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一种具有通信与定位功能的智能LED灯具及其机器人定位系统——2020神灯奖申报技术

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2020-02-06 作者: 来源:来飞光通信有限公司 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 一种具有通信与定位功能的智能LED灯具及其机器人定位系统,为来飞光通信有限公司2020神灯奖申报技术。


项目名称: 一种具有通信与定位功能的智能LED灯具及其机器人定位系统

A high precision positioning intelligent LED light system based on visible light communication

申报单位: 来飞光通信有限公司

综合介绍或申报理由:

随着无线网络的快速发展和移动终端的普及,基于位置服务的室内定位技术在5G时代有着广泛的应用前景。本申报作品为一种具有通信与定位功能的智能LED灯具及其机器人定位系统,并配套相应的控制APP、用户端APP及云平台存储。在实现厘米级别的高精度动态定位的同时,提供可靠、高速、低成本的实时通信。所提出的系统结合移动机器人构建可见光室内定位系统,实现了照明、定位、通信三者的一体化,推动智能化生活、生产。

主要技术参数:

1.LED照明灯板参数
LED灯板功率:18 W
LED驱动器规格:300 mA恒流驱动器
LED灯板尺寸:17 cm
亮度:1500 lm
信号探测距离:> 4 m
iBeacon工作范围:10-20 m
调光范围:25-100%

2.定位系统位置参数
LED灯板高度:2.5 m
LED灯板间隔距离 :1.5 m

3.接收端(机器人)参数
机器人处理器型号:Raspberry Pi 3 B, Quad Core 1.2 GHz Broadcom BCM2837
RAM:1 GB
操作系统:Ubuntu mate 16.04
CMOS工业相机:MindVision UB-300
图像分辨率:2048 × 1536

与国内外同类产品或同类技术的比较情况:


经济评价分析:

随着5G的到来,智能城市、智能家居正在逐步成为人们生活的一部分。可见光通信技术以其众多的优势,在智能家居的建设中发挥重要作用。此系统将可见光通信技术应用于LED智能照明领域,在降低成本的同时,简化操作,提升使用便捷度,减少能耗。同时,此系统具备高精度室内定位的功能,能达到4 cm的定位精度,在家用机器人等的实时定位监测方面,具有广阔的应用前景。系统整体安装简便、操作简易,具有优秀的用户使用体验感,其市场推广应用前景广阔。

技术及工艺创新要点:

1、智能LED灯板。此灯板包括照明LED面板与恒流驱动器两部分。驱动器内采用蓝牙片上系统存储并产生智能灯的通信信息,同时控制灯板的亮度。利用开关键合调制方式实现可见光通信信号的传输,拓展照明灯具的功能,丰富可见光通信技术的应用领域。

2、基于可见光通信的双灯定位算法。仅仅通过两盏LED灯具即可实现三维定位。定位精度可达3~5cm。并利用可见光通信高带宽、保密性、绿色环保等特点,在照明的同时提供实时的通信及高精度、快速的室内定位,促进基于位置服务的室内定位技术的发展。

3、首创性将移动机器人与可见光通信、定位技术相结合。基于ROS (robot operating system)操作系统来开发可见光定位与通信功能。利用分布式框架来与移动机器人的基本运动控制系统进行有机的融合。促进移动机器人室内定位与导航技术的发展。

4、配套智能控制与用户端软件,云平台存储信息并远程管理。安装在手机上的配套控制APP可直接与智能灯板的驱动器通过蓝牙相连,便捷地控制灯板产生的信号以及灯板的亮度。用户端APP将接收与解码一体化至智能手机内,方便用户使用。云平台存储信息,简化通信数据,同时可根据实际需求,远程修改智能灯板的传输信息,实时查看信息传输接收情况,让管理工作更智能方便。完善的软件配套提升了系统使用便捷度。

实际运用案例和用户评价意见:

展示视频:

https://kwanwaipang.github.io/Image/ROS.mp4

https://www.bilibili.com/video/av78858240

获奖、专利情况:


是否有“智能设计”?

基于可见光通信技术的LED智能照明灯板通过采用可见光作为传输信号的载体,将灯具的功能进行了扩展,使照明光源产生通信信号,作为信号源工作。此智能LED灯板连接一个LED专用恒流驱动器,由驱动器产生并控制灯板的通信信息,灯板通过LED灯珠的连续“开启-关闭”工作产生开关键控调制的信号,此信号由相机接收后表现为明暗相间的条纹。

驱动器内核心蓝牙片上系统不受CPU中断信号的影响。此智能灯系统使用LED驱动器实现可见光通信的编码功能,产生一串特定的开关信号。该信号数据存储于蓝牙片上系统内,通电后,存储的信号数据全部从Flash加载到专用RAM区域,该区域的起始地址被配置为直接存储器存取控制器的源地址。一旦触发,串行外围接口模块将开始连续的信号传输,不受CPU的中断信号干扰,保障了通信信号的完整性。

云平台存储信息,简化通信数据。智能LED灯板传输的数据为一串特定的标识符,它与云端存储的数据一一对应。用户端APP接收并解码获得当前特定标识符后,通过Wi-Fi或蜂窝网络从云平台获取此标识符相对应的信息,从而避免了直接传输较大的数据包,减小了通信传输数据字节数,提高通信效率的同时也降低通信成本。云平台的使用,还提高了控制的便捷度。管理人员可以通过修改云平台上存储的数据,达到远程改变智能LED灯板传输信息的目的,避免了需要实地控制灯板的不便。同时,通过云平台可以实时查看灯板所传输的信息被接收的情况,便于实时监控管理智能LED灯板的使用。
配套控制端、用户端软件(APP)提升智能LED灯系统使用便捷度。此系统中所使用的驱动器控制核心为蓝牙片上系统,此蓝牙模块可通过手机端控制APP直接连接,实现控制驱动器的功能,从而方便快速地改变灯板所产生的可见光信号。下载用户端APP后,解码可见光信号变得更为简单,无需专业的光电信号探测器,直接使用手机自带摄像头进行信号的接收,解码过程于手机内完成,用户能直观看到可见光所传输的相应信息。通过蓝牙控制或远程云端控制,改变灯板产生的可见光信号,使用手机用户端APP,可以接收到不同信息。诸如商品图片、广告信息、路线、下载链接等,极大地丰富了此智能LED灯板的使用场景。

申报单位介绍:

来飞光通信有限公司由香港科技大学电子与计算机工程系俞捷教授创始,率领先进的研发团队,立足实验室先进研究成果,将研究成果转化为可商业化的实际应用产品。本公司利用其专有的可见光通信(VLC)技术和云平台集成物联网(IoT)照明,以提供照明控制、内容管理和大数据收集与分析。

产品图片:

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