a p e r ,a n e w d e v i c eb a s e d o n v i s i b l e l i g h t t o ac h i e v e i nd o o r p o s i t i o n i n g i s de s i gn e d .T h e d e v i c e u s e s t h r e e w h i t e L E D s a s t h e l i g h t s o u r c e ,a n d t h e i m a g e s e n s o r i s u s e d t o c o l l e c t t h e s i g n a l ,t h e i m a g e s e n s o r i m a g i n g m e t h o d i s u s e d a s t h e p o s i t i o n i n g al -g o r i t h m t o d e t e c t a n d d e t e r m i n e t h e r e l a t i v e p o s i t i o n o f t h e i m a g e s e n s o r t o a c h i e v e p o s i t i o n i n g .T h e i n d o o r p o s i t i o n i n gc a n b e r e a l i z ed u n -de r n o r m a l l i g h t i n g c o n d i t i o n s w i t h o u t a n y ot h e r i n t e r f e r e n c e .K e y wo r d s :e m b e d d e d s y s t e m ;i m a g e r e c o g n i t i o n ;v i s i b l e l i g h t ;i n d o o r p o s i t i o n i n g 引言基于位置识别的服务(L o c a t i o n B a s e d S e r v i c e s ,L B S)正受到越来越多的关注,其中定位技术是实现L B S 的关键㊂由于室内无法使用G P S 卫星信号定位,所以在室内定位方向上展开了大量的研究,产生了很多新兴的方案,如基于红外光㊁超宽带㊁蓝牙㊁W i F i ㊁可见光等室内定位技术㊂其中基于可见光的定位技术具有能效高㊁抗干扰㊁又兼具照明及定位多种功能,因此与其它方式相比具有良好的发展前景㊂1 总体结构该可见光定位装置模型主要由L E D 照明设备㊁L C D显示设备㊁嵌入式开发板与图像传感器组成,该模型方案整体框架图如图1所示㊂通过图像传感器不断采集L E D 照明设备的数据信息,嵌入式开发板经过软件算法处理得到传感器的相对位置,并将坐标信息及区域信息发送到L C D 上显示㊂图1 方案整体框架图定位装置模型部分(如图2所示)由一个不小于80c mˑ80c mˑ80c m 的立方空间(包含顶部㊁底部和3个侧面)构成,顶部平面放置3个白光L E D ,其摆放位置位于图3黄色圆点处,由L E D 控制电路进行控制和驱动;底部平面绘制纵横坐标线(间隔5c m ),并分为A ㊁B ㊁C ㊁D ㊁E 五个区域(如图3所示)㊂测量电路及L C D 显示设备与定位装置隔离,仅将图像传感器放置于装置底部进行采集㊂2 组件分析2.1 树莓派嵌入式开发板嵌入式开发板部分采用R a s p b e r r y Pi 作为开发板㊂开发板外形只有信用卡大小,却具备很强大的功能,能满足该定位装置模型的开发需求㊂本次选用的是其3代B 型产品,其采用B r o a d c o mB C M 283764位核心处理器,主频频率为1.2G H z ,内存部分采用1G B L P D D R 2,以及40针脚的G P I O 扩展口㊂图2可见光室内定位装置模型示意图图3 模型底部平面坐标区域图2.2 图像传感器采用树莓派专用C S I 接口5M P 摄像头,同时在镜头部分加装无畸变广角镜头,增加摄像头的可视角度,能基本达到在测试环境下图像传感器处于任意位置都能够采集到顶部平面三个白光L E D 的位置信息这一目标㊂2.3 L E D 电源控制部分L E D 电源控制部分采用L 298N 驱动电路构成㊂L 298N 驱动电路具有较强的驱动能力和P WM 调控功能,可以通过P WM 波控制其输出占空比,从而调节三个白光L E D 的发光强度㊂2.4 L C D 显示设备显示部分采用通用7英寸1024ˑ600分辨率H D M I电容显示屏,采用H I D 协议,在配合R a s p b e r r y P i 使用时,支持单点触控,且免装驱动,支持背光控制㊂3 理论分析3.1 定位方法通过图像传感器每隔700m s 捕获一次顶部白光L E D 的图像,通过软件处理计算出三个L E D 的位置信息,根据图像传感器成像法,计算出传感器的相对位置㊂图像传感器采集L E D 位置示意图如图4所示㊂图4 图像传感器采集L E D 位置示意图得到具体坐标位置A (x 1,y 1)㊁位置B (x 2,y 2)㊁位置C (x 3,y 3)后,根据三角形质心算法得到坐标((x 1+x 2+x 