[發明專利]基于可見光無線傳輸的單基站集成通信定位一體化系統

有效

• 申請號: 202111246331.X
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113965259B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 馬帥;李兵;曹世昱;李曉茹;李世銀
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04W4/33;H04W4/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

1.一種基于可見光無線傳輸的單基站集成通信定位一體化系統，其特征在于，包含用于發射數據幀的基站以及用于接收數據幀并回傳定位信息的客戶端；

所述基站包括中心處理器，所述中心處理器包括數據幀寫入模塊，數據幀寫入模塊同時連接一組接入節點；每個接入節點包括連接數據幀寫入模塊的發送驅動模塊、用于發送數據幀的LED光源、紅外接收模塊以及用于放大紅外接收信號接收放大模塊；

數據幀包含幀頭、數據包長度、定位幀、信息幀以及校驗位；其中定位幀包含用于光源識別的ID幀和用于精確定位的強度幀，信息幀包括傳輸基站下傳的命令信息；

數據幀寫入模塊根據定位區域的LED光源的個數和LED光源分布位置確定每個LED光源對應的ID編碼以及ID編碼的總數；

中心處理器的數據幀寫入模塊，給每個LED光源分配數據幀中的定位幀和寫入信息幀，用于客戶端定位和接收信息；

發送驅動模塊與數據幀寫入模塊相連，將中心處理器分配的定位幀和信息幀加載到LED光源上；

所述客戶端包括處理器，處理器依次連接信號放大模塊以及光接收機；

其中光接收機包含三個以上的光電二極管；光電二極管，用于光電信號的轉換，將檢測到LED光源的光強信號轉換為同比的電信號供給信號放大模塊進行使用；

信號放大模塊，與光接收機連接，將光電二極管傳出的電信號進行放大，放大后的數據傳輸給客戶端處理器使用；

處理器，接收信號放大模塊傳輸的電信號，進行解析、處理得到位置坐標和信息；所述一體化系統采用最小二乘法的數據處理機制計算客戶端在LED光源下的坐標位置；

所述光接收機包括四個光電二極管，采用的最小二乘定位公式為：

式中，L是四個光電二極管到光接收機的中心距離，a,b,c,d分別是四個光電二極管PIN0、PIN1、PIN2、PIN3所在等照度面的半徑，(x,y,z)是光接收機的位置坐標，其中a，b，c，d所在的等照度面由PIN0、PIN1、PIN2、PIN3所傳出的光強度值p帶入下述公式(2)得到，四個光電二極管對應四個等照度面半徑(a,b,c,d)；

R＝-4.469e^-12p⁴+3.643e^-08p³-9.874e^-05p²+0.07197p+126.4 (2)

(2)式中p代表光接收機中光電二極管接收到的光強度值，得出的R是等照度圓的直徑，四個光電二極管產生的光強度值p代入公式(2)中得到對應四個直徑再分別除2得到半徑(a，b，c，d)。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，采用二進制方式對每個光源進行編碼，LED光源的亮和滅代表機器二進制碼的兩個碼，使用基站端的中心處理器對光源進行OOK調制，按照LED光源分配的ID幀和信息幀進行鍵控；采用二進制方式對紅外光信號進行編碼，以電壓驅動鍵控驅動紅外發送模塊，在基站端的紅外接收模塊中識別紅外信號，從而在基站端的對應注冊表中找到對應的LED光源。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述幀頭部分包括熱啟動和同步碼，長度位用于記錄數據包的傳輸長度，定位幀包含用于快速檢測客戶端的位置ID幀和采用最小二乘的精確定位的強度幀，信息幀存儲基站端給客戶端下達的二進制信息和命令，校驗位驗證數據的傳輸結束。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，將ID幀寫入定位幀的首部用于模糊定位，強度幀用于精確定位，在基站端的中心處理器和客戶端的處理器存儲所有LED光源對應的ID編碼即注冊表解析ID幀實現模糊定位，解析強度幀用于精確定位。

5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，每個LED光源對應的數據幀編碼包括時間單位，時間單位由中心處理器的晶振頻率控制；當客戶端光電二極管檢測光強時，客戶端的處理器設置檢測頻率和基站端的數據幀寫入時的頻率同步，根據檢測到的光強當光強大于自然光檢測到的信號大于0，確定碼元信號，在注冊表中對比接收到的碼元確定對應的LED光源，定位位置信息，解析得到的信息幀用于通信。