基于STC15F104E單片機(jī)的室內(nèi)定位裝置設(shè)計

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院 程瑞龍

1 引言

隨著生活水平的提高，無線通信技術(shù)和全球定位系統(tǒng)讓人們越來越依賴，尤其是普通人在朋友之間找約定地點的時候，十分的常見。在很多場合中GPS系統(tǒng)是沒有辦法進(jìn)行定位的，無法找到準(zhǔn)確的地點，針對此問題本文介紹了一種能夠在大型商場實現(xiàn)精準(zhǔn)定位的方案。利用可見光通信技術(shù)（VLC）查詢相應(yīng)LED的地址碼。VLC是指利用可見光波段的光作為信息載體，在不使用有線信道的介質(zhì)中傳輸，而只在水、空氣等條件下可以直接傳輸信號的一種通信方式。采集到用戶相應(yīng)的信息后，通過后臺軟件可以進(jìn)行消費(fèi)者在商場中相關(guān)數(shù)據(jù)整理，可以非常好地反應(yīng)出顧客對那些商店的喜好程度，進(jìn)行更加貼切消費(fèi)者的大型商場門店的設(shè)計。

2 概述

LED作為21世紀(jì)新的半導(dǎo)體光源，是名副其實的節(jié)能、環(huán)保綠色照明產(chǎn)品；LED擁有基礎(chǔ)的寬頻譜資源、高速帶寬的可見光通信技術(shù)優(yōu)勢，以及基于廣泛分布的可見光室內(nèi)定位技術(shù)、新興的應(yīng)用場景和服務(wù)內(nèi)容將成為未來五年最熱門的應(yīng)用技術(shù)，擁有廣闊的市場應(yīng)用空間和超千億的市場規(guī)模。

在很多場合中都有很多LED燈用來照明。如果使每個LED燈驅(qū)動脈沖帶有自己的地址碼，且能夠讀取到相應(yīng)的LED的地址碼，那么就能確定所在場合的具體位置。當(dāng)人手機(jī)上裝上接受設(shè)備之后，就可以顯示出我們現(xiàn)在所在房間的地址，讓朋友輕松地使用導(dǎo)航功能找到對方。并且軟件可以進(jìn)行上傳消費(fèi)者在商場某一家店的客流量到服務(wù)器。獲得這個數(shù)據(jù)之后，可以非常好地反應(yīng)出顧客對那些商店的喜好程度，進(jìn)行更加貼切消費(fèi)者的大型商場門店的設(shè)計。更利于對消費(fèi)者感興趣的商品進(jìn)行更新，避免了不必要的成本付出。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)控制裝置由STC15F104E單片機(jī)最小系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源模塊、存儲器模塊、LED小燈驅(qū)動電路以及光接收器模塊和上位機(jī)軟件構(gòu)成。利用光接收器模塊，接收到地址信息之后，通過電流放大和比較器對相應(yīng)地址碼進(jìn)行分析，調(diào)用后臺存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以確定出我們現(xiàn)在所感應(yīng)到LED的具體位置，也就是用戶所在的具體位置[1]。光接收模塊系統(tǒng)框圖如圖1所示。通過軟件可以上傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)到服務(wù)器，在大數(shù)據(jù)的背景下更利于分析使用者的喜好。LED驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1 光接收器模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖2 LED驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖

4 硬件部分

在室內(nèi)定位系統(tǒng)中，STC15F104E單片機(jī)是整個LED驅(qū)動模塊的核心。室內(nèi)定位裝置的性能取決于系統(tǒng)所選取的單片機(jī)和光感器件的靈敏度和穩(wěn)定性[2]，STC15F104E單片機(jī)是一款高加密型、低功耗、內(nèi)部集成AD轉(zhuǎn)換功能、支持在線編程、有較好抗干擾能力、內(nèi)部看門狗等功能；支持精簡指令結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)行速度快；與普通的51單片機(jī)兼容并支持C語言開發(fā)[3]。硬件部分由單片機(jī)I/O通過LM393電流放大控制NU511恒流芯片驅(qū)動LED實現(xiàn)。詳細(xì)電路如圖3硬件原理圖所示。接收器部分主要由感光模塊以及電流放大器和比較器組成，其工作原理是利用PIN結(jié)二極管吸收光輻射而產(chǎn)生光電流。具有結(jié)電容小、渡越時間短、靈敏度高等優(yōu)點。

圖3 系統(tǒng)硬件原理圖

5 軟件部分

系統(tǒng)中，每個LED都帶有一個唯一的地址碼，并將地址碼信息以一定的數(shù)據(jù)格式生成為一幀數(shù)據(jù)，并進(jìn)行編碼調(diào)制，每個LED地址碼數(shù)據(jù)在LED驅(qū)動模塊中都可以通過可見光通信技術(shù)傳送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過客戶端接收器接收到LED編碼信號后，由信號處理模塊進(jìn)行信號處理，對接收到的信號進(jìn)行判斷識別LED地址碼，調(diào)用系統(tǒng)存儲在DS2401中的LED地址編碼表，后臺軟件通過比較讀取的識別碼與LED地址編碼表，來確定出我們現(xiàn)在所感應(yīng)到LED的具體位置，也就是用戶所在的具體位置。并將所在的位置編碼在軟件上顯示出來并上傳相關(guān)數(shù)據(jù)給后臺服務(wù)器，用于大數(shù)據(jù)背景下對用戶的數(shù)據(jù)收集和分析。

6 結(jié)束語

本室內(nèi)定位裝置由LED控制器和光接收器兩個部分組成，用戶攜帶本光接收器模塊，直接插在手機(jī)的耳機(jī)孔上就可以進(jìn)行通信。在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)開始光接收器工作不穩(wěn)定，檢查發(fā)現(xiàn)驅(qū)動LED電路的發(fā)射頻率有問題；在調(diào)試初期采用了內(nèi)部EEPROM來存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量測試發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，在工作過程中會出現(xiàn)EEPROM丟數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，后改加DS2401存儲數(shù)據(jù)解決問題。

[1]武昌俊.自動檢測技術(shù)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社2015.

[2]丁向榮.STC系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].電子工業(yè)出版社,2010.

[3]李群芳等.單片微型計算機(jī)與接口技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2010.