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1、摘要可见光通信技术是21世纪兴起的无线光通信技术，是对光无线通信领域的又一开拓。在可见光通信中，LED灯的作用极为显著。LED灯在系统中同时起到室内照明和通信的双重功能，是传统照明系统所无法比拟的。在本文中，将以可见光通信为基础，实现室内定位技术，为以后实现高精度室内定位技术打下基础。在可见光通信定位系统中，引入了新型的移动平台安卓。安卓的搭建将使可见光通信系统变得更加便携。本文主要论述可见光通信系统的组成及原理，FPGA模块的原理，以及安卓移动平台搭建与软件开发。作者阅读了大量可见光通信系统相关文献，并在Eclipse平台上用java语言开发了软件来接收从FPGA模块传输的数据并在坐标系中显
2、示出来。本文首先介绍可见光通信系统的应用背景；其次论述可见光通信系统的工作原理；然后简单论述FPGA模块的工作原理；接着介绍及安卓移动平台及开发的软件；然后再介绍实验中使用的芯片及；最后介绍芯片与电脑端及FPGA模块的连接及软件在芯片与FPGA相连时的结果及其分析。关键词：可见光通信；室内定位；FPGA；安卓AbstractVisible light communication is a new technique of Wireless optical communication in 21century, which is a new development of Wireless opt
3、ical communication. In the visible light communication，LED plays an important role. LED can be lightingand transmit source at the same time, which is beyond the traditional source. In this paper, we will use the visible light communication system as a basement to built the indoors-positioning system
4、 so that it can be used in the furtherhigh-accuracypositioning technologystudy. In the visible light indoors positioning system, we introduce a new platform, android. The android platformcan make the visible light indoors positioning system more convenient to carry.This paper puts emphasis on the co
5、nstruction and the theory of visible light communication system, the theory of FPGA. and how to use android development tools to build android software. The author read a great amount of literature and standard papers, manage to build the software in java on the eclipse platform to receive the data
6、from FPGA and display in the coordinate system.In this paper, the author firstly introduces the background of visible light communication.Secondly he details the theory of visible light communication system. Then, the authordiscusses how FPGA works.Next, he discusseswhat is androidand how to build s
7、oftware in the computer,and presents the software using in the experiment. Then, he presents the chips using in the experiment. Finally, the authorpresents the result of connecting the chips to the FPGAand to the computer, analyses and subjectively evaluates the result.Keywords:Visible Light Communi
8、cations; Indoors Positioning; FPGA; Android;目录摘要IABSTRACTII目录III第1章引言11.1选题背景室内定位的应用前景11.2定位技术现状11.3本文的安排和作者的工作概要2第2章可见光通信技术及系统42.1光通信的发展历程42.1.1光通信的关键突破42.1.2LED照明技术的兴起42.1.3光通信基本概念及其优点42.2可见光通信的工作原理52.2.1传统不可见光无线通信技术52.2.2可见光通信技术62.3室内可见光通信系统72.3.1典型室内可见光通信系统基本组成72.3.2室内可见光通信定位系统82.3.3可见光光通信系统的特点9
9、第3章通信平台的建立103.1信号处理模块FPGA模块结构与接口103.1.1FPGA基本组成103.1.2FPGA的特点103.1.3FPGA的配置模式103.1.4FPGA的配置过程123.1.5UART异步串行通信口133.2安卓移动平台133.2.1安卓系统的特点143.2.2安卓系统的架构143.2.3搭建安卓开发平台Eclipse163.3安卓软件开发183.3.1接收模块183.3.2数据转换模块193.3.3显示模块20第4章安卓设备的连接与通信214.1FT311D模块214.1.1FT311D模块介绍214.1.2FT311D产品特点224.2FT232RL模块224.2.
