CN106375007A - 基于可见光通信的用于led光源的设备及方法 - Google Patents

基于可见光通信的用于led光源的设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种基于可见光通信的用于LED光源的设备及方法，属于可见光通信领域。其中，用于LED光源的驱动设备可包括：DC‑DC装置，用于对所接收的电压进行降压以用于为微控制单元提供所需电压；所述微控制单元，用于对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码以生成定位数据帧；以及放大电路，用于对所述定位数据帧进行放大，并将放大后的定位数据帧输出至所述LED光源以驱动所述LED光源。在LED光源的驱动设备中内置定位信息，由驱动设备对该定位信息进行编码并放大以驱动LED光源，使得LED光源发出的可见光中携带有位置信息，从而可方便的实现室内定位。

Description

基于可见光通信的用于LED光源的设备及方法
技术领域
本发明涉及可见光通信领域，具体地，涉及一种基于可见光通信的用于LED光源的设备及方法。
背景技术
随着社会经济的发展，对定位技术的要求已经不仅仅局限在室外，室内定位技术于是成为了近几年的研究热点。在大型超市、医院以及学校等场合，使用室内定位技术能够快速地找到目标以及自己所处的位置，从而实现可靠的室内导航。在过去的研究中，科研人员基于无线电波技术提出了许多室内定位方案。主要有射频识别、WIFI、超声***、蓝牙等。但无线通信的室内定位***会受到电磁干扰影响，而且在多个用户共享的情况下通信质量下降，这些因素都直接或间接地影响了定位信息的获取以及获取的精确度。此外，基于RF的***不能在医院、飞机场等一些电磁敏感的环境中使用，这在一定程度上促进了可见光通信在室内定位技术中的应用，基于可见光通信(VLC，Visible Light Communications)的室内定位***与其它定位技术相比具有定位精度高、保密性强、无电磁干扰等优点。
基于可见光通信的室内定位***一般是依靠LED作为光源，LED具有使用电压低、功率低、寿命长、易于小型化等优点。另一方面，LED具有高速调制及响应时间短等特性，使得LED的应用从照明领域扩展到了通信和传感技术等各个领域。
目前提出的基于可见光通信的室内定位***主要采取了以下两种方法，一种是利用多点对多点的通信基于距离和角度进行定位的三角测量法，另一种是采用VLC和Ad Hoc网络混合的方法实现室内定位。
三角测量法是一种使用三角形的几何性质来估计位置的可见光定位方法，该方法利用多点对多点的通信，基于发射端和接收端的距离或角度进行定位。图1示出了三角测量法的测量示意图，如图1所示，***由多个LED光源及接收器组成，图中LED光源11、12、13及接收器14仅用于示意，来自每个LED光源的光信号发送独立的位置信息数据流，且都独立地被接收器接收，但所接收的时间或者信号强度不同，经计算即可实现定位。
图2示出了采用VLC和Ad Hoc网络混合的方法实现室内定位的示意图。如图2所示，该定位***可以包括安装在房间21内的LED光源22、中继节点23、主节点24及终端25。来自LED光源22的位置信息被中继节点23的光电二极管模块接收，接收到的位置信息被重建和处理后被转化为数字可见光标识信息，无线个域网的收发器模块将该数字可见光标识信息通过多跳传输到主节点24，最后带有位置信息的可见光标识信息被显示在连接到主节点24的终端25的屏幕上。
由上述描述可知，在可见光室内定位***中，都必须使LED光源发出数据信息，但是现有技术中并未涉及到这一部分的实现。
现有的LED光源的驱动主要通过外加脉宽调制信号来调节LED光源亮度的驱动器。该LED光源驱动回路通常具有电压供应模块、缓存模块以及滤波模块。其通过电压供应模块来输出一个供应电压，通过缓存模块来接收脉宽调制信号及供应电压并对该供应电压进行缓冲，对供应电压进行功率放大。经过功率放大后的电压经过滤波模块的滤波调制，从而得到一个驱动电流来对LED光源进行驱动以使LED光源发光，并通过外加脉宽调制信号来调节LED的发光亮度。调节LED光源的发光亮度并不会使LED光源发射出含有位置信息的可见光信号，因而通过调节发光亮度来驱动LED光源的技术无法用于可见光室内定位***。
