可见光室内定位装置设计报告-2017电赛资料

LED数码管显示实现原理简单，显示直观，编程简单，但显示内 容单一， 若要同时显示坐标轴，              区域位置等诸多信息则需要大量的数 码管，而且不能显示中文，由此增加了电路的复杂程度，也加大了编 程的难度。

LCD可以设置显示坐标轴等信息，它具有低功耗，可视面大，画 面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已经得到广泛的应用。

按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控 制器模块、 人机交互界面模块。              其中数据采集模块由电阻应变片传感器、信号的前级处理和              A/D 转换部分组成。 转换后的数字信号送给控

单 光敏

大器 器

实验选用              3W 的大功率白光              LED 作为信号源 , 为在尽可能不影 响光源正常工作的前提下实现稳定可靠的无线通信                            , 实验选用略低于 额定工作电流的              500mA 作为直流偏置点。图             2              所示为白光                            LED 光 源及光电探测器特性。由图                                          2 (              a ) 可知 , 在最大工作电流范围内              ,LED 光源功率与电流呈线性关系                            , 光源具有良好的调制特性。图              2 ( b ) 为使用积分球测得的白光              LED 发光光谱 ,可见白光              LED 光源发出的 光谱主要包括峰值在              442nm 处由LED 自身发出的蓝光和峰值在

561nm 处由荧光粉受激发产生的黄光。              而实验选用的光电探测器的光 谱最大响应灵敏度在              516nm 处 , 如图 2 ( c )              所示 , 位于蓝光和黄光

LED 驱动电路除了提供足够宽范围的开关电流以保证白光                           LED 的正常工作外              , 还须提供合适的静态工作点              , 使光源能输出足够的功 率并具有良好的线性度              , 确保信号经调制后能线性输出。设计的白光 LED光源驱动电路经过              STM89C52处理器编码产生的传输信息作为驱 动电路的输入              , 将输入信号进行放大的同时给予一定的偏置              , 确保 LED 光源正常工作              , 该电路可根据所用光源的特性通过调节可变电阻值实

数据传输的格式包括              : 起始码头、地址码、地址反码、指令码、指令反码和结束码。 码头由一个连续的              235φs 的高低电平组成              , 结束 码由一个              150φ s 低电平组成。地址码、地址反码、指令码和指令反 码均为              8 位数据格式 , 按照低位在前高位在后的顺序发送              , 增加地址 反码和指令反码是为了提高信息传输过程中的准确性和可靠性。                            光源 在循环发送位置信息的过程中              , 在空闲时隙系统向              LED 光源发送的 均为高电平 , 以保证 LED              光源能正常提供照明服务。              我们将一个逻辑

1 的传输设定为              112φ s(28 φs 高电平和              84φs 低电平 ), 一个逻辑                            0 的传输设定为              56φ s(28 φs 高电平和             28φ s 低电平 ),              具体数据编码格 式如图 3.3 所示。图 3.3 反映位置信息的数据格式 “ 0-256-34-221                                          ”, 其中“0              ”字段即              LED光源对应区域的地址坐标                            , “34              ”字段表示 对当前坐标在室内环境中的一种具体提示指令。                            根据标签定位技术的 特点 , 为避免在定位区域中出现待测目标同时接收多个信号源发来的 位置信息而出现的混乱现象              , 系统在发射端会对多个              LED 光源进行 分时发送信号。 当传输信号的频率大于              60Hz              时 , 白光 LED 灯不会出 现明显的闪烁现象             , 人眼也无法分辨              [11-12              ]              , 但如果出现连续的逻 辑1              或连续的逻辑                            0              时 , 将会导致             LED              光源发光亮度发生变化              , 影

