基于51單片機光電傳感器室內區域定位系統設計

李朋

摘要：室內的定位系統，目前最常見的是利用無線電、超聲波等進行室內物質坐標的準確定位，文章介紹基于單片機技術以及運用光線的疊加性進行室內坐標的定位，系統運用了單片機最小系統以及型號為STC89C52芯片對室內可見光的定位，基于光電傳感器對不同區域內的光照強度差異進行感應，獲得的光照強度信息進行位置坐標的判斷，實現對區域、坐標的準確測量，并實現延長斷電后的恒流延續時間，為單片機提供穩定的、更長時間的工作電壓。為了方便測量值的準確讀取，綜合考慮系統的設計成本，采用LCD1602顯示測量值。

關鍵詞：室內定位；區域定位；單片機最小系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0035-02

隨著無線局域網（WLAN）及通信技術的快速發展，基于位置服務系統（LBS）得到了廣泛的關注，人們都在努力實現室內高精度定位。當今智能手機已經成為了人們與周圍位置環境非常重要的信息接口，實現室內定位與導航將為人們的生活提供越來越多的便利，基于位置的服務已經成為人們生活的一部分。對于光電傳感器室內區域定位系統的研究目前已經到達比較成熟的階段，也在各個領域得到了廣泛的應用，但是光電傳感器在能耗方面以及在定位的準確度方面還存在著不足之處，本系統對在原有的基礎上進行了改進，將光電傳感器與低能耗的51單片機最小系統相結合降低系統控制的能耗以及成本。

1 研究目的

對于目前較為成熟的光電傳感器，為了能夠使光電傳感器的應用范圍更加廣泛，本系統將光電傳感器與應用十分廣泛的51單片機相結合，在控制方面實現了有效的融合，51單片機的能耗低，也降低了系統的能耗。此外基于AT89C51芯片的系統，反應快速，符合光電傳感器的設計標準，為了能夠將位置坐標顯示出來，本系統采用LCD1602顯示屏顯示。

2 系統材料

本系統利用了基于AT89C51芯片的單片機技術，利用單片機最小系統對系統進行整體控制。系統采用的CMOS 8位的微控制器[1]也為整個系統的編程提供了方便。CMOS微控制器與51系列的單片機引腳完全兼容，AT89C51單芯片8位CPU與可編程 Flash[2]也為本系統的靈活操作帶來了高效的解決方案。本系統對光電傳感器定位系統進行設計改造，意在解決光電傳感器定位系統的高能耗的問題。

2.1 單片機最小系統

基于AT89C51的單片機最小系統（圖1），最小系統利用了STC89C51 芯片其采了CMOS 8 位的微控制處理器，為了便于存儲器在系統中的程序編寫，本系統的采用了編程Flash存儲器，也實現了較為常規的程序處理。

2.2 BH1750FVI光電傳感器模塊

光電傳感器是將被測量的光照變化轉變為電信號和數據信號[3]的變化，一般由光源、通路、光電器件等部分組成。本系統使用單片機最小系統進行程序的設計以及對電路的統一管理，將光源的變化轉換成電平的變化從而引起接收數據的變化。將光強檢測模塊的檢測數據通過AD轉換將數據信號處理發送。通過檢測電路檢測，將數據直接輸出到LCD1602顯示屏中，便于直觀反應坐標的值。

BH1750FVI是基于兩線式的IIC串行總線接口，其集成電路可以直接將光照強度轉換成數字信號輸出，采用BH1750FVI芯片，利用低功耗的3.3V穩壓器可以兼容3V-5V供電電源供電，電平轉化可以兼容3V-5V系統通信電路。這種集成電路可以通過其收集到的光照強度來調整分辨率，可以檢測在大范圍內的光照強度變化其分辨率在1lx-65535lx 的范圍，符合題目設計的基本要求。

2.3 測量電路

本電路是通過單片機最小系統進行控制，通過光電傳感器測量光照強度，然后結合LCD1602對所測量的值、區域的相關信息進行顯示，達到準確測試的目的。

2.4 控制電路

本電路是通過單片機最小系統進行控制，通過獨立按鍵對LED進行控制，然后通過雙機通信[4]，將發出的指令發送給測量電路單片機最小系統，然后執行相關程序，將計算的數據從LCD1602中顯示定位坐標。

3 系統工作原理

對于本系統的設計主要有上圖（圖3）所示的幾個模塊構成，由單片機對LED閃爍頻率進行控制驅動，并為光強檢測模塊提供電壓，為LCD顯示提供電信號。單片機控制LED燈光在肉眼不可察覺的頻率下閃爍，通過光強檢測模塊光信號轉化為電信號，將電信號作為單片機的輸入信號，利用單片機最小系統將手機的電信號進行收集、整理、處理轉存到輸出寄存器中輸出，通過LCD1602將坐標信號直觀地顯示出來。

4 結束語

本設計基本完成室內可見光定位系統基本功能，采用單片機AT89C52最小系統作為本設計的核心模塊，通過在AT89C52上下載、調試程序，并結合無線通訊模塊，實現了雙機通信的功能。它的測量電路和控制電路相對獨立，測量電路結合了LCD液晶顯示模塊，將光照強度和區域劃分，以及區域的大概坐標都準確的表現出來，實現了單片機的控制功能，系統運行穩定。

本系統的設計將光電傳感器在能耗方面得到了改善，沒有過多考慮系統定位的精確度問題，所以系統在定位的精確度方面還有很大的提升空間，有望可以通過多傳感器模塊多方位進行精確地定位從而提高系統的整體性能，使光電傳感器在生產生活應用的更加廣泛。

參考文獻：

[1] Texas Instruments， Incorporated [SCHS155，C].CD54HC164， CD74HC164， CD54HCT164， CD74HCT164 （Rev. C） Data Sheet[Z].Texas Instruments，2012.

[2] Texas Instruments， Incorporated [SBAS156，B]. Low-Power Rail-To-Rail Output 12-Bit Serial Input D/A Converter （Rev. B） Data Sheet[Z].Texas Instruments， 2012.

[3] Texas Instruments， Incorporated [SLVS413，E]. Low Power DC/DC Boost Converter in SOT-23 Package （Rev. E） Data Sheet[Z].Texas Instruments， 2012.

[4] Texas Instruments， Incorporated [SLAS735，F]. MSP430G2x53， MSP430G2x13 Mixed Signal Microcontroller （Rev. F） Data Sheet[Z].Texas Instruments， 2012.