CN106226735A

CN106226735A - 一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统

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Publication number: CN106226735A
Application number: CN201610595962.5A
Authority: CN
Inventors: 冯立辉; 何品靖; 杨爱英; 吕慧超; 倪国强
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-12-14

Abstract

一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统包括一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法(简称本方法)及一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位系统(简称本系统)；本系统包括配置器、LED灯、配置端、定位终端机和服务器；本方法为：1初始化循环计数值i及其最大值；2配置端和服务器数据库存入LED灯编码及编码与信号关系；3配置端连接第i个配置器；4配置端向第i个配置器发送指令；5第i个配置器根据指令确定自身编码，计算定位信号频率并以此驱动LED；令i＝i+1；6判断i是否等于最大值，并决定跳至7还是3；7服务器建立局域网让定位终端机下载数据库；8定位终端机根据光信号比对数据库得此刻位置。

Description

一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，属于室内可见光定位通信技术领域。

背景技术

随着移动通信与无线网络等技术的发展，人们越来越离不开基于位置的精确定位服务，获取精确的位置信息能给处在陌生地方的人们提供更多的便捷。例如，在硕大的图书馆、宽敞的服务大厅，当处于不同位置时，人们希望知道自己所处的确切位置。基于LED的可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术室内定位技术正满足了人们对于室内高精度定位的需求，其利用白色半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发射的白光作为定位信号的载体，具有无需频谱认证，不受电磁干扰和数据传输保密性强等优点。

在现有的可见光定位系统，在LED的生产、安装过程中，技术人员需对每个LED灯单独设置不同编号或编码以及对应的输出信号，以便LED驱动模块驱动LED发出满足定位需求的光信号，并被可见光接收模块接收。可见光接收模块根据光信号的强度、频率，区别出LED灯的编号，进而通过查找编号或得到精确的定位服务。但是该方法的不足之处在于，在宽广的使用场所大量使用LED灯阵列时，生产定位LED时必须按照特定的规则设置LED灯的编号和对应的输出信号，这大大增加了生产和安装的工作量和成本。

在“一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法”(专利申请号为201510671573.1)中，进行可见光定位需要在接收端建立数据库，之后才能正常地进行工作。然而，这种在接收端建立数据库的方式需要使用者一个个LED灯记录LED灯的信息，在LED灯特别多的使用场景下加大了实施难度。

虽然现在已有的室内可见光定位技术能够实现精确定位功能，但在生产、装配、使用上仍有较大的改进空间，所以提出了一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统。

发明内容

本发明的目的是为解决在室内定位系统中LED在生产、安装环节中需对每个LED灯单独设置特定编号和对应输出信号以及在使用过程中需要一个个记录LED灯信息而导致搭建系统繁琐且易出错而导致定位错误的问题，提出了一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统。

一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，具体包括一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法(简称本方法)以及一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位系统(简称本系统)；

本系统具体包括配置器、LED灯、配置端、定位终端机以及服务器；

其中，配置器又至少包括配置器蓝牙模块；配置端又至少包含有配置端蓝牙模块及数据库A；其中，配置器的数量为大于等于3；LED灯数量与配置器相同；服务器至少包含数据库B和能接入互联网的通信设备；

配置端可为一切能使用蓝牙发送指令的以PC机及手机为主的终端机；配置端数量为1个，定位终端机数量为1个，服务器数量为1个；

定位终端机又包括光电探测器、滤波电路、放大电路、模数转换器、通信设备和CPU；其中，通信设备是能够接入因特网的设备；

本系统中各个部件的连接关系如下：

每个配置器与一个LED灯相连；所有的配置器与配置端相连；服务器与定位终端相连；

本系统中的各个部件功能如下：

配置器的功能为：与配置端通过蓝牙通信，从配置端接收到配置指令，解算此接收到的配置指令后驱动与其连接的LED灯发送特定频率的周期性定位信号，此周期性定位信号为方波信号或正弦波信号；LED灯的功能是：完成照明与发送配置器配置的周期性定位信号；

配置端的功能是：将应用场景下所有LED灯的编码以及编码与信号的关系存入其内部的数据库A；配置端发送配置指令到配置器上实现配置功能；

其中，所述的编码可以是ID编码，也可以是其他线性或非线性一一映射编码；所述的编码对应信号的关系，可以是编码对应信号的频率、幅度或相位的关系；

服务器的功能是在其数据库B上存有与配置端数据库A相同的内容，并通过自带的通信设备建立局域网让定位终端机连接及下载数据库B的内容；

定位终端机的功能是：从配置端的数据库A下载相应场景下的LED灯编码及编码对应信号的关系，并通过定位终端机的CPU计算出接收到的光信号代表的本场景下的位置，实现精确定位；

