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摘要：现今时代，人们物质生活水平明显提高，私家车数量明显增加，在人们出行中发挥着重要作用，几乎所有的企事业单位都配备了一定数量的车辆，有些企业工作的开展，更是以车辆的使用作为主要手段，如物流公司、出租车公司、公交公司等。在此背景下，科研技术人员开发出了车辆管理系统，它利用LED可见光技术、无线数据传输技术，结合车载终端，对车辆的实时运行情况以及车辆本身的状态进行监控管理，进而做到提高企业车辆管理效率、降低企业运营成本的目的。
关键词：LED可见光技术；室内车辆定位系统；设计
引言
室内定位由于在工业生产和日常生活中存在重要的应用价值而成为研究的热点，传统的Wi-Fi、蓝牙等无线定位技术由于电磁干扰和多径效应等原因很难实现高精度的室内定位，经过调制的白光LED在满足照明需求的同时能够传送位置信息，实现室内的高精度定位。
1室内车辆定位LED可见光技术
1.1红外线定位技术
红外线是波长在770nm～1mm之间的电磁波。红外线室内定位的原理是，红外线发射器发射周期性带有唯一身份ID的红外信号，通过安装在室内的光学传感器进行接收，然后再通过有线或无线网络将数据传输给控制中心实现定位。较为经典的红外线定位系统是由AT＆T剑桥实验室开发的Active Badge定位系统。在该系统中，待定位目标上装有红外发射器，作为移动站，周期性发射唯一身份标志ID。同时，在室内布置大量的红外接收器作为基站，基站通过有线方式连接到控制中心，当移动站进入相应定位区域并且被该区域基站识别后，控制中心就可以确定目标当前的位置。
1.2蓝牙定位技术
蓝牙技术是一种短距离低功耗的无线传输技术。基于蓝牙的定位系统通常采用两种测量算法:基于传播时间的测量方法和基于信号衰减的测量方法。对于前者，由于室内环境多变，存在多径效应，为减小误差必须采用纳秒级的同步时钟，这在实际应用中很难实现。而对于后者有两种思路:一是完全根据理论公式进行计算，但由于实际应用中信号的衰减受多种因素影响，依靠理想模型公式定位效果较差;二是利用经验方法进行定位，定位之前预先测定目标区域内多个参考点的信号强度，建立数据库，利用接收强度与数据库的强度分布匹配完成定位。蓝牙室内定位技术的最大优势在于其设备体积小并且易于集成在手机等移动终端内，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙定位系统就能对其进行位置判断。不足之处在于蓝牙模块相对于移动设备而言其耗电量比较大，并且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性较差。
2 LED可见光技术的室内车辆定位系统设计策略
2.1光源硬件电路设计
光源硬件电路部分由LED光源控制模块、驱动模块、发光模块组成，使其同时满足被识别和照明的需求。控制模块是通过MCU将其输出不同频率或占空比的方波信号送到LED驱动模块的输出电流使能信号端，从而使得LED驱动模块实现不同频率或占空比的输出电流导通，采用STC89C52单片机，通过STC89C52的定时器实现其P10、P11、P12、P13四个IO口以不同频率的方波输出，P10、P11、P12、P13四个IO口分别与四个LED驱动模块输出电流使能端相连，驱动模块采用DD311单通道大功率LED恒流源驱动器，其输入参考电流端通过两个3.9KΩ串联接到24V直流电源，近似得到300mA的参考电流，LED光源模块采用24V直流LED光源，连接到LED驱动模块。
2.2智能手机端软件设计
2.2.1 LED光源识别子系统
对于LED光源的识别是通过调整各灯的频率，使其按照不同的频率闪烁。再使用装有CMOS图像传感器的智能手机对准光源拍摄获取图像，即可得到明暗栅格图像，如图2所示。将明暗栅格图像对应的LED光源进行编码，通过识别该图像即得到对应的LED光源号码，对照光源安装位置表，即得到LED光源所在位置。
（1）根据手机摄像头拍摄相应的LED灯，进行图像处理计算出条纹宽度。
图像处理算法的基本步骤为首先读取图像进行预处理（灰度处理，模糊去噪，二值化等），再从照片中截取目标区域，最后提取条纹宽度。
（2）获取LED光源的明暗栅格图像后，根据明暗条纹宽度确定光源的闪烁频率。
如公式（1）所示，h已知，T根据拍摄的相机确定，通过图像处理程序解析出明暗条纹的宽度W，即可算出该光源的闪烁频率F。实验研究表明为避免图像信号产生混叠，不能拍摄到清晰的明暗条纹，光源闪烁的一个周期的时间应大于2倍的卷帘快门周期。
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式中，F表示光源闪烁的频率，T表示图像传感器扫描一行像素的时间（为卷帘式快门的周期），W为在一个周期内形成的明暗条纹宽度和，h为单个像素的高度值，默认为1。
（3）将识别出的频率通过预设置数据库查找对应的LED灯，同时获取将该灯的坐标信息，将该盏灯的位置信息在地图上标出，建立了地理位置与图像的映射。
2.2.2室内寻车子系统
当用户将要取车时，拍摄靠近自己的一盏灯，即可获得该灯的位置信息，寻车软件便会规划出一条导航路线，再调用手机内的惯性导航元件，磁力感应器判断运动初始方向，利用陀螺仪去判断移动装置的运动方向，利用重力感应器去判断人员行走的步伐，根据人们走路的平均步长，即可计算出人行走的方向与速度，实现实时导航。
位置实时计算模块：采用安卓App实现图像的获取与处理，根据手机端拍摄的LED光源图像实时计算用户所在位置。车库地图显示模块：在用户安装App时加载所在车库的地图信息，并在手机端显示。寻车路径计算模块：采用安卓App实现车辆定位与实时导航的功能，App同步调用安卓程序接口，在手机屏幕上绘制运动轨迹。当手机持有者直线行走时，由于身体重心的改变,加速度传感器的Z轴将会出现峰值，出现峰值，箭头便在地图上移动一段距离，移动距离的长度与初始行走时输入的步长形成一个固定比例，后续每次峰值出现，就按照该比例移动一段距离，以每次峰值出现到下一次峰值出现为一个时间戳，重复绘制线段。当用户开始转向时，方向传感器便能读取到X轴有较大变化，当方向传感器的X轴稳定到一定程度不再出现较大变化时，转向结束，应当立即读取方向传感器的角度值，并在屏幕上根据方向传感器返回的角度箭头立即朝新的方向转向，运动结束时屏幕上即可显示运动轨迹。
结语
综上所述，随着各用车企业的规模不断扩大，其对车辆的需求量会逐渐增加，同时，车辆管理的难度也会随之上升，因此，应当不断引入先进的车辆管理手段。当前，GPS车辆管理系统的使用，利用高科技的卫星通信技术手段，实现了车辆定位、导航，以及对车辆的实时监控、通讯指挥等功能。
参考文献
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