基于无线光频通信的身份识别及定位系统论文和设计-朱涛

全文摘要

一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，包括信息标牌和由多个识别及定位灯具组成的光频通信网络；信息标牌包括微处理器、供电模块、光发射电路模块、指示电路模块和指示灯；供电模块分别与指示电路模块、微处理器和光发射电路模块连接；指示电路模块与指示灯连接；微处理器分别与光发射电路模块和指示电路模块连接；识别及定位灯具包括光频接收器、热释电感应传感器、处理器模块、通信模块和驱动电路模块；驱动电路模块分别与光频接收器、热释电感应传感器、处理器模块和通信模块连接；处理器模块分别与光频接收器、热释电感应传感器和通信模块连接。该系统能使灯具具有定位和感知功能，有助于实现地下空间的人员与物品的识别及定位管理。

主设计要求

1.一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，包括信息标牌和由多个识别及定位灯具组成的灯具网络；所述信息标牌包括微处理器、供电模块、光发射电路模块、低电量指示电路模块和指示灯（101）、电子墨水屏模块；所述供电模块分别为微处理器、光发射电路模块和指示电路模块进行供电；所述光发射电路模块与微处理器连接，用于根据微处理器的控制发出红外光脉冲；所述指示电路模块分别与微处理器和指示灯（101）连接，用于根据微处理器的控制指示供电模块的工作状态；所述微处理器用于将需要发送的唯一识别码通过光发射电路模块发送出去，用于通过控制指示电路模块对指示灯（101）进行控制；所述识别及定位灯具包括LED模组（5）、光频接收器（2）、热释电感应传感器（3）、处理器模块、通信模块和驱动电路模块；所述光频接收器（2）和处理器模块连接，用于接收信息标牌上光发射电路模块发出的唯一标识码，并将接收到的唯一标识码发送给处理器模块；所述热释电感应传感器（3）和处理器模块连接，用于感应是否有人经过，并在有人经过时向处理器模块发出有人电信号；所述通信模块与处理器模块连接；所述通信模块为网络传输模块或者PLC通信模块，与远端的服务器连接；所述驱动电路模块用于将外部的交流电转化为直流电，并分别为光频接收器（2）、热释电感应传感器（3）、处理器模块和通信模块供电；所述LED模组（5）用于提供照明；所述处理器模块用于用于在接收到有人电信号后，根据是否能接收到唯一标识码或接收到的唯一识别码是否能与内部存储的识别码相匹配来判定人员的合法性，并将判断结果通过通信模块发送给服务器；处理器模块还与驱动电路模块连接，用于通过驱动电路模块对LED模组（5）的供电进行控制。

设计方案

1.一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，包括信息标牌和由多个识别及定位灯具组成的灯具网络；

所述信息标牌包括微处理器、供电模块、光发射电路模块、低电量指示电路模块和指示灯（101）、电子墨水屏模块；所述供电模块分别为微处理器、光发射电路模块和指示电路模块进行供电；所述光发射电路模块与微处理器连接，用于根据微处理器的控制发出红外光脉冲；所述指示电路模块分别与微处理器和指示灯（101）连接，用于根据微处理器的控制指示供电模块的工作状态；所述微处理器用于将需要发送的唯一识别码通过光发射电路模块发送出去，用于通过控制指示电路模块对指示灯（101）进行控制；

所述识别及定位灯具包括LED模组（5）、光频接收器（2）、热释电感应传感器（3）、处理器模块、通信模块和驱动电路模块；所述光频接收器（2）和处理器模块连接，用于接收信息标牌上光发射电路模块发出的唯一标识码，并将接收到的唯一标识码发送给处理器模块；所述热释电感应传感器（3）和处理器模块连接，用于感应是否有人经过，并在有人经过时向处理器模块发出有人电信号；所述通信模块与处理器模块连接；所述通信模块为网络传输模块或者PLC通信模块，与远端的服务器连接；所述驱动电路模块用于将外部的交流电转化为直流电，并分别为光频接收器（2）、热释电感应传感器（3）、处理器模块和通信模块供电；所述LED模组（5）用于提供照明；所述处理器模块用于用于在接收到有人电信号后，根据是否能接收到唯一标识码或接收到的唯一识别码是否能与内部存储的识别码相匹配来判定人员的合法性，并将判断结果通过通信模块发送给服务器；处理器模块还与驱动电路模块连接，用于通过驱动电路模块对LED模组（5）的供电进行控制。

