基于可见光通信的视障人群定位系统

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dongjun1964
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中国是世界上视障人数最多的国家,随着老龄化问题的加快,视障群体数量也在扩大。国家非常关注弱势群体,视障群体的生活保障已经成为社会保障的一种重要组成部分。而行动是视障者面临的最大问题,通常便于视障者行动的方式有三种:护工陪护、导盲犬、手杖。陪护人员虽然安全但耗时耗力,且不能保证时刻陪伴。导盲犬培训时间长所需费用高,非普通家庭所能承受。手杖由于视障者的心理芥蒂不能作为出行的首选。视障人群更倾向使用定位设备来帮助出行。而现有视障人群定位系统主要是GPS定位系统,该定位系统存在明显不足,当视障人群进入大型超市、购物中心时,由于环境通常处于地下或高楼层中,经过墙壁的遮挡,信号极度减小,导致室内定位极不准确,一般仅有5m,不适合室内环境。针对室内定位开发新型视障人群穿戴定位设备具有深远的现实意义。本文在分析目前的室内定位技术基础上,经过对大量室内定位系统的核心技术的探讨,研发了一种基于LED的视障人群定位系统。针对视障人群用户进行专项设计,把设备制作成可穿戴的形式,小型化薄片式更利于穿戴。同时由于用户视力基本被剥夺,因此从听觉和触觉方面来进行交互设计,人机交互主要在显示方面体现。设备可通过语音播报或者震动反馈的模式指导视障人群进行操作。综合考虑设备研究现状及可执行性,将设计指标定为:定位精度5cm,外形尺寸10cm×5cm,定位高度160cm。(1)可见光定位原理。首先发射光信号,通过光信号频率调制模块使不同位置的LED携带不同的位置信息。接着光信号被光电探测器接收,使用特定接收器(PD)接收LED发送的信号。通常,当接收到光信号时,存在光电转换过程,并且光信号被转换为电信号以进行处理。然后,被处理过后的电信号由定位算法处理,从而计算接收器的位置坐标。通过蓝牙设备将位置信息传输到手机,在手机APP中显示,达到远距离通信的目的。(2)总体方案设计。基于产品面向的是广大弱势群体,在元器件选型的时候,需要选择低成本高精度的设备,将成本和精度作为系统设计的主要参考因素。定位系统划分为五大模块:光发射模块、光接收模块、信号处理模块、显示模块和通信模块。主要包括定位光源的选型、光电探测器的选型、定位算法设计、以及显示模块的人机交互预警功能设计和手机APP显示设计。(3)定位精度主要影响因素分析。通过对系统涉及到的定位精度影响因素进行分析,包括算法存在的误差、测量误差等,使实验时避免,来提高定位精度。(4)论文通过实验验证了该定位方法的正确性。对定位系统的算法进行了角点修正,使定位误差大大减小。并且最后的实验结果表明,定位误差范围在5cm以内,符合设计指标要求。
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