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东南大学移动通信国家重点实验室项目指导老师：夏玮玮项目成员：邹倩章跃跃崔文清董雨晴尹浩浩

2017/11/23

基于可见光通信的智能车库导航系统3S杯全国大学生物联网技术与应用

目录

1 项目背景

3 系统实现

4 实物展示

2 技术创新

3S杯全国大学生物联网技术与应用

室内定位项目背景

随着城市规模的快速发展以及地下车库的不断增加，室内定位应用在地下车库导航中必将具有广阔的应用前景。


可见光定位项目背景

可见光定位是基于可见光通信的室内定位技术。可见光通信是可见光波段的光作为信息载体进行通信的方式，既具有无线通信的灵活性，又可节约日益紧张的无线电频谱资源。


融合定位

IMU惯导

BT蓝牙

定位精度高、无射频辐射

易受遮挡

不易受外界干扰、稳定

无法给定初始位置

VLC可见光

体积小、功耗低

精度低

项目背景

优点

缺点


多模融合定位算法

加速度和角速度

（惯导）

归一化RSSI

（可见光）

AKF

计算位移传播模型

无VLC

RSSI?由惯导计算

由惯导与蓝牙计算只有一个

VLC RSSI?

WLS混合算法否

是

是

否

滤波后给出结果

RSSI （蓝牙）惯导定位

可见光定位

蓝牙定位

专利申请号：CN201711120158.2 ，基于可见光通信与惯性传感器融合的室内定位方法及平台

融合计算

技术创新


可见光定位+蓝牙定位

r1

lk

r2

L12

(X(1),Y(1))

(X(2)

,Y(2)

)

Sk-1(xk-1,yk-1)

αk-1

Sk(xk,yk)

修正RSS模型

加权最小二乘

技术创新


惯性导航

加速度计

陀螺仪

姿态矩阵

校正参数

导航计算结果

磁力计

欧拉角微分方程法等效旋转矢量法四元数法

技术创新

参数计算

位移计算

专利申请号：CN201410364663.1，公告号：CN104121905B ，一种基于惯性传感器的航向角获取方法


An Indoor Positioning Algorithm Using VLC and Inertial Measurement Unit Fusion

WUKF

Accelerometer Gyro

Quaternion

Acceleration

IMU positioning

VLC Photodiode

Propagation model

Gravity

VLC positioning

Integration positioning solution

RSSI carlibration

Tilt angle

Drift

Error

AKF

Bias

ErrorIMU

Data fusion

AKF误差校准

WUKF数据融合

技术创新

[1] Zou Q , Xia W, Zhang Y, et al. An Indoor Positioning Algorithm Using VLC and Inertial Measurement Unit Fusion[C]// ICCC. IEEE, 2017, Accepted [2] Yin H, Xia W, Zhang Y, et al. UWB-based indoor high precision localization system with robust unscented Kalman filter[C]// IEEE International Conference on Communication Systems. IEEE, 2017:1-6.


基于可见光通信的智能车库导航系统平台

LED…

VLC控制器

盲节点（接收器）

定位服务器

IMU与蓝牙

APD

FPGA

无线通信模块

串口模块

数据处理

ARM

LED…LED…

LED…

用户终端

蓝牙

盲节点（接收器）

技术创新

[1] An Indoor Positioning System for Mobile Target Tracking Based on VLC and IMU Fusion(东大学报论文，已投稿）

[2] 尹浩浩, 董雨晴, 邹倩,等. 移动场景下一种可见光通信系统的设计与实现[J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2017, 29(4):487-493.

锚节点

盲节点定位服务器

终端APP


学术成果技术创新

[1] Zou Q , Xia W, Zhang Y, et al. An Indoor Positioning Algorithm Using VLC and Inertial Measurement Unit Fusion[C]// ICCC. IEEE, 2017, Accepted

[2] Yin H, Xia W, Zhang Y, et al. UWB-based indoor high precision localization system with robust unscented Kalman filter[C]// IEEE International Conference on Communication Systems. IEEE, 2017:1-6.

[3] 尹浩浩, 董雨晴, 邹倩,等. 移动场景下一种可见光通信系统的设计与实现[J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2017, 29(4):487-493.

[4] Zou Q , Xia W, Zhu Y, et al. An Indoor Positioning System for Mobile Target Tracking Based on VLC and IMU Fusion(东大学报论文，已投稿）


专利申请号：CN201711120158.2 ，基于可见光通信与惯性传感器融合的室内定位方法及平台

专利

EI论文

锚节点

控制器

串口通信

操作界面

编码

调制

形成帧

时隙

发送ID

指令集

配置参数

网关

控制模块发送模块

LED发送端

驱动电路

LED

PC端控制(Python)

Xilinx Spartan6 FPGA(Verilog)实现指令与发送控制发送包括编码、调制等

自制LED驱动电路自制LED灯

系统实现

可见光锚节点：分时隙发送ID信息蓝牙锚节点：单片机CC2540 ，4.0 BLE 协议，循环发送ID信息


盲节点

Header0x0a

Header0x0d

Timestamp

Bluetooth(3 bytes)

VLC Data(6 bytes)

IMU Data(53 bytes)

Tail0xff

ARM

串口通信

数据处理校准

帧结构

可见光接收端

数模转化模块

模拟信号

APD TIA BPF

解调

解码

ID 或数据

数字信号

边缘检测

均值求解

RSSI

惯导&蓝牙

加速度角速度

参数配置

时间戳

Socket通信

蓝牙RSSI

Xilinx Spartan6 FPGA(Verilog)实现数据采集

包括模拟信号的量化、数据解调解码等

ARM NanoPi M3 (Java)

实现多路数据预处理、socket通信等

蓝牙CC2540(C)惯导HM219(C)

扫描信号，接收信息并传输

帧结构

系统实现


定位服务器系统实现

TCPserver模块

IMU数据处理模块

VLC数据处理模块

BT数据处理模块

Position融合定位模块

TCPclient模块

Main window显示结果

Navigation导航模块

APP终端盲节点

采集数据

Qt(C)实现数据通信、融合定位与导航计算等功能并将数据同步传输给终端APP


终端APP系统实现

主程序

用户信息

导航历史

登录注册修改 Wifi连接计费删除添加

终端APP与定位服务器通过Socket通信进行数据传输获取定位信息后，同步进行位置信息显示通过SQLite轻量级数据库存储本地数据，如用户信息等


模拟定位场景

移动小车

VLC锚节点

蓝牙锚节点

实物展示


锚节点

1

2

34

散热片

大功率

电阻

信号

输入

电源和

地线

5 LED

聚光罩6

蓝牙锚节点

实物展示


盲节点

APD

FPGA

IMU

蓝牙

ARM

实物展示


定位服务器实物展示

盲节点 A

P

P


终端APP

定位显示

导航历史

用户信息

登陆注册

实物展示


演示视频截图实物展示


演示视频实物展示


17B096-邹倩-系统演示-基于可见光通信的智能车库导航系统.mp4

谢谢

基于可见光通信的智能车库导航系统

2017/11/23

17B096


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