2. 根据权利要求1 所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述信息标牌还包括电子墨水屏，所述电子墨水屏与微处理器连接，用于根据微处理器的控制进行佩戴人员信息的显示。

3.根据权利要求1或2 所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述供电模块由充电电路、蓄电池（104）和稳压电路组成，所述充电电路通过蓄电池（104）与稳压电路连接，所述充电电路用于向蓄电池（104）进行充电，所述稳压电路用于将蓄电池（104）的输出电压稳压到微处理器、指示电路模块和光发射电路模块需要的工作电压；所述微处理器与蓄电池（104）连接，用于检测蓄电池（104）的电量情况。

4.根据权利要求1或2 所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，还包括下载接口，所述下载接口与微处理器连接，用于从外部设备上下载程序到微处理器和下载身份信息到电子墨水屏。

5.根据权利要求4 所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，还包括磁吸式接口，所述磁吸式接口与下载接口和蓄电池（104）连接，用于向蓄电池（104）进行充电，用于向微处理器中输入身份信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述识别及定位灯具还包括壳体（8）、透明灯罩（1）、LED模组支架（6）和接线端子（14）；所述处理器模块、通信模块和驱动电路模块集成形成一体化控制模块（7），一体化控制模块（7）安装在壳体（8）内的底部，所述LED模组支架（6）通过设置在壳体（8）中的多个支撑柱（15）定位安装在壳体（8）内的上部，所述LED模组（5）通过连接件（4）安装在LED模组支架（6）的上部；所述透明灯罩（1）设置在LED模组（5）的外部，且透明灯罩（1）的开口端与壳体（8）的开口端固定连接；所述光频接收器（2）和热释电感应传感器（3）均安装在透明灯罩（1）内部，一体化控制模块（7）通过通信网络与服务器连接；

所述信息标牌还包括前盖板（102）、后盖板（106）、电路板（109）、磁铁（105）和别针（107）；所述前盖板（102）和后盖板（106）之间固定连接，并将电子墨水屏（103）、蓄电池（104）和电路板（109）包裹；所述微处理器、充电电路、稳压电路、光发射电路模块和指示电路模块均集成于电路板(109)上；所述前盖板（102）的上部设置有预留孔（110），前盖板（102）的中部对应电子墨水屏（103）地设置有透明窗口（111）；所述后盖板（106）的左部设置有定位围板（112）；所述指示灯（101）固定安装在预留孔（110）中，所述电子墨水屏（103）固定安装于透明窗口（111）处；所述电路板（109）固定安装于定位围板（112）中；所述蓄电池（104）设置在电子墨水屏（103）和电路板(109)之间，且位于电路板（109）的下部；所述磁铁（105）固定在后盖板（106）的内侧；所述别针（107）固定连接在后盖板（106）的外侧。

7.根据权利要求6所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述壳体（8）的开口端连接有卡扣（10），所述透明灯罩（1）的开口端设置有与卡扣（10）相适配的卡槽（12），透明灯罩（1）的开口端与壳体（8）的开口端通过卡扣（10）与卡槽（12）的配合相互固定连接；所述壳体（8）下端安装有安装支架（9）；所述前盖板（102）和后盖板（106）之间通过螺丝（108）连接。

8.根据权利要求6所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述壳体（8）的一侧设置有至少一个进线孔（13），所述进线孔（13）中安装有M25填料函（11）。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，其特征在于，所述处理器模块的核心采用STM32F103C8T6；所述微处理器的核心采用STM8L051F3P6。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统及方法。

