一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，主要由若干台VLP发射机、VLP蓝牙中继穿戴装置和具有蓝牙功能的移动终端组成，VLP发射机在其锚点覆盖区域循环播送LED‑ID光信号，VLP蓝牙中继穿戴装置实时接收多路VLP发射机传输的ID信息和光信号强度输出用户位置坐标后，通过蓝牙通信链路将位置信息传输至移动终端，移动终端获取位置信息后，可调用预存的室内地图数据库在移动终端APP上实时更新用户位置。本实用新型可以很好地解决目前移动终端不能直接扩展光电接收器的局限，用户可通过佩戴此中继装置实现移动终端接收光定位信号，获得较好的定位精度、便携性和鲁棒性。

主设计要求

1.一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于，包括：若干台VLP发射机，用于通过控制LED灯具闪烁发出ID信息；VLP蓝牙中继穿戴装置，用于接收来自不同VLP发射机的ID信息并将其转化为位置信息；移动终端，用于获取位置信息并实时更新用户位置，所述移动终端与VLP蓝牙中继穿戴装置通过蓝牙链路连接。

设计方案

1.一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于，包括：

若干台VLP发射机，用于通过控制LED灯具闪烁发出ID信息；

VLP蓝牙中继穿戴装置，用于接收来自不同VLP发射机的ID信息并将其转化为位置信息；

移动终端，用于获取位置信息并实时更新用户位置，所述移动终端与VLP蓝牙中继穿戴装置通过蓝牙链路连接。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述VLP发射机包括LED灯具、LED驱动模块、单片机系统模块、第一电源管理模块、滤波模块、存储卡ID参数读写模块和频闪控制模块，所述LED驱动模块安装在LED灯具上，所述LED驱动模块的输入端分别与市电和第一电源管理模块相连，输出端经过滤波模块与LED灯具的正极相连，所述存储卡ID参数读写模块与单片机系统模块的SPI引脚相连，所述单片机系统模块的PWM引脚与频闪控制模块的一端相连，所述频闪控制模块的另一端与LED灯具的负极相连，所述单片机系统模块通过频闪控制模块控制LED灯具的亮灭，所述第一电源管理模块分别为LED灯具、LED驱动模块、单片机系统模块、存储卡ID参数读写模块和频闪控制模块供电。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述单片机系统模块采用STM系列芯片。

4.根据权利要求2所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述频闪控制模块采用BCX56功率三极管驱动电路。

5.根据权利要求1所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述VLP蓝牙中继穿戴装置由别针式卡套、超薄锂电池和VLP蓝牙中继电路组成，所述VLP蓝牙中继电路包括光信号接收器、光信号放大模块、蓝牙单片机系统模块、蓝牙天线模块和第二电源管理模块，所述超薄锂电池的正负极分别与VLP蓝牙中继电路的电池电源管理模块的VCC与GND端相连，所述超薄锂电池和VLP蓝牙中继电路分别固定于别针式卡套中，所述光信号接收器将光信号转换成电信号并传递给光信号放大模块，所述光信号放大模块的输入端与光信号接收器相连，所述蓝牙单片机系统模块的A\/D采样引脚与光信号放大模块的输出端相连，所述蓝牙天线模块与单片机系统模块的ANT管脚相连，所述第二电源管理模块分别为光信号放大模块、蓝牙单片机系统模块、蓝牙天线模块供电。

6.根据权利要求5所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述蓝牙单片机系统模块为NRF52832低功耗蓝牙芯片。

7.根据权利要求5所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述第二电源管理模块采用330mAh-3.7V锂电池块供电。

8.根据权利要求1所述的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，其特征在于：所述移动终端设有用于实时显示室内地图信息和用户当前位置的用户前端操作界面和用于存储室内地图信息和用户个人信息的数据库。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及定位技术领域，特别涉及一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统。

背景技术

随着现代科学的飞速发展，人们对位置信息的需求越来越高。目前，全球定位系统(Global Position System，GPS)已经得到了广泛应用。而在超市、展览馆、博物馆和大型室内建筑等室内场景中，由于建筑物墙壁的遮挡，GPS信号会急剧衰减，无法提供准确的定位服务。传统的室内定位系统采用WiFi、蓝牙和ZigBee等射频定位技术，但是这些技术都具有射频相互干扰严重、射频信号方向可控性差等特点，导致其定位精度较差。此外，这些技术还往往要求部署大量的定位锚点，增加了设备部署成本。而与上述传统的室内定位技术相比，VLP(Visible Light Positioning，VLP)技术具有无射频污染和干扰、光定位信号方向可控、设备成本低和部署成本低等优点，成为下一代室内定位技术的最佳解决方案之一。

