一种基于光线感应的室内导航系统论文和设计-缪月琴

全文摘要

本实用新型涉及一种基于光线感应的室内导航系统，该室内导航系统包括用于发送控制信号给驱动模块的主控模块、用于驱动LED灯发光的所述驱动模块、用于产生光信号的所述LED灯、用于接收所述LED灯光信号接收模块和光信号处理模块，所述主控模块分别与所述驱动模块、所述光信号接收模块和所述光信号处理模块相连接，所述LED灯与所述驱动模块相连接。与现有技术相比，本实用新型具有定位准，实现了室内场景的精准定位等优点。

主设计要求

1.一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，该室内导航系统包括用于发送控制信号给驱动模块的主控模块、用于驱动LED灯发光的所述驱动模块、用于产生光信号的所述LED灯、用于接收所述LED灯光信号接收模块和光信号处理模块，所述主控模块分别与所述驱动模块、所述光信号接收模块和所述光信号处理模块相连接，所述LED灯与所述驱动模块相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，所述的主控模块所采用的芯片为STM32系列芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，所述的驱动模块包括ULN系列芯片和分压电阻，所述ULN系列芯片的1号～7号引脚相互连接后再与所述主控模块相连接，其8号引脚接地，其9号引脚连接Vcc，其10号～16号引脚相互连接后经所述分压电阻与所述LED灯相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，所述的光信号接收模块包括微型感光摄像头组件和光接收器组件，所述微型感光摄像头组件的3号引脚和13号引脚接地，其2号、4号、6号、8号、10号、12号、14号和16号引脚与所述主控模块的PD0～PD7引脚对应连接，其1号、5号、7号、9号和11号引脚与所述主控模块的PA6、PA3、PA2、PB7和PA4对应连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，所述的光接收器组件由多个运算放大器和多个第二分压电阻组成，所述运算放大器的芯片型号为LM324AN，所述第二分压电阻的阻值为1KΩ～2.5KΩ。

6.根据权利要求1所述的一种基于光线感应的室内导航系统，其特征在于，所述的主控模块还集成设置有电源子模块和重置子模块，所述电源子模块采用的芯片MP2359，所述重置子模块包括复位按键和电容，所述电容的容值为100pF。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及导航系统技术领域，尤其是涉及一种基于光线感应的室内导航系统。

背景技术

基于全球定位系统(GPS)的室外定位应用已非常普遍，然而仍有一些难题没有解决。在室内没有信号，而且无法知道高度，是GPS的硬伤。例如在图书馆这种立体建筑内，楼层多，且在同一楼层内，无法定位到书架内不同高度书的位置。

特别是在大型商场、超市买东西，寻找目标物件，是一个拼体力的事情。如果有定位导航系统，直接导航到目标物件的位置，会很节约人的体力以及时间，显然，这些都是室内定位的强需求。而市场上大多数的导航系统，仍然没有实现对室内空间进行精准定位的功能。室内没有信号，这是GPS在定位领域难以解决的问题。室内定位作为导航的“最后一公里”，一直是科技巨头和研究机构的关注热点，在室内寻找有信号并且知道高度信息的物体来代替GPS的作用即可。

目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术，这几年有不少公司投入到了这个领域。但这种定位方法容易受其他信号的干扰，从而影响定位精度，并且定位器的能耗也比较高，不利于节能环保。另外部署比较多的是蓝牙定位技术，它是一种基于Buletooth－LowEnergy(BLE，低功耗蓝牙)的信号广播设备，每一个设备有且只有唯一的ID。最近推出的Beacon就是利用这种特性，在一个区域内广播自己的信号，通过这种方式它就完成了对一个特定的区域的标记。而在室内空间，可见光是最容易获得的资源。可见光通信可以将用户的位置信息通过照明设施来进行传递，较传统卫星定位更为精准，而这个方案较现有的其他室内定位方案的最大优势是不用投入大量定位基础设施，节省了定位系统的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光线感应的室内导航系统，采取基于室内灯光感应实现精准定位，并自动设计路线达到目标位置，并不断修正自身位置，随时应对各种状况的导航装置。本设计主要部分包括：驱动模块，主控模块，光信号接收，信号处理，光感信号放大装置，液晶显示，系统电源。本设计中主控模块与光信号接收装置相连，通过信号处理和光感信号放大装置对信号进行接收放大强化，结合主控模板智能算法实现对自身位置的精确计算，同时拟定达到目标位置的行进路线。提供液晶显示器即时显示自身位置及路线，具有良好的人机界面。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于光线感应的室内导航系统，该室内导航系统包括用于发送控制信号给驱动模块的主控模块、用于驱动LED灯发光的所述驱动模块、用于产生光信号的所述LED灯、用于接收所述LED灯光信号接收模块和光信号处理模块，所述主控模块分别与所述驱动模块、所述光信号接收模块和所述光信号处理模块相连接，所述LED灯与所述驱动模块相连接。

进一步地，所述的主控模块所采用的芯片为STM32系列芯片。

进一步地，所述的驱动模块包括ULN系列芯片和分压电阻，所述ULN系列芯片的1号～7号引脚相互连接后再与所述主控模块相连接，其8号引脚接地，其9号引脚连接Vcc，其10号～16号引脚相互连接后经所述分压电阻与所述LED灯相连接。