背景技术

随着科技的进步，定位管理手段日新月异，室外GPS定位、北斗定位等已经被人们熟知并投入应用。但在舱室内、洞库及地下设施内对人员与物品的定位管理一直是定位与身份识别技术的难题。为了解决诸如舱室内、洞库及地下设施内对人员与物品难以定位的难题，近年来很多研发机构和企业均投入大量的时间去攻克这一难题，基于Wi-Fi、蓝牙、红外线、RFID等手段的定位技术不断推出，但是都具有一定的局限与不足之处，且均不能与照明灯具进行有效的结合。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，该系统能利用灯具网络对地下空间内的人员进行定位和识别，使灯具在照明的基础上，还兼具有定位和感知功能，有助于高效地实现地下空间的人员与物品的定位管理及身份识别。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于无线光频通信的身份识别及定位系统，包括信息标牌和由多个识别及定位灯具组成的灯具网络；

所述信息标牌包括微处理器、供电模块、光发射电路模块、低电量指示电路模块和指示灯、电子墨水屏模块；所述供电模块分别为微处理器、光发射电路模块和指示电路模块进行供电；所述光发射电路模块与微处理器连接，用于根据微处理器的控制发出红外光脉冲；所述指示电路模块分别与微处理器和指示灯连接，用于根据微处理器的控制指示供电模块的工作状态；所述微处理器用于将需要发送的唯一识别码通过光发射电路模块发送出去，用于通过控制指示电路模块对指示灯进行控制；

所述识别及定位灯具包括LED模组、光频接收器、热释电感应传感器、处理器模块、通信模块和驱动电路模块；所述光频接收器和处理器模块连接，用于接收信息标牌上光发射电路模块发出的唯一标识码，并将接收到的唯一标识码发送给处理器模块；所述热释电感应传感器和处理器模块连接，用于感应是否有人经过，并在有人经过时向处理器模块发出有人电信号；所述通信模块与处理器模块连接；所述通信模块为网络传输模块或者PLC通信模块，与远端的服务器连接；所述驱动电路模块用于将外部的交流电转化为直流电，并分别为光频接收器、热释电感应传感器、处理器模块和通信模块供电；所述LED模组用于提供照明；所述处理器模块用于用于在接收到有人电信号后，根据是否能接收到唯一标识码或接收到的唯一识别码是否能与内部存储的识别码相匹配来判定人员的合法性，并将判断结果通过通信模块发送给服务器；处理器模块还与驱动电路模块连接，用于通过驱动电路模块对LED模组的供电进行控制。

在该技术方案中，信息标牌中通过设置有微处理器和光发射电路模块能够便于发出设定的红外光脉冲，能使信息标牌同时具有绑定人员信息和定位的功能，从而能使佩戴信息标牌的人员能便于被定位及被识别。该信息标牌结构简单、制造成本低，便于携带。识别及定位灯具通过使灯具内部设置有热释电感应传感器和光频接收器，能便于灯具采集照明范围内人员信息。热释电感应传感器能通过红外感应的方式识别出是否有人通过，光频接收器能便于接收信息标牌发出的唯一标识码，一体化控制模块不仅能提供供电，且能识别出唯一标识码是否具有合法权限。一体化控制模块通过通信网络与服务器连接，能便于外部的服务器利用设置在舱室内、洞库及地下设施内的灯具对人员进行识别和定位。该灯具在具有照明功能的同时，还具有红外人体感应和定位的联动功能，能有效采集灯具照明范围内的人员信息。该灯具能满足舱室内、洞库及地下设施内实时了解人员位置及身份和查看行动轨迹、以及人员闯入报警的需求。

进一步，为了便于显示人员信息，所述信息标牌还包括电子墨水屏，所述电子墨水屏与微处理器连接，用于根据微处理器的控制进行佩戴人员信息的显示。

进一步，所述供电模块由充电电路、蓄电池和稳压电路组成，所述充电电路通过蓄电池与稳压电路连接，所述充电电路用于向蓄电池进行充电，所述稳压电路用于将蓄电池的输出电压稳压到微处理器、指示电路模块和光发射电路模块需要的工作电压；所述微处理器与蓄电池连接，用于检测蓄电池的电量情况。