目前主流的VLP技术有两类，即成像VLP和非成像VLP。成像VLP 技术通常采用摄像头或图像传感器作为接收机，通过接收ID光信息和摄影测量法来实施定位。非成像VLP技术通常采用光敏三极管 (Phototriode，PT)或光电二极管(Photodiode，PD)作为接收机，通过接收ID光信息、光信号强度或接收角度等信息来综合定位位置。

目前，商用移动终端(如智能手机、平板电脑等)均自带摄像头，在灯具尺寸较大、定位信息传输较近、保持静止和保持固定的摄像头姿态角度的场景条件下，可采用成像VLP技术，能够满足一定的室内定位需求。但是在灯具尺寸较小、定位信息传输较远、移动状态和姿态角度随机变化下，采用自带摄像头稳定的接收光信号会变得较为困难。这是因为摄像头对拍摄角度、灯具尺寸形状和移动性较为敏感，在这种情况下，可考虑采用非成像VLP技术。然而，目前市面上的商用移动终端并没有通用的光电检测器接口，无法安装光信号接收器，这一限制条件严重影响了非成像VLP技术在用户移动等消费级场景下的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种可穿戴的、定位精度较高、功耗低的基于移动场景的 VLP蓝牙中继定位系统，结合了在用户移动场景下非成像VLP技术的应用，通过采用具备定位功能的可穿戴终端设备，从而实现用户移动条件下的精准室内定位，可获得较好的定位精度、便携性和鲁棒性。

本实用新型提供的一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，主要由若干台VLP发射机、VLP蓝牙中继穿戴装置和具有蓝牙功能的移动终端组成；VLP发射机包括LED灯具、LED驱动模块、单片机系统模块、第一电源管理模块、滤波模块、存储卡ID参数读写模块和频闪控制模块；VLP发射机在其锚点覆盖区域循环播送LED-ID光信号。VLP蓝牙中继穿戴装置由别针式卡套、超薄锂电池和VLP蓝牙中继电路组成，而VLP蓝牙中继电路包括光信号接收器、光信号放大模块、低功耗蓝牙单片机系统模块、蓝牙天线模块和第二电源管理模块；VLP蓝牙中继穿戴装置实时接收多路VLP发射机传输的ID信息和光信号强度输出用户位置坐标后，通过蓝牙通信链路将位置信息传输至移动终端，移动终端获取位置信息后，可调用预存的室内地图数据库在移动终端上实时更新用户位置。本实用新型可以很好地解决目前移动终端不能直接扩展光电接收器的局限，用户可通过佩戴此中继装置实现移动终端接收光定位信号，获得较好的定位精度、便携性和鲁棒性。

本实用新型为解决其问题所采用的技术方案是：

一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统，包括：

若干台VLP发射机，用于通过控制LED灯具闪烁发出ID信息；

VLP蓝牙中继穿戴装置，用于接收来自不同VLP发射机的ID信息并将其转化为位置信息；

移动终端，用于获取位置信息并实时更新用户位置，所述移动终端与VLP蓝牙中继穿戴装置通过蓝牙链路连接。

进一步地，所述VLP发射机包括LED灯具、LED驱动模块、单片机系统模块、第一电源管理模块、滤波模块、存储卡ID参数读写模块和频闪控制模块，所述LED驱动模块安装在LED灯具上，所述LED 驱动模块的输入端分别与市电和第一电源管理模块相连，输出端经过滤波模块与LED灯具的正极相连，所述存储卡ID参数读写模块与单片机系统模块的SPI引脚相连，所述单片机系统模块的PWM引脚与频闪控制模块的一端相连，所述频闪控制模块的另一端与LED灯具的负极相连，所述单片机系统模块通过频闪控制模块控制LED灯具的亮灭，所述第一电源管理模块分别为LED灯具、LED驱动模块、单片机系统模块、存储卡ID参数读写模块和频闪控制模块供电。