在接收端 , 光电探测器将接收到的位置信息传送给滤波放大电路                           , 由于实验中选用的是反向放大电路              , 因此经过滤波放大处理后的信号 与原始信号的相位相反                            , 并且信号被整形为                           TTL (              晶体管                            -              晶体管 逻辑 ) 电平的串行信息              , 利用 STC89C52R处C 理器的输入捕获功能对信 号进行解码。由于数据在编码时将逻辑              1              设定为连续的              28             φ s              高 电平和              84s              低电平 , 逻辑 0 设定为              28φ s 高电平和              28φs 低电平 , 反 向放大电路会使收发信号相位相反              , 因此接收端成功接收到的逻辑              1 应当为连续的              28φs 低电平和              84 φ s 高电平 , 逻辑 0 应当为              28φ s 低 电平和              28φs 高电平。同时逻辑电平中的低电平持续时间均为                           28 φ

平 , 进一步处理后即可解析出原始的位置信息              , 大大降低了解码的复杂度。具体解码过程为如下              : 将 STC89C52R处C 理器的输入捕获模式设 置为上升沿捕获              , 当捕获到上升沿后              , 立即将输入捕获模式设置为下 降沿捕获 ( 即捕获高电平 ),              随后清零定时器的计数器值              , 并标记捕获 到上升沿。当下降沿到来时                            , 立即更改输入捕获模式为上升沿捕获以

始码头开始 , 以此类推直到捕获到结束码则表示一组数据接收成功。 如果在捕获过程中地址码与地址反码或者指令码与指令反码有差异              , 则放弃本次捕获              , 从新开始下一次捕获。

系统对所有用于定位的                            LED 光源进行标号              , 不同的标号对应室 内环境中不同区域。每个              LED 光源都循环发送唯一的位置信息。当 移动终端移动到指定区域时                            , 通过探测器将采集到的可见光信号转换 为电信号 , 经滤波放大后通过                           STC89C52R处C 理器对信息进行解码。                            当 系统解码出发射端所发送的位置信息后              , 通过 UART 模块将信息传送 至 PC              终端 ,而室内环境中                            LED              光源的实际位置信息预先存在数据库中 , 当 PC              终端收到解码后的位置信息时会通过查询数据库来进行比较和识别 , 只有比对一致的位置信息才会进一步被映射到地图上              , 否则系统将放弃本次位置识别。              PC终端利用              C 高级语言编写并设计 了室内可见光定位助手软件                            , 不仅可以根据环境需要灵活地更换地图 信息 , 还可以根据移动终端的位置变化来实时更新当前的位置信息。

本系统由              STC89C52RC最小系统板为核心，光敏传感器根据光照 强度分别检测              XY轴坐标。光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换 为电信号的传感器，用来检测              XY轴距离。

考虑到其他部分所带来的干扰，所以我们选择              24 位的 A/D 转换器。作为电子秤，系统对                            AD转换速度要求并不高，精度上              24 位的 A/D 足以满足要求。另外              A/D 转化器具有：抗干扰能力强和精确差分 输入，低廉的价格等优势              . 综合分析，我们最终选择了精度为准确的 HX711。

测试条件： 检查多次， 仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字 毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表。

可见光室内装置设计均采用模块化设计，              整个程序包括主程序、              数据 处理子程序 ( 双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序              ) 、 LCD 液晶静态显示子程序等模块。              所有程序均采用              C汇编语言编写。 可见 光室内装置的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化， 计算单价单重              ( 单价和单重分别在定时中断程序和              INT0 外部中断程 序中获得 ) ，并时时显示              X、Y 轴的坐标。

AD转 换数 据

X、 Y 轴的 坐标 显示

此可见光室内定位装置，总体结构简洁、大方，底座等材料还属于废 品重新利用，符合可持续发展的环保道路，而且其构造稳固，有利于 系统性能的发挥。检测出来的数据显示，其总体性能比较好，机械性 能不错，如果经济允许，换上更加优质的元器件， 其性能会更加完美。

通过这次比赛，我们收获匪浅。学到了很多全新的知识，比如              A/D 数模转换， 更加深了对              AT89C52系统板的使用和性能；              在制作的过程中 一步一步走向目的地； 最重要的是这四天三夜的奋战增强了我们的合 作精神，促进了我们的友谊！