进一步，为了便于更换人员信息，同时，也便于外部设备与微处理器之间进行交互通信，还包括下载接口，所述下载接口与微处理器连接，用于从外部设备上下载程序到微处理器和下载身份信息到电子墨水屏。

进一步，为了方便进行充电，同时，也为了方便微处理器与外部设备之间的交互通信，还包括磁吸式接口，所述磁吸式接口与下载接口和蓄电池连接，用于向蓄电池进行充电，用于向微处理器中输入身份信息。

进一步，为了提高该灯具的集成度，同时，也为了便于安装和维护，所述识别及定位灯具还包括壳体、透明灯罩、LED模组支架和接线端子；所述处理器模块、通信模块和驱动电路模块集成形成一体化控制模块，一体化控制模块安装在壳体内的底部，所述LED模组支架通过设置在壳体中的多个支撑柱定位安装在壳体内的上部，所述LED模组通过连接件安装在LED模组支架的上部；所述透明灯罩设置在LED模组的外部，且透明灯罩的开口端与壳体的开口端固定连接；所述光频接收器和热释电感应传感器均安装在透明灯罩内部，一体化控制模块通过通信网络与服务器连接；

为了提高该信息标牌的集成度，同时，也为了便于携带，所述信息标牌还包括前盖板、后盖板、电路板、磁铁和别针；所述前盖板和后盖板之间固定连接，并将电子墨水屏、蓄电池和电路板包裹；所述微处理器、充电电路、稳压电路、光发射电路模块和指示电路模块均集成于电路板上；所述前盖板的上部设置有预留孔，前盖板的中部对应电子墨水屏地设置有透明窗口；所述后盖板的左部设置有定位围板；所述指示灯固定安装在预留孔中，所述电子墨水屏固定安装于透明窗口处；所述电路板固定安装于定位围板中；所述蓄电池设置在电子墨水屏和电路板之间，且位于电路板的下部；所述磁铁固定在后盖板的内侧；所述别针固定连接在后盖板的外侧。

进一步，为了便于壳体和灯罩的连接与脱离，所述壳体的开口端连接有卡扣，所述透明灯罩的开口端设置有与卡扣相适配的卡槽，透明灯罩的开口端与壳体的开口端通过卡扣与卡槽的配合相互固定连接；所述壳体下端安装有安装支架；为了对信息标牌进行维护，所述前盖板和后盖板之间通过螺丝连接。

进一步，为了便于实现进线的密封，所述壳体的一侧设置有至少一个进线孔，所述进线孔中安装有M25填料函。

作为一种优选，所述处理器模块的核心采用STM32F103C8T6；所述微处理器的核心采用STM8L051F3P6。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型中识别及定位灯具的结构示意图；

图3是本实用新型中信息标牌的结构示意图；

图4是本实用新型中识别及定位灯具中驱动电路模块的电路原理图；

图5是本实用新型中识别及定位灯具中LED模组灯板的电路图；

图6是本实用新型中识别及定位灯具中处理器模块的核心电路图；

图7是本实用新型中识别及定位灯具中光频接收器的电路原理图；

图8是本实用新型中识别及定位灯具中通信模块的电路原理图；

图9是是本实用新型中识别及定位灯具中与处理器模块连接的接口J4的电路原理图。

图10是本实用新型中信息标牌中充电电路与稳压电路的电路原理图；

图11是本实用新型中信息标牌中微处理器的核心电路图。

图中：1、透明灯罩，2、光频接收器，3、热释电感应传感器，4、连接件，5、LED模组，6、LED模组支架，7、一体化控制模块，8、壳体，9、安装支架，10、卡扣，11、M25填料函，12、卡槽，13、进线孔，14、接线端子，15、支撑柱；