3)/3),(y 1+y 2+y 3)/3),再与原始中心点(x 0,y 0)做差,按照一定比例进行缩放得到真实传感器位置,从而实现定位㊂3.2 信息发送接收方法利用脉冲宽度调制原理控制白光L E D 的发光强度,通过图像传感器分析采集到的三个白光L E D 的灰度信息,从而判断并处理信息㊂图5 图像传感器捕获图像3.3 点光源位置获取方法可见光的光谱波长范围为380~760n m ,通过摄像头采集到的图像会得到明显光斑效应㊂捕获图像如图5所示㊂实时获取图像信息代码如下:B u f f e r e d I m a g e b u f f I m a g e =n e w B u f f e r e d I m a g e (w i d t h ,h e i g h t ,B u f f e r e d I m a g e .T Y P E _B Y T E _B I N A R Y );f o r (i n t i =0;i <w i d t h ;i ++){ f o r (i n t j =0;j <h e i g h t ;j++){ i n t r g b =i m a g e .g e t R G B (i ,j); b u f f I m a g e .s e t R G B (i ,j ,r gb ); }}对于这种图像来说,计算三点坐标是极其困难的,所以在这里进行色域转换,并进行滤波及二值化操作㊂可以发现该图像具有中心亮度偏大,而后以发光点为圆心逐渐扩散㊂为了确认这三个位置,可以逐行扫描图像,记录图像高亮区域,并设置一定阈值,记录亮度连续处于一定大小的区域,通过加权平均算法计算出光斑坐标㊂处理后图像如图6所示㊂代码如下:f o r (i n t i =0;i <w i d t h ;i ++){ f o r (i n t j =0;j <h e i g h t ;j ++){ i n t r g b =b u f f I m a g e .g e t R G B (i ,j);图6 处理后图像i f (r gb ==-1){ S ys t e m.o u t .pr i n t l n (i +","+j ); i f (f l a g ==0|i-r e c o d e <=1){ f l a g =1;r e c o d e =i ; t i m e s ++;w i d t h a d d +=i; h e i gh t a d d +=j ; }e l s e{ x P o i n t [x y]=w i d t h a d d /t i m e s ; y P o i n t [x y ]=h e i g h t a d d /t i m e s ; x y++; f l a g =0;t i m e s =0;w i d t h a d d =0;h e i g h t a d d =0; r e c o d e =0;}}}当遇到摄像头采集失败或并未在图像中正确找到三点坐标的情况时进行异常处理,代码如下:x P o i n t [x y]=w i d t h a d d /t i m e s ;y P o i n t [x y ]=h e i gh t a d d /t i m e s ;i f (t i m e s ==0){ S y s t e m.o u t .p r i n t l n ("e r r o r !!!N o l i gh t "); S ys t e m.e x i t (0);}3.4 定位误差分析及解决方案在未安装广角镜头的情况下,在可视角度为65ʎ的情况下很容易出现采集顶部L E D 不完全的情况,在加装无畸变广角镜头后,可视角度变大,但当图像传感器处于边界部分时仍可能出现丢失一个白光L E D 的情况,这时定位会出现较大偏差,需要在算法中补充丢失定位点的情况,这里采用模糊算法,在丢失一点的情况下根据剩余两点所处边根据一定角度进行补点㊂在图像传感器只捕获到一个点或者未捕捉到点的情况下进行报错处理,提高程序健壮性㊂同时,在摆放传感器时会出现测量正方向与实际正方向不重合的问题,图像得到的三点坐标与实际会有一定的偏差,这需要人为干预将图像传感器摆放至坐标系方向,提高定位精度㊂在不同环境下,由于光照条件不同,以及L E D 驱动电路的驱动能力不同,在计算对应点时要根据现场情况更改程序中的比例系数值,以提高定位精度,若室内光照强度较高时,可以适当提高L E D 驱动电路亮度,以对抗自然光的干扰㊂4 程序及定位架构4.1 程序整体设计架构程序整体流程图如图7所示㊂通过嵌入式开发板处理图像传感器采集到的图像,经过滤波处理得到较为良好的图像,图像成功识别后进行十字坐标的建立,并通过多次采集取均值的方法校正所得到的点,并与原坐标系进行对比,达到定位的目标,最后将信息发送到显示屏上,完成此次定位并开始下次定位㊂4.2 定位流程架构可见光定位整体流程图如图8所示㊂图7程序流程图图8 可见光定位整体流程图安装在模型顶部的三路白光L E D ,在提供照明的同时也在控制电路的驱动下发送光信息,图像传感器采集到这三个点并进行质心算法处理,得到焦点坐标与原点坐标进行处理,并将坐标及附加的区域及正误信息发送到L C D 显示屏上,完成整个定位过程㊂5 装置测试及结果分析5.1 