进一步地，所述的光信号接收模块包括微型感光摄像头组件和光接收器组件，所述微型感光摄像头组件的3号引脚和13号引脚接地，其2号、4号、6号、8号、10号、12号、14号和16号引脚与所述主控模块的PD0～PD7引脚对应连接，其1号、5号、7号、9号和11号引脚与所述主控模块的PA6、PA3、PA2、PB7和PA4对应连接。

进一步地，所述的光接收器组件由多个运算放大器和多个第二分压电阻组成，所述运算放大器的芯片型号为LM324AN，所述第二分压电阻的阻值为1KΩ～2.5KΩ。

进一步地，所述的主控模块还集成设置有电源子模块和重置子模块，所述电源子模块采用的芯片MP2359，所述重置子模块包括复位按键和电容，所述电容的容值为100pF。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)实现了室内精准定位，本实用新型包括用于发送控制信号给驱动模块的主控模块、用于驱动LED灯发光的驱动模块、用于产生光信号的LED灯、用于接收LED灯光信号接收模块和光信号处理模块，主控模块分别与驱动模块、光信号接收模块和光信号处理模块相连接，LED灯与驱动模块相连接，采取基于室内灯光感应实现精准定位，并自动设计路线达到目标位置，并不断修正自身位置，随时应对各种状况的导航装置。本设计主要部分包括：驱动模块，主控模块，光信号接收，信号处理，光感信号放大装置，液晶显示，系统电源。本设计中主控模块与光信号接收装置相连，通过信号处理和光感信号放大装置对信号进行接收放大强化，结合主控模板智能算法实现对自身位置的精确计算，同时拟定达到目标位置的行进路线。提供液晶显示器即时显示自身位置及路线，具有良好的人机界面。

(2)定位准，本实用新型利用了室内光三边定位算法，实现了对室内的精准定位，并通过主控模块的计算拟定对目标点位的行进路线，实现了室内导航的功能。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。并且，附图中示出的各个部分的相对位置和大小是示例性的，而不应当被理解成各个部分之间唯一确定的位置或尺寸关系。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型主控模块的液晶显示电路原理图；

图3为本实用新型微型感光摄像头组件电路原理图；

图4为本实用新型中LED灯光信号接收模块电路原理图；

图5为本实用新型中LED灯驱动模块电路原理图；

图6为本实用新型中主控模块的重置功能模组电路原理图；

图7为本实用新型的设计框架原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示为根据本实用新型技术方案的实施例，该室内导航系统包括用于发送控制信号给驱动模块的主控模块、用于驱动LED灯发光的驱动模块、用于产生光信号的LED灯、用于接收LED灯光信号接收模块和光信号处理模块，主控模块分别与驱动模块、光信号接收模块和光信号处理模块相连接，LED灯与驱动模块相连接，主控模块所采用的芯片为STM32系列芯片。

本实施例中主控模块主要采用STM32F407型号的单片机，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，主板附带的液晶显示屏电路原理图如图2所示。

如图5所示驱动模块包括ULN系列芯片和分压电阻，ULN系列芯片的1号～7号引脚相互连接后再与主控模块相连接，其8号引脚接地，其9号引脚连接Vcc，其10号～16号引脚相互连接后经分压电阻与LED灯相连接，驱动模块即调制电信号将这个信号附加到LED灯具的驱动电流上，使LED灯具以极高的频率闪烁，人眼对LED灯闪烁频率识别的上限是60Hz，可以利用驱动模块驱动LED快速闪烁来传递信息而人眼无法识别。

如图3和图4所示光信号接收模块包括微型感光摄像头组件和光接收器组件，微型感光摄像头组件的3号引脚和13号引脚接地，其2号、4号、6号、8号、10号、12号、14号和16号引脚与主控模块的PD0～PD7引脚对应连接，其1号、5号、7号、9号和11号引脚与所述主控模块的PA6、PA3、PA2、PB7和PA4对应连接，光接收器组件由多个运算放大器和多个第二分压电阻组成，运算放大器的芯片型号为LM324AN，第二分压电阻的阻值为1KΩ～2.5KΩ，本实施例中选定为1KΩ。

光信号处理模块将转换过的电信号进行滤波、去噪、放大等一系列处理，并将处理后的信号传递给主控模块，LED灯发射的可见光是定位信号的载体，在基于可见光信标的室内定位系统中，LED只广播信标的ID信息，不需要发送大量数据，因此可见光通信速率满足实时定位的要求即可。

如图6所示主控模块还集成设置有电源子模块和重置子模块，电源子模块采用的芯片MP2359，重置子模块包括复位按键和电容，电容的容值为100pF。

如图7所示为本实用新型的设计框架原理图，主控模块发送控制信号控制LED驱动模块的驱动信息，驱动模块驱动LED灯，使其产生需要的可见光信号，传感器模块接收LED发射的可见光信息，发送给信号处理模块，信号处理模块将处理好的信号传递给主控模块，主控模块根据光信息计算位置信息，并指示行动方向。

本实用新型利用了室内光三边定位算法，实现了对室内的精准定位，并通过主控模块的计算拟定对目标点位的行进路线，实现了室内导航的功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

设计图

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主设计要求

设计方案

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