101、指示灯，102、前盖板，103、电子墨水屏，104、蓄电池，105、电路板，106、后盖板，107、卡合件，108、螺丝，109、电路板，110、预留孔，111、透明窗口，112、定位围板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

一、识别及定位灯具：

如图1和图2所示，识别及定位灯具包括壳体8、LED模组5、透明灯罩1、一体化控制模块7、LED模组支架6、光频接收器2、热释电感应传感器3和接线端子14；

所述一体化控制模块7安装在壳体8内的底部，所述LED模组支架6通过设置在壳体8中的多个支撑柱15定位安装在壳体8内的上部，所述LED模组5通过连接件4安装在LED模组支架6的上部；所述透明灯罩1设置在LED模组5的外部，且透明灯罩1的开口端与壳体8的开口端固定连接；

所述光频接收器2和热释电感应传感器3均安装在透明灯罩1内部，透明灯罩1对应光频接收器2和热释电感应传感器3的位置预留有光频接收器安装接口和热释电感应传感器安装接口，以便于拉大接收面积和接收距离，光频接收器2、热释电感应传感器3、LED模组5和接线端子14均与一体化控制模块7连接；一体化控制模块7通过通信网络与服务器连接。

为了便于壳体和灯罩的连接与脱离，所述壳体8的开口端连接有卡扣10，所述透明灯罩1的开口端设置有与卡扣10相适配的卡槽12，透明灯罩1的开口端与壳体8的开口端通过卡扣10与卡槽12的配合相互固定连接。

所述一体化控制模块7包括处理器模块、通信模块和驱动电路模块，所述光频接收器2和热释电感应传感器3均与处理器模块连接，所述处理器模块分别与通信模块和驱动电路模块连接，所述接线端子14与驱动电路模块连接，驱动电路模块分别与光频接收器2、热释电感应传感器3、处理器模块、通信模块和LED模组5连接，所述通信模块通过有线或无线通信网络与远端的服务器连接。所述光频接收器2用于接收人员或物品上携带的信息标牌发出的唯一标识码，并将接收到的唯一标识码发送给处理器模块；所述热释电感应传感器3用于感应是否有人经过，并在有人经过时向处理器模块发出有人电信号；所述驱动电路模块用于将交流电转化为直流电，并根据处理器模块的控制分别对光频接收器2、热释电感应传感器3、处理器模块、通信模块和LED模组5进行供电；所述LED模组5用于进行照明；所述处理器模块用于在接收到有人电信号后，将接收到的唯一标识码与内部存储的标识码进行匹配，并在匹配成功后通过通信模块向远端服务器发出人员所在的位置信息，在匹配不成功后通过通信模块向远端服务器发出报警信号；所述接线端子14外接交流220V直流电源，所述驱动电路模块将交流220V交流电转化为36V、0.7A的直流电，以对LED模组5进行供电，转化为12V和5V直流电，以分别对处理器模块、光频接收器2、热释电感应传感器3和通信模块进行供电。当人员从灯下经过时，热释电感应传感器3用于感应是否有人经过，并在有人经过时向处理器模块发出有人电信号，同时，人员携带的信息标牌会发射唯一标识码，光频接收器2在接收到的唯一标识码后发送给处理器模块，处理器模用于对接收到的信息进行采集、解码块，在接收到有人电信号后，且未接收到合法唯一标识码或接收到的唯一标识码与内部存储的标识码不匹配时判断为非法闯入，通过通信模块发出报警信号；在接收到有人电信号后，且接收到的唯一标识码合法后，判断为合法人员，并发出合法信号。处理器模块将判断的信息进行编码后通过通信模块发送给远端的服务器，服务器将人员位置信息和出现时间可以进行存储、显示、管理。如果服务器接收到报警信号，服务器端可以进行声光电报警；