装置测试显示结果显示结果部分主要由4个部分组成㊂首先是由图像传感器捕获到的三个白光L E D 具体的坐标信息;接着是通过算法计算出传感器坐标位置,精度达到0.1c m ;然后是传感器的位置信息,由于整个坐标系被划分成5大区域,分别标识成A ㊁B ㊁C ㊁D ㊁E ,这里可以直观地显示传感器所在的大致区域,同时有上下左右指示,直观显示信息;最后是本次定位所花费的时间,以m s 为单位㊂若出现意外情况未获取到正确的可见光坐标点,会显示本次定位出错㊂L C D 显示结果如图9所示㊂5.2 装置分组测试及结果为了更好地测试该套装置模型的定位性能,保证测试图9 L C D 显示结果示意图结果真实可靠,设置了5组测试方案,从定位区域㊁定位角度㊁定位精度等不同方向测试装置㊂为了确保该装置能够真实模拟实际环境,将测试环境设置为关闭照明灯,打开窗帘,自然采光,避免阳光直射的条件㊂测试方案1:图像传感器放置在B ㊁D 区域,区分其位于横坐标轴的上㊁下区域㊂测试结果如表1所列㊂表1 测试方案1结果区域BD显示U P D OWN 实际U P D OWN 区域BD显示U P D OWN 实际U P D OWN 测试方案2:图像传感器放置在C ㊁E 区域,区分其位于纵坐标轴的左㊁右区域㊂测试结果如表2所列㊂表2 测试方案2结果区域CE显示R I G H T L E F T 实际R I G H T L E F T 区域CE显示R I G H T L E F T 实际R I G H T L E F T 测试方案3:将图像传感器放置在A 区域,显示并记录其位置坐标值,且要求绝对误差不大于10c m ㊂测试结果如表3所列㊂测试方案4:将图像传感器放置在B ㊁C ㊁D ㊁E 区域,显示并记录其位置坐标值,且要求绝对误差不大于10c m ㊂测试结果如表4所列㊂表3 测试方案3结果单位/c m区域测试位置实际位置绝对误差A(-12.3,14.9)(-10.2,15.4)2.158(5.0,12.7)(5.2,10.0)2.707(-7.4,16.6)(-5.7,18.8)2.780(10.2,17.4)(8.0,17.3)2.202(1.9,1.8)(0.5,0.2)2.126(6.8,10.6)(7.5,8.4)2.308(-11.7,2.5)(-10,1.2)2.140表4 测试方案4结果单位/c m区域测试位置实际位置绝对误差B(1.9,26.5)(0.5,25.0)2.051(-11.8,36.7)(-10.5,34.5)2.555(15.7,22.3)(15.0,20.0)2.404C(27.6,-20.9)(25.5,-20.5)2.137(35.7,24.2)(33.5,25.5)2.555(24.1,2.9)(22.0,4.0)2.370D(9.5,-32.7)(11.0,-30.7)2.500(-2.4,-27.7)(-3.6,-25.0)2.954(9.5,-32.2)(7.5,-30.0)2.973E(-22.1,11.4)(-24.0,10.5)2.102(-20.7,3.3)(-22.5,2.1)2.163(-32.9.-5.8)(-31.0,-5.5)1.923测试方案5:将图像传感器放置在底部平面的任意区域,显示并记录其位置坐标值,且要求绝对误差不大于3c m ㊂测试结果如表5所列㊂表5 测试方案5结果单位/c m区域测试位置实际位置绝对误差A (1.4,5.1)(2.5,3.0)2.370(-12.7,6.5)(-10.5,8.0)2.662B (-14.8,39.2)(-16.0,37.4)2.163(9.6,28.8)(10.5,27.0)2.012C (25.9,18.3)(28.0,17.5)2.247(35.4,-18.6)(33.5,-17.6)2.147D (-16.7,-20.8)(-15.5,-23.0)2.505(12.4,-26.8)(10.5,-28.0)2.247E(-30.4,13.6)(-32.5,15.5)2.831(-25.4,-10.7)(-26.8,-9.0)2.2025.3 装置测试结果分析上述测试结果表明,该套可见光定位装置能够正确实现定位,显示分辨率为0.1c m 的情况下实现了绝对误差小于3c m ,每次定位时间基本控制在1000m s 以内㊂在实际测试过程中,采用低功耗方案,在L E D 控制电路部分采用自制的12V 单电源供电系统,供电功率通过40次降低至8次,改进后实验结果如图5所示,消耗时间约为13566μs ,由表1中的数据对比可知,这不仅远低于4通道F F T 硬件模块计算的时间花费,也低于流行的开源视觉库O p e n C V 提供的软件计算消耗时间,起到了明显的硬件加速效果㊂值得一提的是:对于高分辨率图像,由于计算时间远高于数据传输时间,因此增大缓存并不能有效地提升整个系统的处理速度,而且由于其数据量过大,减少同样的传输次数将带来更大的资源消耗㊂图5 提高缓存后的实验测试结果结语本文针对常见的数字图像处理工具二维离散傅里叶变换,利用S o C 器件的结构优势,采用了一种软硬件结合的方式来实现其功能,并通过实验测试验证了该方式处理高分辨率图像的速度优势㊂同时在对低分辨率图像的实验结果对比分析中,发现P L 与P S 之间的数据传输速度是制约其性能进一步提高的主要瓶颈㊂随即通过降低传输频率,提高了该方法在处理低分辨率图像时的效率,为该方案在部分对性能有一定要求且功能需求经常变更的嵌入式应用完成了功能验证㊂参考文献[1]R u s s e l l M ,F i s c h a b e r S .O p e n C V b a s e d r o a d s i g n r e c o gn i t i o n o n Z y n q [C ]//I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n d u s t r i a l I n f o r m a t i c s .I E E E ,2013:596601.