申请号为201410246324.3的专利公开了一种基于LED灯的室内定位***，该***通过获取LED灯的闪烁频率来获取室内的精确定位，LED灯的闪烁频率是预先设置好的。具体地，LED灯的闪烁频率由信号接收单元和数据处理单元进行预设。信号接收单元接收外部输入的LED灯闪烁频率调节信号，将该闪烁频率调节信号转换为电信号，发送给A/D转换模块。LED灯闪烁频率调节信号包括LED灯的编码和对应该编码的LED灯的闪烁频率。A/D转换模块将电信号转换为闪烁频率调节数字信号，发送给数据处理单元。数据处理单元对闪烁频率调节数字信号进行识别，生成与之对应的脉宽调制信号，将该脉宽调制信号发送给对应LED灯的驱动单元。驱动单元将脉宽调制信号转换为驱动信号，驱动LED灯发出对应闪烁频率的光。每个LED灯均具有独立的驱动单元。该技术方案虽然可以实现对基于室内定位***的LED光源的驱动，但实质上也是通过外加脉宽调制信号来驱动LED光源的闪烁频率，其实现过程相对复杂。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于可见光通信的用于LED光源的设备及方法，其能够在不影响LED光源照明的情况下方便地驱动LED光源产生携带定位信息的可见光。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于LED光源的驱动设备，该驱动设备包括：DC-DC装置，用于对所接收的电压进行降压以用于为微控制单元提供所需电压；所述微控制单元，用于对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码以生成定位数据帧；以及放大电路，用于对所述定位数据帧进行放大，并将放大后的定位数据帧输出至所述LED光源以驱动所述LED光源。
可选地，所述驱动设备还包括下载装置，通过该下载装置，所述微控制单元中所存储的所述定位信息能够被更新。
可选地，所述下载装置为USB接口。
可选地，所述定位数据帧包括8比特的帧头、16比特的位置数据及4比特的校验码。
可选地，所述定位数据帧还包括16比特的位置数据反码及4比特的校验码反码。
可选地，其特征在于，所述微控制单元基于NRZ-OOK编码的方式来对对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码。
相应地，本发明实施例还提供一种可见光定位***，该***包括：一个或多个LED光源；与所述一个或多个LED光源相对应的一个或多个上述的驱动设备，用于驱动所述一个或多个LED光源。
可选地，所述***还包括：与所述一个或多个驱动设备所对应的一个或多个电源适配器，用于为所述一个或多个驱动设备供电。
相应地，本发明实施例还提供一种终端，该终端包括：光接收模块，用于接收由上述的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；光电转换模块，用于将所述光信号转换为电信号；解码模块，用于从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；控制模块，用于根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
可选地，所述终端还包括：接收模块，用于从服务器接收所述当前位置处的地图。
相应地，本发明实施例还包括一种用于终端的方法，该方法包括：接收由上述的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；将所述光信号转换为电信号；从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
可选地，所述方法还包括：从服务器接收所述当前位置处的地图。
通过上述技术方案，LED光源的驱动设备中内置定位信息，由驱动设备对该定位信息进行编码并放大以驱动LED光源，使得LED光源发出的可见光中携带有位置信息，从而可方便的实现室内定位。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示出了三角测量法的测量示意图；
图2示出了采用VLC和Ad Hoc网络混合的方法实现室内定位的示意图；
图3示出了一实施例中用于LED光源的驱动设备的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的用于LED光源的驱动设备的连接示意图；
图5示出了另一实施例中用于LED光源的驱动设备的结构示意图；
图6示出了一实施例中定位数据帧的帧结构示意图；
图7示出了本发明实施例提供的可见光定位***的结构示意图；
图8示出了本发明实施例提供的终端的结构示意图；