由于接线太长，考虑到信号的完整性以及减少信号在传输过程中受到干扰，作为一种优选，光频接收器2和热释电感应传感器3的信号输出端均使用屏蔽线连接到处理器模块。

作为一种优选，所述通信模块包括网络传输模块和PLC通信模块，当然通信模块也可以只选择网络传输模块和PLC通信模块中的一种。

作为一种优选，LED模组5采用亿光灯珠2835，12串8并96颗LED，单灯功率25W。

作为一种优选，所述壳体8为压铸铝壳。

为了便于安装灯具，所述壳体8下端安装有安装支架9。

为了便于实现进线的密封，所述壳体8的一侧设置有至少一个进线孔13，所述进线孔13中安装有M25填料函11。

作为一种优选，所述处理器模块的核心采用STM32F103C8T6。

作为一种优选，所述接线端子14为Wago接线端子。

作为一种优选，所述连接件4为螺钉。

识别及定位灯具工作原理如下：

1、如图4所示，90V-277V市电进入灯具经过EMI滤波器后进入整流桥BR1，变压器TR1将高压输入侧和低压输出侧进行电器隔离， U2将TR1变压器的输出侧电压稳定到38V，通过D1、D2快恢复二极管进入滤波电路，用来驱动LED光源，供电电压38V 0.7A。变压器TR1的辅助绕组输出稳定的12V，通过D4快恢复二极管进入滤波电路，输出纹波小于120mV为PLC通信模块进行供电；

2、LED模组5使用灯珠2835，采用串并结合的方式，12串8并96颗LED，考虑PCB成本，使用两条PCB灯条，如图5所示，每条PCB 12串4并48颗灯珠，单灯功率26W；灯具内部除了为LED模组5光源供电还需要为光频接收器2、热释电感应传感器3、通信模块和处理器模块进行供电，变压器TR1辅助绕组输出12V，经过整流滤波输出稳定的12V，为PLC通信模块供电；通过U1将12V稳压到5V，通过U3将5V稳压到3.3V，分别为网络传输模块和处理器模块供电；

3、人员从灯下经过时，如图6所示， MCU STM32F103C8T6 GPIO口PB1接收到热释电感应传感器3的信息，为高电平，处理器模块（MCU）识别出有人经过，开始对人员身份信息进行判断，合法人员携带的信息标牌会发射唯一标识码，此时如果光频接收器2接收到唯一标识码，且唯一标识码与内部存储的识别码一致，则判断此人合法，并将接收到的数据脉冲进行解码，通过通信模块或者PLC通信模块发到服务器；如果接收到热释电感应传感器3发出的高电平，延时一定时间U6没有接收到有效数据脉冲，判断为有人非法闯入，如图7所示。处理器模块（MCU）输出报警信号给通信模块或者PLC单元，回传到服务器，服务器端进行声光电报警处理。人员佩戴的信息标牌发射数据间隔时间为500ms，假设单灯具下出现多个人时，为降低服务器的压力，灯具端每隔500ms向服务器发送一次数据，数据内容包括灯具编号和500ms内接收到的所有人员的身份识别码等信息。

处理器模块将解码信息进行编码发送给网络传输模块或者PLC通信模块，通过网线或者电力线传到服务器，由于PLC通信模块对电网要求比较严格，小范围使用可以确保传输效果的稳定，因此设计中将PLC通信模块为主要方式进行设置，需要使用PLC通信模块时将其插到与处理器模块连接的接口J4中即可，如图9所示。PLC通信模块通过串口USART1连接到处理器模块，通过USART1进行数据交互，如图8所示。还可以设置网络传输模块，处理器模块通过SPI口和高性能以太网芯片进行通信，U7以太网芯片内部集成全硬件TCP\/IP协议栈、MAC和PHY，处理器模块（MCU）通过SPI协议读写U7以太网芯片的寄存器进行数据交互，J1口为以太网RJ45接口，带有连接指示灯，数据通过网线发送到服务器，服务器将人员位置信息和出现时间进行存储、显示、管理。如果服务器接收到报警信号，服务器端进行声光电报警。