本方法，具体包括如下步骤：

步骤1，初始化循环计数值及循环计数值最大值；

其中，记循环计数值为i，并初始化i为0；其中，循环计数值i的最大值i_max与欲要安装的LED总数N相等；

步骤2，配置端按照自定义的协议约定该安装定位LED的应用场景下所有LED灯的编码及编码与信号的关系，并将其存入配置端的数据库A和服务器的数据库B中；

其中，所述的自定义的协议为：

在此应用场景下以应用场景两条边界线的交点为原点建立一个坐标系；每个LED灯在坐标系中的坐标是唯一的，使用LED灯在此坐标系中的坐标作为编码；比如一个LED灯的坐标为(X₂,Y₁)，代表该LED距离此应用场景坐标系的距离X轴的距离为X₂，距离Y轴的距离为Y₁；LED的横、纵坐标都为实数；进一步的，所述的编码还可以是LED灯横坐标和纵坐标的ID编码以及对横坐标、纵坐标的其他线性或非线性一一映射编码；

选定一个频率范围f_min～f_max，其中f_min为最小频率，f_max为最大频率，当以最小频率f_min的信号驱动LED时，保证人员看不到灯光闪烁；N代表需要安装的LED灯的数量；n代表纵坐标相同的LED灯的最大数量；频率间隔Δf代表两个LED发出的定位信号的最小频率差；Δf与f_min、f_max和N的关系为：

Δf＝(f_max-f_min)/(N-1) (1)

对于一个坐标为(x，y)的LED灯，其定位信号的频率f_x-y为：

f_x-y＝[(x-1)n+y-1]×Δf+f_min (2)；

步骤3，第i个配置器初始化自身的蓝牙模块等待配置端的连接，然后使用配置端连接该配置器；其中，i与坐标的关系如下：

i＝(x-1)n+y-1 (3)；

步骤4，配置端查找数据库A，确定第i个配置器的编码，利用配置端向连接上的配置器发送对应指令；

步骤5，第i个配置器接收到指令后，根据指令的内容记录自身的编码，并通过预置的编码与信号的关系，计算出需要驱动LED的信号频率，驱动LED发出该信号；令循环计数值i＝i+1；

步骤6，判断循环计数值i是否等于循环计数值最大值N，并决定跳至步骤7还是步骤3，具体为：

6.1若循环计数值i等于循环计数值最大值N，则跳到步骤7；

6.2若循环计数值i不等于循环计数值最大值N，则跳到步骤3；

步骤7，服务器通过能接入互联网的通信设备建立局域网，定位终端机首先通过局域网连接服务器，下载存储在服务器中的数据库B，得到应用场景下所有LED灯的编码及编码与信号的关系；

步骤8,定位终端机的光电探测器接收到光信号后转换为电信号，再经过滤波电路和放大电路的滤波放大处理，送入定位终端机自带的CPU进行处理；CPU将处理后的电信号与下载的数据库进行比对与计算，得到现在的定位终端机的位置信息；

至此，从步骤1到步骤8，完成了一种基于蓝牙技术动态可重构编码的可见光定位方法。

有益效果

本发明一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，与现有可见光定位方法与系统相比，具有如下有益效果：

1.本方法避免了必须生产不同的LED才能实现定位功能的问题，极大地方便了生产，降低了成本；

2.本方法简化了室内可见光定位系统的安装流程，降低了安装出错的可能性；

3.在使用本系统前无需进行繁琐的使用定位终端机记录各个LED的发光频率的步骤，只需要下载服务器上的数据库即可，使用更加方便；

附图说明

图1为本发明一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统及实施例中的本系统框图；

图2为一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统具及实施例中的LED布局。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明。以下实施例对本发明进行了详细的说明，但本发明的具体实施形式并不局限于此。该实施的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

下面根据附图和实施例来进一步详细说明本发明的实施方式。

实施例

本实施例采用本发明的所述方法构建一层大商场的室内定位系统。本实施例所述的本系统如发明主体描述的一样，包括配置器、LED灯、配置端、定位终端机以及服务器。

图1为本发明一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统及实施例中的本系统框图。从图中可以看出，本系统包含以下部分：配置端、N个配置器、N个LED、服务器和定位终端。其中配置端通过蓝牙分别和每个配置器相连；每个配置器分别和一个LED相连；定位终端从服务器下载数据库信息，并接收每个LED发送的定位信息。

在本实施例中，LED灯的数量为100个，配置端的数量也为100个，即N等于100。

图2展示了本实施例中LED的布局，为俯视图。图中圆形框代表一个LED灯，圆形框内是此LED灯的坐标。如图所示，LED按照10×10的矩形阵列排布。

配置器除了蓝牙接收模块以外，还配有一个单片机，一个LED驱动芯片。

配置端使用一台自带蓝牙的手机，其上有着写好的配置软件和数据库A。

服务器使用一台自带WIFI功能的PC机，其上有数据库B。

定位终端机由一个带WIFI的手机与一个光电接收器组成。光电接收器包括光电探测器、滤波电路、放大电路、数据处理芯片、USB接口。光电接收器与手机通过USB接口连接。