进一步地，所述单片机系统模块采用STM系列芯片。

进一步地，所述频闪控制模块采用BCX56功率三极管驱动电路。

进一步地，所述VLP蓝牙中继穿戴装置由别针式卡套、超薄锂电池和VLP蓝牙中继电路组成，所述VLP蓝牙中继电路包括光信号接收器、光信号放大模块、蓝牙单片机系统模块、蓝牙天线模块和第二电源管理模块，所述超薄锂电池的正负极分别与VLP蓝牙中继电路的电池电源管理模块的VCC与GND端相连，所述超薄锂电池和VLP蓝牙中继电路分别固定于别针式卡套中，所述光信号接收器将光信号转换成电信号并传递给光信号放大模块，所述光信号放大模块的输入端与光信号接收器相连，所述蓝牙单片机系统模块的A\/D采样引脚与光信号放大模块的输出端相连，所述蓝牙天线模块与单片机系统模块的ANT 管脚相连，所述第二电源管理模块分别为光信号放大模块、蓝牙单片机系统模块、蓝牙天线模块供电。

进一步地，所述蓝牙单片机系统模块为NRF52832低功耗蓝牙芯片。

进一步地，所述第二电源管理模块采用330mAh-3.7V锂电池块供电。

进一步地，所述移动终端设有用于实时显示室内地图信息和用户当前位置的用户前端操作界面和用于存储室内地图信息和用户个人信息的数据库。

本实用新型的有益效果是：本实用新型部署简便，具有很好的稳定性；本实用新型所包括的VLP发射机具有较大的驱动电压范围，可以调制更大功率的LED灯具，同时它的存储卡ID参数读写模块使得工作人员可以通过批量更换存储卡的方式重新设置频率集，简化了配置流程，缩减了设备维护开支；VLP蓝牙中继穿戴装置不仅可以同时解得多个LED灯具发送的位置信息，具有定位精度高、体积小、稳定性好、续航久等特点，而且可以灵活佩戴在用户身上，与移动终端绑定，记录用户在室内的行动轨迹，很好地解决了用户移动情况下的室内定位和位置导航问题。

附图说明

图1是VLP蓝牙定位系统整体示意图；

图2是VLP发射机电路原理图；

图3是VLP蓝牙中继穿戴装置正面和反面俯视结构图；

图4是VLP蓝牙中继电路原理图；

图5是VLP蓝牙中继电路中的光信号放大模块的电路图；

图中标号：100-VLP发射机；200-VLP蓝牙中继穿戴装置；300- 移动终端；400-用户；500-室内定位区域；110-单片机系统模块；120- 存储卡ID参数读写模块；121-存储卡；130-LED驱动模块；140-LED 灯具；150-频闪控制模块；160-滤波模块；170-电源管理模块；180- 市电；210-别针式卡套；220-超薄锂电池；230-VLP蓝牙中继电路；231-光信号接收器；232-光信号放大模块；233-蓝牙单片机系统模块； 234-蓝牙天线模块；235-第二电源管理模块。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供了一种可穿戴的VLP 蓝牙中继定位系统，包括：

若干台VLP发射机100，通过控制LED灯具140闪烁发出ID信息；

VLP蓝牙中继穿戴装置200，用于接收来自不同VLP发射机100 的ID信息并将其转化为位置信息；

移动终端300，用于获取位置信息并实时更新用户位置，所述移动终端300与VLP蓝牙中继穿戴装置200通过蓝牙链路连接。

实施人员根据具体室内场景500的结构和照明、定位精度需求，灵活布置VLP发射机100的位置和数量，每一台VLP发射机100都分配有一组特定频率的频率集控制LED灯具140闪烁，发出ID信息。 VLP接收机100穿戴在用户胸前、肩部、头部或其他不易被光线遮挡的身体部位，当用户400佩戴VLP蓝牙中继穿戴装置200经过室内定位区域500时，装置的光信号接收器231会收到来自不同VLP发射机 100的ID信息并将其转化为电信号。该信号经过光信号放大模块232 的调理与放大，再由低功耗蓝牙单片机系统模块233进行处理与分析之后，可以得到当前位置所接收到的VLP发射机100的ID信息及其对应光强信息。结合得到的ID信息及其光强信息输出用户400当前的位置坐标之后，通过蓝牙链路将位置信息传递给移动终端300。移动终端300获取位置信息后，可调用其预存的室内地图数据库在移动终端300上实时更新用户位置。