[2]张全,鲍华,饶长辉,等.G P U 平台二维快速傅里叶变换算法实现及应用[J ].光电工程,2016(2):6975.[3]李硕,王茜蒨.基于F P G A 的二维F F T 实现[C ]//中国电子学会青年学术年会,2012.[4]方睿,刘加贺,薛志辉,等.卷积神经网络的F P G A 并行加速方案设计[J ].计算机工程与应用,2015,51(8):3236.[5]陈实.大邻域图像处理硬件加速的研究[D ].北京:清华大学,2009.[6]吴良晶,曹云峰,丁萌,等.S o C F P G A 的视觉算法加速系统设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2016,16(11):5862.[7]王晓璐.基于Z y n q 的LS S VM 算法加速器设计[D ].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.[8]K r y j a k T ,K o m o r k i e w i c z M ,G o r go n M.R e a l t i m e h a r d -w a r e -s o f t w a r e e m b e d d e d v i s i o n s ys t e m f o r I T S s m a r t c a m e r a i m p l e m e n t e d i n Z y n q S o C [J ].J o u r n a l o f R e a l T i m e I m a ge P r o c e s s i n g,2016:137.[9]C r o c k e t t L H ,E l l i o t R A ,E n d e r w i t z M A ,e t a l .T h e Z y n qB o o k :E m b e d d e d P r o c e s s i n g wi t h t h e A r m C o r t e x A 9o nt h e X i l i n x Z y n q 7000A l l P r o gr a mm a b l e S o c [M ].S t r a t h -c l yd e A c a d e m i c M e d i a ,2014.[10]H u n t e r T M ,D e n i s e n k o D ,K a n n a n S ,e t a l .F P G A A c c e l e r a -t i o n o f M u l t i f u n c t i o n P r i n t e r I m a g e P r o c e s s i n g u s i n gO pe n C L ,2014.陈龙(硕士研究生),主要研究方向为嵌入式应用开发;曹力(教授),主要研究方向为导航与控制㊁计算机视觉㊂(责任编辑:薛士然收稿日期:2017-12-01) 仪器测试仅达3W ,能够在正常照明的情况下达到定位㊂总的来说该系统具有节能㊁高效㊁定位精度较高等特性㊂同时该装置也存在一些缺陷,如抗干扰能力不够强,在面对强烈太阳光干扰下会出现光源重叠㊁设备无法定位的情况㊂图像传感器的分辨率及可视角度也会影响定位的精度,这需要后续硬件及算法的继续优化来提升整体装置的性能㊂结语与目前存在的室内定位装置不同的是,可见光定位装置仅使用发光二极管作为定位光源,与一般家庭使用的白炽灯相比,其优势在于功耗低㊁发光强度高,光源特征性良好等㊂在传感器采集方面,采用图像传感器作为测量设备,具有精度较高㊁定位速度快㊁复杂程度低和功耗低等特性,并且在日常生活中,每个人基本都可以利用手机作为图像传感器,大大加强了该套装置的应用范围,对于室内定位技术也有了一定的开拓与创新㊂可见光定位装置仍处于初步发展阶段,其发展对于未来的物联网及智能家居起到了一定的启示作用㊂参考文献[1]张晓锋,王敏,王瑾.基于可见光的室内定位的研究现状与发展[J ].激光与光电子学进展,2017,54(10).[2]胡益清.基于可见光的室内定位与智能感知[D ].合肥:中国科学技术大学,2017.[3]张永安.基于树莓派的智能家居系统[J ].电子世界,2016(15):53.[4]苏祥林,陈文艺,闫洒洒.基于树莓派的物联网开放平台[J ].电子科技,2015,28(9):3537,41.[5]赵嘉琦,迟楠.室内L E D 可见光定位若干关键技术的比较研究[J ].灯与照明,2015,39(1):3441.(责任编辑:薛士然收稿日期:2017-11-08)。