LED和配置器依据图2安装、初始化完毕后，数据库A记录如图2所示的坐标关系，然后配置端将数据库A复制到数据库B。其中坐标轴的一个标准单位为3米。取定位信号频率范围为100Hz到10KHz。依据式(1)，计算出最小频率间隔Δf＝100Hz。单片机内预制了式(2)的关系，可从接收到的编码计算出对应的输出频率。系统初始化循环计数值i＝0，i最大为100。然后进行以下步骤：

步骤a：带着配置端走到第i个配置端附近，用蓝牙连接该LED灯的配置器；打开软件，输入该LED灯的编码；

步骤b：第i个配置器上的蓝牙设备在接收到指令信息后，将收到的指令通过IO口送入其上的单片机处理，得到配置端赋予该LED灯的编号。单片机从接收到的编号计算输出方波的频率，i与坐标的关系如式(3)所示；

步骤c：单片机通过其中若干个IO口将产生的信号送入LED驱动芯片，驱动芯片放大该信号后驱动LED灯发出对应频率的信号，令循环计数值i＝i+1；

步骤d：判断i是否等于100，进行下一步操作：

d.1：若否，跳到步骤a；

d.2：若是，则完成整个系统的配置，进行步骤e；

步骤e：服务器打开WIFI，建立一个局域网供定位终端机下载数据库B；

步骤f：手机通过WIFI连接服务器建立的局域网下载数据库B。然后，光电接收器开始接收光信号，将其转换成电信号进行放大滤波后送入数据处理芯片。将数据处理芯片计算出的位置信息通过USB口送入手机显示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征在于：

包括一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法(简称本方法)以及一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位系统(简称本系统)；

其中，配置器又至少包括配置器蓝牙模块；配置端又至少包含有配置端蓝牙模块及数据库A；

其中，配置器的数量为大于等于3；LED灯的数量与配置器相同；服务器至少包含数据库B和能接入互联网的通信设备；

定位终端机又包括光电探测器、滤波电路、放大电路、模数转换器、通信设备和CPU；其中，通信设备是能够接入因特网的设备。

2.如权利要求1所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

本系统中各个部件的连接关系如下：

本系统中的各个部件功能如下：

其中，所述的编码可以是ID编码，也可以是其他线性或非线性一一映射编码；所述的编码对应信号的关系，可以是编码对应信号的频率、幅度或相位的关系。

3.如权利要求1所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

本方法，具体包括如下步骤：

步骤1，初始化循环计数值及循环计数值最大值；

其中，记循环计数值为i，并初始化i为0；

步骤3，第i个配置器初始化自身的蓝牙模块等待配置端的连接，然后使用配置端连接该配置器；

步骤6，判断循环计数值i是否等于循环计数值最大值N，并决定跳至步骤7还是步骤3；

步骤7，服务器通过自带的通信设备建立局域网，定位终端机首先通过局域网连接服务器，下载存储在服务器中的数据库B，得到应用场景下所有LED灯的编码及编码与信号的关系；

步骤8，定位终端机的光电探测器接收到光信号后转换为电信号，再经过滤波电路和放大电路的滤波放大处理，送入定位终端机的CPU进行处理；CPU将处理后的电信号与下载的数据库进行比对与计算，得到现在的定位终端机的位置信息；

4.如权利要求3所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

步骤1中，循环计数值i的最大值i_max与欲要安装的LED总数N相等。

5.如权利要求3所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

步骤2中，所述的自定义的协议为：

选定一个频率范围f_min～f_max，其中f_min为最小频率，f_max为最大频率；N代表需要安装的LED灯的数量；n代表纵坐标相同的LED灯的最大数量；频率间隔Δf代表两个LED发出的定位信号的最小频率差；Δf与f_min、f_max和N的关系为：

Δf＝(f_max-f_min)/(N-1) (1)

对于一个坐标为(x，y)的LED灯，其定位信号的频率f_x-y为：

f_x-y＝[(x-1)n+y-1]×Δf+f_min (2)。

6.如权利要求3所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

步骤3中，i与坐标的关系如下：

i＝(x-1)n+y-1 (3)。

7.如权利要求3所述的一种基于蓝牙技术动态配置编码的可见光定位方法及系统，其特征还在于：

步骤6，具体为：

6.1若循环计数值i等于循环计数值最大值N，则跳到步骤7；

6.2若循环计数值i不等于循环计数值最大值N，则跳到步骤3。