可见光室内定位系统的研究

管，LCD1602 液晶显示模块，按键模块和电源模块等组成。 ■■2.1 光源选择
光源的发送端有很多选择，但必须有稳定光源，可以用 1 瓦的 LED 白光二极管。 ■■2.2 光电探测器的选择
硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。 它的结构很简单，核心部分是一个大面积的 PN 结，把一只 透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回 路，当二极管的管芯 (PN 结 ) 受到光照时，你就会看到微安 表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光 生伏特效应。硅光电池的 PN 结面积要比二极管的 PN 结大 得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。所以
关键词：可见光；定位；无线通讯；测量；单片机
0 引言
由于各种通信网络技术的快速发展，大众对各种环境下 的位置定位导航服务的需求逐渐增大，实现室内室外的定位 已经成为人们研究的热点内容。GPS 等其他定位系统，可 以对室外的进行精准定位，而对于室内却很难做到精准定 位。因为室内有比较复杂的结构，还有很多的电磁干扰。这 就促使我们开发一种新的定位系统，对比多方面的数据，作 为研究末端的可见光定位系统，对于其他的几种定位系统有很 多的优势，它具有光源在室内比较容易安放，经济实惠，而 且定位精度高等特点。但是作为末端的技术，现在很多技术 还没有成熟，所以我们将面临着很多挑战与好多攻克的难关。
信号接收端主要是由硅光电传感器模块以及模数转换 电路组成，光电转换模块是接收端的核心部分，它起到将光信 号转化为电信号的作用。为了使定位精度更准确，光电转换效
的数字信号；对其进行处理计算，
并 得 到 该 传 感 器 所 在 位 置 坐 标；
实现可见光室内定位的功能。
2 硬件设计
该可见光室内定位系统主要 由 STC89C52 单片机，LED 光源， S6869 光电转化器，PN 光电二极 54 | 电子制作 2019 年 02-03 月
1 系统结构及设计方案
系统方案框图如图 1 所示。 本文采用的可见光室内定位系统的结构模块主要分为 LED 电路的信号发送端、光电传感器模块的信号接收端、 以及 STC89C52 单片机控制的测量及显示电路。 LED 电路发送端包括 12V 电源、LED 灯光源信号电路。 光电传感器模块信号接收端包括硅光电池传感器、运算放大 器、带通滤波器和过零比较器。接收端通过硅光电池接收光 强信号并将其转换成电信号并经运算放大器放大后经过带 通滤波器，再通过比较器和模数转换器将接收的模拟信号转 换为数字信号从而完成数字信号的传输；单片机 STC89C52 收到来自光电传感器信号接收端
采用 STC89C52 单片机 对输入的数字信号进行处理 及计算，硅光电池传感器接 收 LED 灯发出的光强并产生 相应的电信号，经模数转换 电路将电信号转化为数字信 号。不同的位置硅光电池传 感器模块对光照强度的接收 不同，将会产生四个电流信 号 a、b、c、d， 进 而 转 换 为 四 个 数 字 信 号 a1、b1、 c1、d1，然后与数据库的数 字信息进行比较，得出传感 器所在的位置坐标。图 4 为 程序设计框图。
选择硅光电池传感器具有很高的灵敏度。 ■■2.3 光发送端设计
光发送端主要是 LED 光源及相应的信号发送电路，作 用是产生信号，发出光线，用于光电传感器的检测。本文采 用的 LED 灯珠主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂 五种物料所组成。由直流低压驱动具有很高的安全性、以及 具有很长的使用寿命和很高的可靠性；而且还具有亮度高， 聚光性好等特点。 ■■2.4 光接收端设计
信息工程
可见光室内定位系统的研究
杨庆雨，袁向荣，宋小刚，陈文彬，刘方磊，陈天宇 （山东英才学院，山东济南，250000）
摘要：随着当今时代的快速发展，基于全球的室外定位系统已经相当成熟，而室内定位在工业生产和日常生活中存在的重要潜在价值，越 来越受到人们的重视。可见光控制的室内定位是一种新型的室内定位技术，它与传统的无线定位技术相比，具有功耗低、抗电磁干扰、成 本低、定位精准度高的优点。以 LED 小灯泡作为信号源的可见光通信系统进行数据传输，实现室内精准定位。本文应用的可见光的室内 定位技术是利用LED灯在不同位置所发出的光照强度不同而进行的定位技术，在距离LED光源远近的不号输入到STC89C52单片机上进行处 理，最终实现高精准度室内定位并显示出各方向光照强度的方法。本文对可见光室内定位技术进行了研究，初步实现了可见光室内定位与 测量。
STC89C52 单片机是一种低能耗、高效率、易操作的 单片机，有 8K 的储存空间，可以在电脑上直接编程。而且 STC89C52 单片机具有抗干扰能力强，经济实惠的优点。
3 软件设计
经过带通滤波器，再通过比较器和模数转换器将接收的模 拟信号转换为数字信号从而完成数字信号的传输；单片机 STC89C52 收到来自光电传感器信号接收端的数字信号；对 其进行处理计算，并得到该传感器所在位置坐标；实现可见 光室内定位的功能。
本文采用硅光电池传感器实现可见光室内定位技术，以 房间的一个角落为原点，三条角线为 xyz 轴，在原点和坐标 轴的末端分别放入四个传感器，四个传感器模块将检测到的 光信号通过 A/D 转换输送给单片机，单片机通过一定的算 法程序计算出光源的位置，并且在外接显示屏中显示光源的 坐标。
5 结束语
可见光室内定位技术正在快速发展，可见光通信不久将 进入人们的生活，其拥有广阔的应用前景。本文主要描述了 使用光电传感器对 LED 灯的定位方法，利用了硅光电池传 感器能够将光信号转化为电信号，并用 STC89C52 单片机 进行信号的处理及计算，通过 LCD 显示屏得到位置显示。 通过实验测试，依据数据结果分析，所采用的设计方案可行 有效，能够实现定位的功能，并且效果较好。
图 1 系统方案框图 图 2 电路整体连接图
信息工程
果更好，本文采用了硅光电池传感器作为光电传感器。
图 3 硅光电池放大电路 ■■2.5 液晶显示电路模块
LCD1602 液晶显示屏在工业上广泛运用，能够同时显 示 32 个字符，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。其中 RS 为寄存器选择端，高位时是数据 寄存器，低位时是指令寄存器；RW 时读写信号线，高位时 是读，低位时是写；E 为使能控制端。 ■■2.6 单片机