二、信息标牌：

如图1和图3所示，信息标牌包括微处理器、供电模块、光发射电路模块、指示电路模块和指示灯101；

所述供电模块分别为微处理器、光发射电路模块和指示电路模块进行供电；作为一种优选，所述微处理器的核心采用STM8L051F3P6。

所述光发射电路模块与微处理器连接，用于根据微处理器的控制发出红外光脉冲；

所述指示电路模块分别与微处理器和指示灯101连接，用于根据微处理器的控制对指示灯101的状态进行控制，以指示供电模块的工作状态；作为一种优选，指示灯101可以制成特定的形状。

所述微处理器用于将需要发送的唯一识别码通过光发射电路模块发送出去，用于通过控制指示电路模块对指示灯101进行控制。

还包括电子墨水屏，所述电子墨水屏与微处理器连接，用于根据微处理器的控制进行佩戴人员信息的显示。

为了便于更换人员信息，还包括下载接口，所述下载接口与微处理器连接，用于从外部设备上下载程序到微处理器和下载身份信息到电子墨水屏。

所述供电模块由充电电路、蓄电池104和稳压电路组成，所述充电电路通过蓄电池104与稳压电路连接，所述充电电路用于向蓄电池104进行充电，所述稳压电路用于将蓄电池104的输出电压稳压到微处理器、指示电路模块和光发射电路模块需要的工作电压；所述微处理器与蓄电池104连接，用于检测蓄电池104的电量情况。作为一种优选，蓄电池104采用3.7V聚合物锂电池。

还包括磁吸式接口，所述磁吸式接口与下载接口和蓄电池104连接，用于向蓄电池104进行充电，用于向微处理器中输入身份信息。

为了提高该灯具的集成度，同时，也为了便于安装和维护，还包括前盖板102、后盖板106、电路板109、磁铁105和别针107；

所述前盖板102和后盖板106之间固定连接，并将电子墨水屏1033、蓄电池104和电路板109包裹；所述微处理器、充电电路、稳压电路、光发射电路模块和指示电路模块均集成于电路板109上；

所述前盖板102的上部设置有预留孔110，前盖板102的中部对应电子墨水屏1033地设置有透明窗口111；所述后盖板106的左部设置有定位围板112；所述指示灯10101固定安装在预留孔110中，所述电子墨水屏103固定安装于透明窗口111处；所述电路板109固定安装于定位围板112中；所述蓄电池104设置在电子墨水屏103和电路板109之间，且位于电路板109的下部；所述磁铁105固定在后盖板106的内侧；所述别针107固定连接在后盖板106的外侧。

信息标牌工作原理如下：

1．供电经过图10中的芯片U1充电管理芯片为蓄电池充电，充电固定电压4.2V，充电电电流可调节R3的阻值从2K-10K之间调节，控制电流从500mA-100mA，产品使用500mA充电电流，减少充电时间，充电电压移除之后U1充电管理芯片进入低电流模式，从蓄电池吸取2μA的电流，降低整体功耗，采用内置MOS的充电管理芯片，能简化充电电路，充电电压4.5-6.5V，设置充电指示灯D1串联R1、R2接入电路，便于提示充电状态；

2．系统工作电压3.3V，通过图10中低压差（LDO）线性稳压芯片U2将蓄电池电压稳压到3.3V，为微处理器供电，该芯片可以提供高达250mA的电流，同时只消耗1.6μA的静态电流(典型)，降低整体功耗，延长信息标牌工作时间；

3．根据光传输特性和光电转换原理，将需要发送的识别码转换成特定格式的脉冲，信息标牌使用超低功耗微处理器STM8L051F3P6如图11所示，设置RTC时钟电路，用于停机模式唤醒，供电电压3.3V由蓄电池池经过图10中的U2稳压芯片提供，微处理器的I\/O口PB2为信号发送端，微处理器将发送的定位识别码转换成特定格式的脉冲信号驱动红外LED发射，如图11所示，发光二极管 D2是940nm LED作为发射源，使用者不会受到标牌发出光线的干扰，发送第一次数据和第二次数据间隔500ms，发送完一次微处理器进入停机模式halt()，关闭外设时钟，所有I\/O口设置低电平，只有RTC时钟在工作，然后RTC时钟每隔一段时间唤醒一次微处理器，微处理器工作完成后继续停机，达到最低功耗，延长定位标牌工作时间；