可见光室内定位三个球相交

31 2B每个五角星代表一个LED灯，共9个，分为3排，每排为3个LED灯且等均分布，建立XyZ坐标，任意3个不共线的LED都可以对被测物体进行定位，取1、2、3号LED灯为例，1号LED灯坐标为(0,0,0),2号LED灯坐标为(2.5,0,0),3号LED灯坐标为(0,2.5,0),三角形A、B为假设的被测物体，A点为1、2、3号LED灯构成的三角形的外心，综合来说是距全部距LED灯距离最近的点；B点为1号LED的对角点，距离最远①A点取至1、2、3号LED灯构成的三角形的外心，即A点到1、2、3号LED灯的距离都相等，为球半径J12.5,画图如下②B点为1号LED灯的斜对角，距离为J59,为大球半径，B点到2、3号LED灯距离均为√40.25,为此外两个球半径，画图如下①»phi=0:pi/50:pi/2;»theta=0:pi/50:2*pi;»[pp z tt]=meshgrid(phi z theta);»x=sin(pp).*cos(tt);»y=sin(pp),*sin(tt);»z=cos(pp);»r=(12.5)^0.5;»surf(r*xj*½r*z∕FaceColor'z,r,);»holdon»a=(12.5)^0.5;»surf(a*x z2.5+a*y z a*z∕FaceColor,∕w');»holdon»b=(12.5)^0.5;»SUrf(2.5+b*x,b*y,b*z,'FaceCoIor','b');»view(45z75);图中可以看出三个球相交于一点，坐标为(1.242,1334,3.098)view(20,-50);②»phi=0:pi/50:pi/2;»theta=0:pi/50:2*pi;»[ppΛt]=meshgrid(phi,theta);»x=sin(pp).*cos(tt);»y=sin(pp).*sin(tt);»z=cos(pp);»r=(59)^0.5;»surf(r*x z r*½r*z∕FaceColor√r,);»holdon»a=(40.25)^0.5;»surf(a*×,2.5+a*y,a*z∕FaceColor,∕w');»holdon»b=(40.25)^0.5;»SUrf(2.5+b*x,b*y,b*z,'FaceCoIor','b'); »view(90,75);图中可以看出三个球相交于一点，坐标为(4.995,4.963,3.051) view(20,-120)。