图9示出了本发明实施例提供的用于终端的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图3示出了一实施例中用于LED光源的驱动设备的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供一种用于LED光源的驱动设备30，该驱动设备30可以包括：DC-DC装置31，用于对所接收的电压进行降压以用于为微控制单元提供所需电压；所述微控制单元32，用于对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码以生成定位数据帧；以及放大电路33，用于对所述定位数据帧进行放大，并将放大后的定位数据帧输出至所述LED光源以驱动所述LED光源，从而关于位置信息的信号可以被加载到LED光源所发出的可见光上。此外，LED光源的驱动设备中内置定位信息，由驱动设备对该定位信息进行编码并放大以驱动LED光源，使得LED光源发出的可见光中携带有位置信息，从而可方便的实现室内定位。
其中，DC-DC装置31可以将所接收的输入电压降低并稳定在5V或3.3V以给微控制单元32供电。
可选地，放大电路33可以主要由晶体管构成推动级，以及由NMOS管与PMOS管构成推挽结构，以驱动LED发出相应的光信号。
这里，将定位数据帧加载到LED光源的可见光信号中相当于通过对LED光源的强度进行调制来使得LED光源发出携带定位信息的可见光。
图4示出了本发明实施例提供的用于LED光源的驱动设备的连接示意图。如图4所示，可选地，本发明实施例的用于LED光源的驱动设备30的输入端可以连接至电源适配器41，而输出端连接至LED光源42。在传统照明中，电源适配器41一般是直接与LED光源42相连接，电源适配器41将交流电转换为直流电以为LED光源42提供直流电。而在本发明实施例中相当于在电源适配器41和LED光源42之间增加了一驱动设备30，由电源适配器41为驱动设备30提供工作所需的直流电压，再由驱动设备30来驱动LED光源42。
图5示出了另一实施例中用于LED光源的驱动设备的结构示意图。如图5所示，可选地，电源适配器41还可以为放大电路33提供工作所需的电压，电源适配器41将来自电源51的交流输入转换为直流输出，并将该直流电压输出至DC-DC装置31及放大电路33。
进一步参考图5，可选地，在该实施例中驱动设备30还可以包括一下载装置34，通过下载装置34可以对微控制单元32中的程序进行烧录与调试以便于更新微控制单元32中所存储的定位信息。
可选地，下载装置34可以为USB接口或Micro USB接口，但是本发明实施例并不限制于此。
此外，通过下载装置34还可以对微控制单元32的编码方式以及定位数据帧的帧结构进行设置，优选地，微控制单元32的编码方式可以被设置为采用NRZ-OOK编码方式，该方式能够简单有效地进行编码并能够通过提高时隙利用率来提供通信数据速率。
图6示出了一实施例中定位数据帧的帧结构示意图。如图6所示，T表示帧周期，定位数据帧为周期信号以使LED光源能够周期地连续发射出加载有定位信息的光。Ttidle表示空闲时长，空闲时信号输出高电平，以使LED光源的照明功能不受影响。Tsig表示包含定位数据信息的信号的时长。包含定位数据信息的信号可以分为帧头，位置数据以及校验码三部分，具体地，可以包括8比特的帧头、16比特的位置数据及4比特的校验码，可选地，在这三部分之后还可以包括有16比特的位置数据反码及4比特的校验码反码，以保证光功率的恒定，这样人眼感受到的光强是恒定的，进而不会影响LED光源的照明。优选地，可以设置定位数据帧的高低电平的转换频率高于人眼的停滞频率，即控制LED光源的闪烁频率高于人眼的停滞频。
图7示出了本发明实施例提供的可见光定位***的结构示意图。如图7所示，本发明实施例还提供一种可见光定位***，该***包括：一个或多个LED光源；与所述一个或多个LED光源相对应的一个或多个上述的驱动设备，用于驱动所述一个或多个LED光源。
可选地，所述***还可以包括与驱动设备相对应的电源适配器，用于将交流电转换为直流电以为所述驱动设备提供工作所需的电压。该可见光定位***可以应用于室内大型商场、地下停车场或者飞机场等，在这些场合中通常需要安装多个LED光源以方便用户在各个位置均可以进行定位，并且通过使用基于LED光源的可见光定位***可以在满足照明需求的同时实现精确定位。
图8示出了本发明实施例提供的终端的结构示意图。如图8所示，相应地，本发明实施例还提供一种终端，该终端可以包括：光接收模块81，用于接收由本发明实施例所提供的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；光电转换模块82，用于将所述光信号转换为电信号；解码模块83，用于从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；控制模块84，用于根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
