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摘要：本项目设计了一个在三个LED正常照明的情况下，测量电路根据传感器检测的信号判断传感器的位置，并显示到LCD上。采用软硬件来实现室内可见光的设计方案，并以C8051F020单片机为控制核心，通过时分复用，LED灯在同一频率下产生不同的脉宽来区别三个LED灯，在定位节点接收来自三个LED的发光强度估计LED到定位节点的距离，并根据查表法来实现位置估计。经过调试和测试结果表明，系统各项指标基本达到设计要求，能在误差范围内检测出传感器的位置并显示，在正常照明和定位下，测量电路可接收并显示3个LED发出的数字信息和语音信号，实现了数字通信。
关键词：室内定位;时分复用;单片机;自然光
一、系统方案
1.1发射端方案选择
利用基于白光LED的VLC传输定位参考信息，为保证相邻LED发出的信号在PN上能被分开而且各个信号之间不会引起干扰，驱动LED灯亮可采取以下方式：
方案一：时分复用
该方案是采用不同时段来传输不同的信号，可以通过控制脉宽的不同来区分是哪一路LED，对数字通信也比较方便，达到多路传输。
方案：波分复用
波分复用是发送多种不同频率的波，然后由光接收机作进一步处理以恢復原信号。因为实验室器材限制不能采回高频，故选择方案一。
1.2定位方案选择
方案一：图像传感器定位
该方案可实现测量接收端的位置和方向，但需要额外的图像处理技术且数据速率受限于图像处理速率。
方案二：RSS定位技术
该方案3个LED作为发射机发射载波信号，接收端根据信号强度估计目标的距离，在3个光源边缘会定位降低，但算法比较复杂，51单片机有很大困难，由于图像处理技术受限制，故选方案二。
二、理论分析与计算
2.1定位方法
采用三边定位算法，通过光照强度检测模块分别接受到三个LED的光照强度来确定离三个LED的距离，算法确定位置用现有的单片机在速度上和精确度上没有办法达到要求，故用查表法进一步确定传感器的位置。
2.2信息发送接收方法
控制回路单片机通过控制3个LED的导通时间，通过分时复用多路传输不同LED灯信号，检测电路单片机通过信号不同脉宽区分信号是由哪个LED发出。
2.3抗干扰方法
在实际电路中可见光传感器ON9658的上升时间为1ms左右。单片机设0.1ms的采样时间，1ms的上升后采样得到的点取其平均值。处于下降时，采到的幅值不断减小。经过数个点后，当采集到的点的幅值在较小范围内波动时，取其平均值（即自然光的幅值）。
2.4误差分析
本设计方案，在硬件及软件上都不能完全减掉自然光的干扰，所以会存在误差。
在硬件电路中，接收器不能完全做到1ms的上升沿，这个时间会影响到软件里采幅值进而影响后面的采值，导致定位不精准。
三、电路与程序设计
3.1电路设计
3.1.1驱动LED电路
本设计用三个相同的LED灯珠控制电路，其中Q为8050三极管，R1提供基极电流，与单品机连接，使三极管工作饱和状态，相应计算如下：
经测量，LED灯珠压降为3V，三极管饱和压降为0.3V，可得R0的压降为1.7V。
3.1.2降压电路设计
控制电路采用+12V单电源供电，供电功率不大于5W。根据实验器材，需要一个降压电路使驱动电路为5V供电。该电路采取稳压三极管7805。
3.1.3检测电路设计
检测电路中光照传感器ON9658的上升时间为1ms左右，可通过调节电阻R0来控制上升时间。因为采取回来的幅值不便于单片机的AD采集又须小于2.4V，可采用放大器，根据测试观察及调试，放大倍数为2。
四、测试方案与测试结果
4.1测试方案
1.首先关闭照明灯，打开窗帘，自然采光。
2.将传感器位于A、B、C、D、E区，记录当前实际坐标值和LCD灯上显示的坐标值。
3.在LED控制电路连接的单片机上输入阿拉伯数字，在保证正常照明情况下，
与接收模块相连接的单片机上进行显示接受回来的数字，看能否实现数字传输。
4.2系统测试仪器及型号
经测试结果可知，传感器位于B、D、C、E区域，测量电路能正确区分其位于横坐标轴的上、下区域，达到设计要求。
经测试结果可知，传感器位于A，B、C、D、E区域，都能测量并显示其位置坐标值，绝对误差最大8.16cm，满足设计要求，LCD显示为4位数字，精度0.1cm，达到要求。
五、实验结论