基于可见光的室内定位研究

基于可见光的室内定位研究基于可见光的室内定位研究随着无线通信技术的飞速发展，人们对室内定位技术的需求也越来越大。

传统的GPS定位在室内环境中面临信号穿透性差、精度低等问题，因此需要一种适用于室内环境的定位技术来满足人们的需求。

基于可见光的室内定位技术因其具有易获取、无干扰、精度高等优势，成为研究热点之一。

基于可见光的室内定位技术主要利用LED灯或光通信设备输出的光信号与接收设备进行通信，并通过对光信号进行分析和处理，提取出位置信息。

具体而言，可将该技术分为两个阶段：发射和接收。

在发射阶段，LED灯或光通信设备通过发射特定频率或编码的光信号，将位置信息传达到室内环境中。

不同位置的灯具可以发射不同频率或编码的光信号，在室内环境中形成一个光信号图案。

这一步骤的关键是设计合理的光信号发射方案，确保不同位置的光信号能够互不干扰地进行传输。

在接收阶段，接收设备接收到光信号后，通过解调和解析等操作，提取出位置信息。

接收设备通常由摄像头和处理器组成。

摄像头将接收到的光信号转换为数字信号，并传输给处理器进行分析和处理。

处理器会根据接收到的光信号图案，通过比对预设的光信号图案数据库，确定接收设备所处的位置。

这一步骤的关键是对图像数据进行准确的分析和处理，以获取精确的位置信息。

基于可见光的室内定位技术具有许多优势。

首先，可见光在室内环境中广泛存在，因此无需增加额外的硬件设备，降低了成本。

同时，由于可见光信号的波长较短，其穿透能力相对较差，可以有效减少信号的干扰，从而提高定位的准确性。

其次，基于可见光的室内定位技术具有较高的精度，可以达到亚米级的定位准确度，满足各种室内定位应用的需求。

然而，基于可见光的室内定位技术也存在一些挑战和问题。

首先，光信号在室内环境中会受到障碍物的阻挡和反射，导致信号强度的变化，从而影响定位的准确性。

其次，光信号在室内环境中的传播受到多径效应、多光束效应等因素的影响，使得信号的传输路径复杂化，进一步增加了定位的难度。

一种基于LED灯的可见光室内定位装置

浙江海洋大学船舶与机电工程学院
行业曲线 industry
影响力
真实度
行业关联度
一种基于 LED 灯的可见光室内定位装置
随着社会的发展，定位装置层出不穷。基于 LED 灯的高光效，于是设计了一个利用 LED 灯的光照强度来实现室内定位的装置。本装置主要是发射模块、接收模块以及显示模块组成。利用定位算法，在 LCD 显示屏幕上可以显示出接收模块装置的坐标。
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随着多年来的发展，无线网络发展越来越迅速，移动网络终端的定位软件越来越多。室内定位技术在许多方面都得到了广泛的发展，比如超声波定位、红外定位、蓝牙定位等，但是这些定位技术需要其他设备的支持，增加了一定的经济成本。然而最近几年来，有一种叫做可见光通信的新型技术，这种技术在国内的室内定位方面有了不小的突破。可见光通信的概念是由日本学者提出，利用可见光在照明的同时可以进行数据的通信。但是这个概念还在初步的实验阶段以至于还未大量的投入生产使用。
图 5 程序的流程图本装置利用简单的 MOSFET 作为开关元件，这种Байду номын сангаас效应管在大规模的集成电路中占有很大的地位。本设计采用的是 N 沟道的 MOSFET 简单搭建驱动电路，MOSFET 作为开关元件，可被高低电平打开或关闭，程序编写起来比较的简单，电路图也是相对的简单。电路图如下图 4 所示。
系统方案硬件设计
电路更为简单。此外，增强型 STC 系列运算速度快，内部资源多，驱动能力强。特别的，本次采用 STC15 系列，内部集成高精度晶振，可由烧写器调节晶振频率，烧写简单方便。所以我选择了第二个方案。