可选地终端例如可以是智能手机、平板电脑、个人数字助手等。光接收模块81可以是终端的内置摄像头，可以通过打开该内置摄像头来接收LED光源发射的可见光信号。光电转换模块82可以选地可以是光电二极管，将光接收模块所接收的光信号转换为电信号，经过对该电信号进行处理及解码后可以获得LED光源所发射的可见光中所携带的位置信息。在终端中，可预先存储有当前所处室内的地图，控制模块84可以将所获得的位置信息与该地图进行比对以在地图上定位出并显示出用户当前所处位置。
此外，可选地，当前所处室内的地图也可以通过从服务器中下载获得，则终端还可以包括一接收模块，用于从服务器接收所述地图。终端可选地可以通过使用WIFI、GPRS等与服务器进行通信。
图9示出了本发明实施例提供的用于终端的方法的流程图。如图9所示，相应地，本发明实施例还包括一种用于终端的方法，该方法包括：步骤S10，接收由本发明实施例所提供的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；步骤S20，将所述光信号转换为电信号；步骤S30，从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；步骤S40，根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
本发明实施例提供的用户终端的方法的具体工作原理与益处与上文所述的终端的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (12)

1.一种用于LED光源的驱动设备，其特征在于，该驱动设备包括：
DC-DC装置，用于对所接收的电压进行降压以用于为微控制单元提供所需电压；
所述微控制单元，用于对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码以生成定位数据帧；以及
放大电路，用于对所述定位数据帧进行放大，并将放大后的定位数据帧输出至所述LED光源以驱动所述LED光源。
2.根据权利要求1所述的驱动设备，其特征在于，
所述驱动设备还包括下载装置，通过该下载装置，所述微控制单元中所存储的所述定位信息能够被更新。
3.根据权利要求2所述的驱动设备，其特征在于，所述下载装置为USB接口。
4.根据权利要求1求所述的驱动设备，其特征在于，所述定位数据帧包括8比特的帧头、16比特的位置数据及4比特的校验码。
5.根据权利要求4所述的驱动设备，其特征在于，所述定位数据帧还包括16比特的位置数据反码及4比特的校验码反码。
6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的驱动设备，其特征在于，所述微控制单元基于NRZ-OOK编码的方式来对对存储于该微控制单元中的与所述LED光源有关的定位信息进行编码。
7.一种可见光定位***，其特征在于，该***包括：
一个或多个LED光源；
与所述一个或多个LED光源相对应的一个或多个权利要求1至6中任意一项权利要求所述的驱动设备，用于驱动所述一个或多个LED光源。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述***还包括：
与所述一个或多个驱动设备所对应的一个或多个电源适配器，用于为所述一个或多个驱动设备供电。
9.一种终端，其特征在于，该终端包括：
光接收模块，用于接收由权利要求1至6中任意一项权利要求所述的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；
光电转换模块，用于将所述光信号转换为电信号；
解码模块，用于从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；
控制模块，用于根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
10.根据权利要求9所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：
接收模块，用于从服务器接收所述当前位置处的地图。
11.一种用于终端的方法，其特征在于，该方法包括：
接收由权利要求1至6中任意一项权利要求所述的驱动设备所驱动的LED光源所发出的光信号；
将所述光信号转换为电信号；
从所述电信号中解码出所述LED光源的位置信息；
根据所述解码模块所解码的位置信息和当前位置处的地图来确定当前所处的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
从服务器接收所述当前位置处的地图。
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