在室外定位廣泛應(yīng)用的今天,現(xiàn)代化工廠、商業(yè)綜合體、城市圖書館等大型室內(nèi)場所越來越多,對室內(nèi)定位服務(wù)的需求日漸強(qiáng)烈,但室內(nèi)定位技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展。現(xiàn)有的基于藍(lán)牙、WiFi、Zigbee等無線通信技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)都有各種的不足之處,要么定位精度低,要么成本太高,要么實現(xiàn)難度大。可見光通信技術(shù)作為新一代無線通信技術(shù),集照明與通信于一體,不產(chǎn)生電磁干擾,為室內(nèi)定位的實現(xiàn)指明了新的方向。本論文對可見光通信原理、無線測距技術(shù)、可見光定位方法進(jìn)行研究分析,提出了一種基于智能移動終端的可見光成像室內(nèi)定位系統(tǒng)方案,并在現(xiàn)有的室內(nèi)照明系統(tǒng)基礎(chǔ)上搭建系統(tǒng),最終實現(xiàn)了定位精度高、覆蓋范圍廣的室內(nèi)定位效果。本文主要包含以下工作:(1)光源端的信號調(diào)制及電路設(shè)計:根據(jù)對COMS圖像傳感器通過卷簾快門方式拍攝LED光源產(chǎn)生黑白條紋的現(xiàn)象進(jìn)行深入研究,發(fā)現(xiàn)LED光源的閃爍頻率與黑白條紋的寬度之間存在特定的數(shù)量關(guān)系,利用這種特定的數(shù)量關(guān)系對LED光源的頻率進(jìn)行調(diào)制,使得不同的頻率代表不同的位置信息,然后使用單片機(jī)進(jìn)行光源端電路設(shè)計,將普通LED燈具改造為定位燈具;(2)接收端定位功能的軟件實現(xiàn):接收端采用帶有前置攝... 

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

可見光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于可見光通信的室內(nèi)定位系統(tǒng)研究9圖2-2LED發(fā)光原理示意圖現(xiàn)在市面上的LED主要有兩種：熒光粉型LED器件和RGB-LED器件。熒光粉型LED現(xiàn)在正在被廣泛使用，其主要原理是利用LED發(fā)生的藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉并混光產(chǎn)生白光，這種LED的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、調(diào)制復(fù)雜度相對較低，缺點是黃色熒光粉的載流子壽命太長導(dǎo)致了調(diào)制帶寬很低、對室內(nèi)環(huán)境的頻譜利用率不高。RGB-LED的原理是將紅色、綠色、藍(lán)色三種不同顏色的LED芯片封裝在一起，利用一定的光學(xué)設(shè)計方法混光得到白光。RGB-LED具有很高的調(diào)制帶寬，因此，用于高速可見光信號傳輸?shù)臐摿艽螅撬恼{(diào)制需要對三種顏色的芯片同時進(jìn)行因而具有相對較高的復(fù)雜度，并且還存在如何控制三種顏色的芯片以保持顏色穩(wěn)定和避免閃爍等問題。2.1.2可見光接收器VLC系統(tǒng)可以采用的接收器類型有三種：基于PIN-PD的接收器、基于APD的接收器、基于圖像傳感器的接收器。這三種接收器都可以將光信號轉(zhuǎn)換成電信號�；赑IN-PD的接收器靈敏度較高、響應(yīng)快、成本低，基于APD的接收器具有更高的靈敏度、更快的響應(yīng)、更高的信噪比，但是成本更高�；赑IN-PD或者APD的接收器廣泛應(yīng)用于目前的高速VLC系統(tǒng)。而基于圖像傳感器的接收機(jī)靈敏度較低、響應(yīng)速度較慢，但是它傳輸距離更長，并且可以同時接收來自多個光源發(fā)送的信號，常被用于MIMO-VLC系統(tǒng)，同時非常適合在可見光定位系統(tǒng)中使用[44]。2.2LED的物理特性2.2.1LED的伏安特性LED是一種PN結(jié)二極管，其正向伏安特性可以表示為)(1nkTqVSPPIeI（2.1）

基于可見光通信的室內(nèi)定位系統(tǒng)研究10其中，IP為LED的工作電流值，IS為反向飽和電流，q=1.602×10-19C（電子的電荷量），VP為LED工作電壓值，n=1~2(常數(shù))與材料相關(guān)，k=1.38×10-23J/K(玻爾茲曼常數(shù))，T為熱力學(xué)溫度。與普通整流二極管一樣，LED具有單向?qū)щ娦院头蔷�性特性。向LED兩端施加正向電壓，LED就會產(chǎn)生正向電流。當(dāng)施加的電壓較小時，外部電場產(chǎn)生的電場力較小，不足以克服內(nèi)部電場對載流子擴(kuò)散的阻力，通過LED的電流較小，因此LED表現(xiàn)出較大的電阻。當(dāng)施加的電壓超過開啟電壓時，外部電場力遠(yuǎn)超過內(nèi)部電場的阻力，LED表現(xiàn)出較小的電阻，電流隨電壓的增大呈指數(shù)增長。圖2-3為一LED的正向伏安特性曲線。LED一般通過恒流源驅(qū)動，主要原因是LED的發(fā)光亮度與通過的電流量接近線性正比關(guān)系，恒流源驅(qū)動可以保證LED亮度、色度穩(wěn)定，并且避免電流超過最大額定值而影響其可靠性。圖2-3LED正向伏安特性曲線2.2.2LED的光譜特性發(fā)光光譜是指發(fā)光的相對強(qiáng)度（或能量）隨波長（或頻率）變化的分布曲線。描述光譜分布的主要參量是光譜的峰值波長和半強(qiáng)度寬度（稱為半寬度）。它直接決定著LED的發(fā)光顏色并影響它的照明效率。影響發(fā)光光譜的主要因素是制造材料的種類、性質(zhì)以及LED發(fā)光區(qū)的結(jié)構(gòu)。單色光LED的波長分布圖如圖3-4所示�？梢钥闯�，LED發(fā)出的光有多種波長，其中相對光強(qiáng)度最高對應(yīng)的波長稱為峰值波長。峰值波長由LED所用發(fā)光材料的禁帶寬度決定的，可以表示為gP/1239E（2.2）其中，λP為峰值波長，單位為納米，Eg為禁帶寬度，單位為電子伏特。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]基于LED可見光的室內(nèi)通信與定位系統(tǒng)研究[D]. 陳詩航.廣西大學(xué) 2019
[2]基于ZigBee的室內(nèi)定位算法設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 劉博深.黑龍江大學(xué) 2019
[3]可見光室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]. 周通.長春理工大學(xué) 2018
[4]基于接收信號強(qiáng)度的可見光室內(nèi)定位算法研究[D]. 王麗軒.北京郵電大學(xué) 2018
[5]基于相機(jī)通信的室內(nèi)可見光定位技術(shù)研究[D]. 趙煒鋮.北京郵電大學(xué) 2018
[6]基于Android手機(jī)的室內(nèi)定位技術(shù)研究與實現(xiàn)[D]. 徐偉.華中師范大學(xué) 2014
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本文編號：2932353