接收设备中室内定位技术的实现考核试卷

A.蓝牙定位
B.超宽带定位
C.磁场定位
D.光学定位
11.室内定位系统在部署时需要考虑哪些因素？()
A.建筑结构
B.信号覆盖范围
C.环境干扰
D.用户密度
12.以下哪些技术可以用于提高室内定位的准确性？()
A.多传感器融合
B.信号处理算法
C.室内地图校正
D.增强现实技术
13.以下哪些是室内定位技术的发展趋势？()
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.室内定位技术中，GPS定位可以提供高精度的定位信息。( )
2.在室内环境中，蓝牙定位技术的信号干扰较小。( )
3.室内定位系统中的超宽带定位技术可以实现厘米级的定位精度。( )
4.室内定位技术中，红外线定位的通信距离一般较远。( )
A.加速度传感器
B.陀螺仪传感器
C.磁场传感器
D.温度传感器
5.室内定位技术中，下列哪个参数对定位精度影响较大？()
A.信号传播速度
B.信号频率
C.信号相位
D.信号强度
6.下列哪种室内定位技术抗干扰能力较强？()
A.超宽带定位
B.蓝牙定位
C. Wi-Fi定位
D.红外线定位
7.在室内定位中，下列哪种技术可以实现较高精度的定位？()
A.超声波定位
B.蓝牙定位
C. Wi-Fi定位
D.磁场定位
11.在室内定位中，下列哪种技术受到室内环境变化的影响较小？()
A.超声波定位
B.蓝牙定位
C.超宽带定位
D.地磁定位
12.下列哪种室内定位技术不适用于大型室内场景？()
A.超宽带定位

2017大学生电子设计竞赛I题可见光室内定位装置

- 20EB20A0- 20DC202017?年全国大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项（1）8?月?9?日?8:00?竞赛正式开始。

本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制?3?人，开赛后不得中途更换队员。

（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须回避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8?月?12?日?20:00?竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

可见光室内定位装置（I?题）【本科组】一、任务设计并制作可见光室内定位装置，其构成示意图如图?1?所示。

参赛者自行搭建不小于?80cm×80cm×80cm?的立方空间（包含顶部、底部和?3?个侧面）。

顶部平面放置?3?个白光?LED，其位置和角度自行设置，由?LED?控制电路进行控制和驱动；底部平面绘制纵横坐标线（间隔?5cm），并分为?A、B、C、D、E?五个区域，如图?2?所示。

要求在?3?个?LED?正常照明（无明显闪烁）的情况下，测量电路根据传感器检测的信号判定传感器的位置。

LED?控制电路 LED1 LED2 LED3传感器测量电路LCDy(cm)40图?1?可见光室内定位装置示意图 I-1/3-40 图?2?底部平面坐标区域图 40 x(cm)-40二、要求1．基本要求（1）传感器位于?B、D? 区域，测量电路能正确区分其位于横坐标轴的上、下区域。

（2）传感器位于?C、E?区域，测量电路能正确区分其位于纵坐标轴的左、右区域。

室内可见光定位装置

2017全国大学生电子设计竞赛设计报告可见光室内定位装置(I题)菏泽学院蒋震机电工程学院编号：队员：二〇一七年八月十日摘要本系统由 STC89C52RC最小系统板为核心，光敏传感器根据光照强度分别检测XY轴坐标，PCF8591A/D转换器将传感器检测的光照转化为数字量，通过电路传递到 LCD1602液晶显示屏，在LCD1602液晶显示屏显示XY轴及五个区域。