本实验通过采用软硬件来实现室内可见光装置定位，并以C8051F020单片机为控制核心，在三个LED正常照明的情况下，测量电路根据传感器检测的信号判断传感器的位置，本实验能较为准确的测量LCD灯上显示的坐标值。在LED控制电路连接的单片机上输入阿拉伯数字，能读取并显示在单片机上字，实现数字传输。
不足在于：本装置精度不够高，在短时间内没有实现音频信号的传输。
优点：电路设计简单，装置易于搭建，定位操作方便，设计成本低。
关键词：室内定位;时分复用;单片机;自然光
一、系统方案
1.1发射端方案选择
利用基于白光LED的VLC传输定位参考信息，为保证相邻LED发出的信号在PN上能被分开而且各个信号之间不会引起干扰，驱动LED灯亮可采取以下方式：
方案一：时分复用
该方案是采用不同时段来传输不同的信号，可以通过控制脉宽的不同来区分是哪一路LED，对数字通信也比较方便，达到多路传输。
方案：波分复用
波分复用是发送多种不同频率的波，然后由光接收机作进一步处理以恢復原信号。因为实验室器材限制不能采回高频，故选择方案一。
1.2定位方案选择
方案一：图像传感器定位
该方案可实现测量接收端的位置和方向，但需要额外的图像处理技术且数据速率受限于图像处理速率。
方案二：RSS定位技术
该方案3个LED作为发射机发射载波信号，接收端根据信号强度估计目标的距离，在3个光源边缘会定位降低，但算法比较复杂，51单片机有很大困难，由于图像处理技术受限制，故选方案二。
二、理论分析与计算
2.1定位方法
采用三边定位算法，通过光照强度检测模块分别接受到三个LED的光照强度来确定离三个LED的距离，算法确定位置用现有的单片机在速度上和精确度上没有办法达到要求，故用查表法进一步确定传感器的位置。
2.2信息发送接收方法
控制回路单片机通过控制3个LED的导通时间，通过分时复用多路传输不同LED灯信号，检测电路单片机通过信号不同脉宽区分信号是由哪个LED发出。
2.3抗干扰方法
在实际电路中可见光传感器ON9658的上升时间为1ms左右。单片机设0.1ms的采样时间，1ms的上升后采样得到的点取其平均值。处于下降时，采到的幅值不断减小。经过数个点后，当采集到的点的幅值在较小范围内波动时，取其平均值（即自然光的幅值）。
2.4误差分析
本设计方案，在硬件及软件上都不能完全减掉自然光的干扰，所以会存在误差。
在硬件电路中，接收器不能完全做到1ms的上升沿，这个时间会影响到软件里采幅值进而影响后面的采值，导致定位不精准。
三、电路与程序设计
3.1电路设计
3.1.1驱动LED电路
本设计用三个相同的LED灯珠控制电路，其中Q为8050三极管，R1提供基极电流，与单品机连接，使三极管工作饱和状态，相应计算如下：
经测量，LED灯珠压降为3V，三极管饱和压降为0.3V，可得R0的压降为1.7V。
3.1.2降压电路设计
控制电路采用+12V单电源供电，供电功率不大于5W。根据实验器材，需要一个降压电路使驱动电路为5V供电。该电路采取稳压三极管7805。
3.1.3检测电路设计
检测电路中光照传感器ON9658的上升时间为1ms左右，可通过调节电阻R0来控制上升时间。因为采取回来的幅值不便于单片机的AD采集又须小于2.4V，可采用放大器，根据测试观察及调试，放大倍数为2。
四、测试方案与测试结果
4.1测试方案
1.首先关闭照明灯，打开窗帘，自然采光。
2.将传感器位于A、B、C、D、E区，记录当前实际坐标值和LCD灯上显示的坐标值。
3.在LED控制电路连接的单片机上输入阿拉伯数字，在保证正常照明情况下，
与接收模块相连接的单片机上进行显示接受回来的数字，看能否实现数字传输。
4.2系统测试仪器及型号
经测试结果可知，传感器位于B、D、C、E区域，测量电路能正确区分其位于横坐标轴的上、下区域，达到设计要求。
经测试结果可知，传感器位于A，B、C、D、E区域，都能测量并显示其位置坐标值，绝对误差最大8.16cm，满足设计要求，LCD显示为4位数字，精度0.1cm，达到要求。
五、实验结论
本实验通过采用软硬件来实现室内可见光装置定位，并以C8051F020单片机为控制核心，在三个LED正常照明的情况下，测量电路根据传感器检测的信号判断传感器的位置，本实验能较为准确的测量LCD灯上显示的坐标值。在LED控制电路连接的单片机上输入阿拉伯数字，能读取并显示在单片机上字，实现数字传输。
不足在于：本装置精度不够高，在短时间内没有实现音频信号的传输。
优点：电路设计简单，装置易于搭建，定位操作方便，设计成本低。