4．通过微处理器的内置ADC接口检测蓄电池电压，使用I\/O口PB0作为电池电压检测管脚，使用自带的ADC，编写软件进行设置匹配，由于微处理器测量电压过高会损坏芯片，使用电阻分压的方式进行测量，R5、R6为分压电阻，I\/O口PB1输出低电平分压电阻不耗电，在需要测量锂电池电压前置高电平，然后PB0测量电压，测量结束将PB1设置低电平，降低系统整体功耗，D3为低电量指示灯，电压低于设定值进行亮灯提醒充电；

5．定位标牌上设有电子墨水屏，用来更换携带人员信息，电子墨水屏一次修改后内容不需要改变，可以使用电子墨水屏和微处理器单独工作的模式，留有磁吸式接口，供蓄电池和更改电子墨水屏上内容，通过专用下载器连接磁吸式接口，充电和修改电子墨水屏对应信息。

三、整体工作原理：

灯具网络中的各个识别及定位灯具位置为固定的，同时，每个识别及定位灯具具有唯一编码，每个唯一编码对应着一个固定位置，远端的服务器可以预先将各个识别及定位灯具所在的位置信息录入，佩戴信息标牌的人员进入灯具网络中，识别及定位灯具中的热释电感应传感器会感应到是否有人经过灯具下方，当检测到时，向处理器模块中发送有人存在电信号，处理器模块在收到有人电信号后，通过光频接收器接收信息标牌发出的唯一识别码，如果在设定的时间内未接收到唯一识别码，则判定进入的人员不我还得合法权限，向远端的服务器发出非法进入告警信号，便于服务器采取对应报警措施。如果处理器模块接收到唯一识别码，但是唯一识别码与处理器模块内存储的唯一识别码不匹配，仍然向远端的服务器发出非法进入告警信号；只有接收到的唯一识别码与处理处理器模块内存储的唯一识别码相匹配时，才向远端的服务器发出合法进入电信号，同时，将对应灯具的唯一编码发送给服务器。

四、一种基于无线光频的身份识别及定位方法，包括以下步骤：

步骤1：在需要进行识别及定位的地下空间中布置由多个识别及定位灯具组成的灯具网络，每个识别及定位灯具均具有唯一编码，且对应一个固定的位置；在远端的服务器中录入对应灯具网络中的每个识别及定位灯具的唯一编码及对应的位置信息；

步骤2：进入地下空间中的人员携带信息标牌时，会持续向外部发出特定频率的唯一识别码，未携带信息标牌时，刚不会向外部发出唯一识别码；

在进入的人员经过某一个识别及定位灯具时，识别及定位灯具中的热释电感应传感器对进入其范围的人员进行感应识别，识别出有人后向处理器模块发出有人电信号；

步骤3：处理器模块在接收到有人电信号后，在设定时间内等待光频接收器发出的唯一识别码，并在设定时间内接收到唯一识别码时，将接收到的唯一识别码与内部存储的识别码进行匹配；在匹配不成功或在设定时间内未接收到唯一识别码时，向服务器发出非法进入告警信号；在匹配成功后向服务器发出合法进入电信号；

步骤4：服务器在收到非法进入告警信号后在远端进行报警，以提醒相应人员采取及时处理措施；在收到合法进入电信号后对人员的位置进行定位及显示。

该方法能利用灯具网络对进入地下空间的人员进行识别及定位，并能有效地发现进入者为合法人员或非法人员，并在合法人员的情况下能实现远端的定位显示，在非法人员的情况下能在远端进行及时的报警。

设计图

基于无线光频通信的身份识别及定位系统论文和设计

基于无线光频通信的身份识别及定位系统论文和设计-朱涛

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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