基于STC15F104E單片機的室內定位裝置設計

蘇州健雄職業技術學院電氣工程學院 程瑞龍

1 引言

隨著生活水平的提高，無線通信技術和全球定位系統讓人們越來越依賴，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系統是沒有辦法進行定位的，無法找到準確的地點，針對此問題本文介紹了一種能夠在大型商場實現精準定位的方案。利用可見光通信技術（VLC）查詢相應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。采集到用戶相應的信息后，通過后臺軟件可以進行消費者在商場中相關數據整理，可以非常好地反應出顧客對那些商店的喜好程度，進行更加貼切消費者的大型商場門店的設計。

2 概述

LED作為21世紀新的半導體光源，是名副其實的節能、環保綠色照明產品；LED擁有基礎的寬頻譜資源、高速帶寬的可見光通信技術優勢，以及基于廣泛分布的可見光室內定位技術、新興的應用場景和服務內容將成為未來五年最熱門的應用技術，擁有廣闊的市場應用空間和超千億的市場規模。

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

3 系統結構

本系統控制裝置由STC15F104E單片機最小系統、穩壓電源模塊、存儲器模塊、LED小燈驅動電路以及光接收器模塊和上位機軟件構成。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地址碼進行分析，調用后臺存儲數據進行比較，可以確定出我們現在所感應到LED的具體位置，也就是用戶所在的具體位置[1]。光接收模塊系統框圖如圖1所示。通過軟件可以上傳相應的數據到服務器，在大數據的背景下更利于分析使用者的喜好。LED驅動模塊結構框圖如圖2所示。

圖1 光接收器模塊結構框圖

圖2 LED驅動模塊結構框圖

4 硬件部分

在室內定位系統中，STC15F104E單片機是整個LED驅動模塊的核心。室內定位裝置的性能取決于系統所選取的單片機和光感器件的靈敏度和穩定性[2]，STC15F104E單片機是一款高加密型、低功耗、內部集成AD轉換功能、支持在線編程、有較好抗干擾能力、內部看門狗等功能；支持精簡指令結構，使得運行速度快；與普通的51單片機兼容并支持C語言開發[3]。硬件部分由單片機I/O通過LM393電流放大控制NU511恒流芯片驅動LED實現。詳細電路如圖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結二極管吸收光輻射而產生光電流。具有結電容小、渡越時間短、靈敏度高等優點。

圖3 系統硬件原理圖

5 軟件部分

系統中，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據格式生成為一幀數據，并進行編碼調制，每個LED地址碼數據在LED驅動模塊中都可以通過可見光通信技術傳送相應的數據，通過客戶端接收器接收到LED編碼信號后，由信號處理模塊進行信號處理，對接收到的信號進行判斷識別LED地址碼，調用系統存儲在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，來確定出我們現在所感應到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數據給后臺服務器，用于大數據背景下對用戶的數據收集和分析。

6 結束語

本室內定位裝置由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，直接插在手機的耳機孔上就可以進行通信。在調試的過程中，發現開始光接收器工作不穩定，檢查發現驅動LED電路的發射頻率有問題；在調試初期采用了內部EEPROM來存儲相關數據，經過大量測試發現，數據不穩定，在工作過程中會出現EEPROM丟數據的現象，后改加DS2401存儲數據解決問題。

[1]武昌俊.自動檢測技術及應用[M].機械工業出版社2015.

[2]丁向榮.STC系列增強型8051單片機原理與應用 [M].電子工業出版社,2010.

[3]李群芳等.單片微型計算機與接口技術[M].電子工業出版社,2010.