按键按下将当前的数字量记录下来并设为基准值，根据新检测的数字量相对基准值判断Y轴坐标，从而实现校正原点。

顶部平面采用三个开关，一个47Ω的电阻和一个二极管组成控制电路，控制三个大功率发光二极管。

由此完成定位。

关键词： STC89C52RC最小系统板光敏传感器 PCF8591A/D转换器LCD1602液晶显示屏Abstract:This system by STC89C52RC minimum system board as the core, the photosensitive sensor based on light intensity detection XY coordinates, respectively PCF8591A a/D converter sensor detection of light can be converted to digital quantity, through the circuit to the LCD1602 LCD screen, the LCD1602 LCD display shows the XY axis and five areas.Press the button to record the current digital quantity and set it as the base value, and determine the Y-axis coordinate according to the new test digital relative reference value, so as to realize the correct origin.At the top of the plane using three switch, a 47 Ω resistance and a diode control circuit, control three power leds.This completes the positioning.目录1设计任务与要求 (4)1.1设计任务 (4)2设计要求 (4)2.1基本要求 (4)2.2发挥部分 (5)3系统方案 (5)3.1电源的论证与选择 (6)3.2光敏传感器模块的论证与选择 (6)3.3控制系统的论证与选择 (6)3.4显示模块的论证与选择 (7)4方案描述 (8)4.1光源及探测器特性 (8)4.2驱动电路 (9)4.3数据编码 (10)4.4数据解码 (11)4.5识别映射 (12)5设计分析与计算 (12)5.1检测XY轴坐标 (12)5.2A/D转换模块 (13)5.3键盘输入 (13)5.4电源模块 (13)5.5电路原理框图 (13)5.6结构尺寸图 (14)6测试方案与测试结果 (14)6.1测试方案 (14)6.1.1硬件测试 (14)6.1.2软件仿真测试 (14)6.1.3硬件软件联调 (14)6.2零件原理图汇总 (15)6.3测试条件与仪器 (15)7软件设计 (15)7.1主程序流程图 (15)8程序清单（见附件一） (16)9测试方案与测试结果 (16)9.1测试方案 (16)9.1.1硬件测试 (16)9.1.2软件仿真测试 (16)9.1.3硬件软件联调 (16)9.2测试条件与仪器 (16)9.3测试结果及分析 (16)10结论和总结 (17)10.1对设计的小结 (17)10.2设计收获体会 (17)10.3对设计进一步完善的建议 (17)1设计任务与要求1.1设计任务设计并制作可见光室内定位装置，其构成示意图如图 1 所示。

基于STC154K单片机的可见光室内定位装置

基于STC154K单片机的可见光室内定位装置
王江明;杨旭辉;韩根亮
【期刊名称】《天津市经理学院学报》
【年(卷),期】2018(000)006
【摘要】对室外定位常采用GPS来实现,但是对于室内位置由于信号比较弱而无法准确定位.为了准确确定室内位置,采用可见光室内定位,将光照和位置相联系.相比传统的室内无线定位装置,可见光室内定位装置有更多的优势和应用价值.通过16位的数字型环境强度传感器BH1750FVI对经PWM调制过的光信号进行采集,应用154单片机将光信号自动转化成位置信号,精度在3cm以内,达到了预期的效果.【总页数】4页(P59-62)
【作者】王江明;杨旭辉;韩根亮
【作者单位】平凉信息工程学校,甘肃平凉 744000;甘肃省科学院传感技术研究所, 兰州 730000;甘肃省科学院传感技术研究所, 兰州 730000;甘肃省科学院传感技术研究所, 兰州 730000
【正文语种】中文
【中图分类】TN29
【相关文献】
1.基于单片机设计的可见光室内定位通信装置 [J], 徐勇
2.基于STC15F104E单片机的室内定位装置设计 [J], 程瑞龙
3.一种基于LED灯的可见光室内定位装置 [J], 张金辉;楼然苗
4.基于STC154K单片机的可见光室内定位装置 [J], 王江明;杨旭辉;韩根亮;;;;
5.基于可见光室内定位装置机器人的研究 [J], 葛澄;黄倩;刚千妹;王昊天
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