VLP发射机100的单片机系统模块110可以使用STM32F103ZE系列处理器，实施人员根据室内场景的具体照明布局，预先设定对应 VLP发射机100的频率集并写入存储卡121中。在系统运行时，存储卡ID参数读写模块读取出存储卡121中的频率集后将相应频率信息传递给单片机系统模块110的SPI引脚，经过单片机系统模块110处理，形成对应的FSOOK信号并通过频闪控制模块调制LED灯具140，使其产生肉眼不可察的频闪信号，从而发送出相应的ID信息。

VLP发射机100的电路结构图如图2所示，LED驱动模块130安装在LED灯具140上，输入端与市电180和第一电源管理模块170相连，输出端经过滤波模块160与LED灯具140相连，用于将220V交流电转换为适合LED灯具140工作的直流电；存储卡ID参数读写模块120与单片机系统模块110的收发数据引脚相连，用于将存储卡 121中的ID参数信息读取并传给单片机系统模块110，通过更换VLP 发射机100的存储卡121可以快速布置或更新发射机频率集；单片机系统模块110的PWM引脚与频闪控制模块150的PWM端相连，频闪控制模块150的另一端与LED灯具140的负极相连，单片机系统模块 110通过频闪控制模块150控制LED灯具140的亮灭；具体地，当单片机系统模块110给出的信号为低电平时，由于功率三极管151的基极没有电流，因此集电极也无电流，致使连接于集电极的LED灯具 140也没有电流通过，功率三极管151工作于截止区，相当于功率三极管151断开。同理，当信号为高电平时，功率三极管151的基极有电流通过，使得集电极流过更大电流，因此LED灯具140的回路被导通，功率三极管151工作于饱和区，相当于功率三极管151闭合。

VLP蓝牙中继穿戴装置200结构图如图3所示，VLP蓝牙中继穿戴装置200由别针式卡套210、超薄锂电池220和VLP蓝牙中继电路 230组成，超薄锂电池220的正负极分别与VLP蓝牙中继电路230中第二电源管理模块235的VCC与GND端相连，用于给VLP蓝牙中继电路230供电；超薄锂电池220和VLP蓝牙中继电路230分别固定于别针式卡套210中，别针式卡套210可以使整套装置便捷的佩戴在用户 400身上。

VLP蓝牙中继电路230的电路结构图如图4所示，光信号接收器 231用于将光信号转换成电信号并传递给光信号放大模块232；光信号放大模块232的输入端与光信号接收器231相连，用于接收光信号接收器231产生的电信号并将其调理放大；低功耗蓝牙单片机系统模块233的A\/D采样引脚与光信号放大模块232的输出端相连，用于将模拟的电信号转变为数字信号，从而输出LED的ID和光强信息；蓝牙天线模块234与单片机系统模块233的输出管脚相连，用于将相应的位置信息通过射频天线发送给与之绑定的移动终端设备400；第二电源管理模块235分别为光信号放大模块232、低功耗蓝牙单片机系统模块233、蓝牙天线模块234供电。

VLP蓝牙中继电路230中的光信号放大模块232的电路结构图如图5所示，U2是稳压芯片，用于保证U1放大芯片的稳定工作；LED 为小型发光二极管，用于指示电路是否正常工作，当U1、U2工作正常时，会点亮LED，表示光信号放大模块232工作正常；本实施例中的光信号放大模块232前端采用PT作为光信号接收器231，来自不同LED灯具140的多路光信号被PT转化为电信号，经过放大芯片U1 的放大作用，电容C1、C2、C3的滤波作用，最终转换为在处理器AD 采样范围内的电信号，输出给低功耗蓝牙单片机系统模块233的A\/D 采样引脚。留意到，根据实际系统的需要，光信号放大模块232前端也可采用PD作为光信号接收器231。

移动终端300的APP软件系统包括用户前端的操作界面和数据库两大部分。用户前端操作界面用于进行VLP蓝牙中继穿戴装置的蓝牙绑定操作，还可以实时显示室内地图信息和用户当前位置，实现室内导航等各种基于终端位置的应用功能。数据库用于存储相应的室内地图信息和用户的个人基本信息、历史行为信息和浏览偏好等。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

设计图

一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统论文和设计

一种可穿戴的VLP蓝牙中继定位系统论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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