10、1FT232RL模块介绍224.2.2FT232RL产品特点234.3电脑端与安卓设备之间的连接与通信244.3.1电脑端、模块与安卓的连接244.3.2电脑端与安卓设备连接测试254.4FPGA模块与安卓设备之间的连接通信284.4.1FPGA与安卓的连接284.4.2FPGA与安卓的连接测试30总结32致谢33参考文献34IV北京理工大学本科生毕业设计（论文）第1章 引言1.1 选题背景室内定位的应用前景随着经济的不断增长和现代技术的不断发展，加上智能手机的普及以及移动互联网的发展，导航、定位服务的需求日益增大，地图与导航类软件将更侧重于室内导航，尤其是在比较复杂的室内环境，如展览馆、机场
11、大厅、图书馆、仓库、超市、地下停车场等公共场所，常常需要确定人们在室内的位置信息。据研究调查显示，人们平均80%至90%的时间在室内，其中平均70%的时间在使用移动电话，80%数据连接使用时间在室内。因而室内定位有着十分广泛的应用前景。在公共安全和应急响应方面，室内定位有助于救援人员精确定位求救者，定位建筑物的位置，甚至是楼层、房间号。在手机购物、移动电子商务、个性化广告和优惠信息方面可以通过室内定位根据不同的位置发送不同信息。室内定位在大型建筑物公共安全、应急疏散及灾后救援等重大需求面前，需要在建筑物内精确定位位置，而实现在大型复杂建筑环境内高精度的定位将为导航监控与应急服务管理提供帮助。1
12、.2 定位技术现状定位技术可大致分为室外定位和室内定位两种。室外定位我们比较熟悉的是全球定位系统（GPS），是由美国建立的一个卫星导航定位系统。GPS定位主要用于对人及设备进行实时远程定位监控的技术。但由于全球定位系统GPS属于卫星定位，定位精度较低。而随着基于定位技术的服务受到越来越多的关注，实现高精度的定位越来越成为人们的需求，引得国内外对室内定位研究很热。室内定位是指在一定空间内的定位技术。有许多大学和研究机构一直在研究室内定位技术，这些技术的实现方法主要可以分为三种：三角定位法，场景分析法以及近似法，常用的室内定位技术主要有红外线、802.11、超声波和无线射频（RFID）技术。红外线
13、：Olivetti研究实验室的Active Badge系统采用红外线技术实现室内定位技术，有直线视距和传输距离较短两大主要缺点，使得它在室内定位中的效果较差。IEEE802.11：RADAR是一种基于射频的室内定位系统，采用标准的802.11网络对空间进行定位，该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装、需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，但系统总精度不高。超声波：Active Bat是采用超声波定位的典型例子，它采用超声波时延信号进行定位，其整体定位精度较高，但需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。无线射频技术RFID定位是一种基于信号强度的定位技术，它使用接收到的信号强
14、度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)来确定待定位物体的位置。无线射频识别RFID具有其独特的非接触性，以及非视性(不用在可视范围内)，但它仍有占用无线电频谱、有电磁干扰和电磁辐射等缺点。除了上述这些方法，最新的一个研究热点是基于LED白光的可见光通信技术的室内定位。白光LED用电场发光、低电压供电，光效高、寿命长、安全性好、稳定性高、低功耗、无辐射、抗震、可靠、耐用，是理想的照明光源。白光LED的响应时间短、具有高速调制特性，使得白光LED还可以进行通信，实现照明和通信双重功能，使可见光通信技术(Visible Light Communica
15、tion，简称VLC)因运而生。与传统射频通信以及其它无线光通信系统相比，可见光通信技术的发射功率高，且不占用无线电频谱、无电磁干扰和无电磁辐射、节约能源2，使得它成为室内定位中一个研究的热点。1.3 本文的安排和作者的工作概要经过老师和学长学姐们的努力，实验室里已经初步搭建好一个可见光通信系统平台，其中三个LED灯两两相距20cm，成一个等边三角形，三角形中间放置一个光电探测器，光电探测器可以接收来自三个LED灯的光强信号并通过FPGA模块形成位置信息，位置数据再传入电脑上位机，电脑上位机根据不同的位置发送不同位置的广告信息，实现在不同位置传输和显示不同广告信息的功能。然而由于电脑端比较笨拙，不利于携带，考虑到未来手机设备，移动电子商务等发展起来，应用在移动平台上更有宽广的应用前景，于是本文提出了一种用安卓移动设备作为上位机，通过有线的方式实现FPGA的数据接收和传输。本文第2章详细地讲述可见光通信系统的基本组成以及系统的原理。第3章介绍通信平台的建立，包括FPGA模块的工作原理以及模块的接口类型、安卓移动平台、安卓开发平台及实验中安卓软件的具体代码。第4章介绍应用于本次实验的两个开发模块FT311D模块及FT232RL模块、电脑端及FPGA模块与安卓设备之间，检验软件的可行性第2章 可见光通信技术及系统2.1 光通信的发展历程2.1.1 光通信的关键突破1880年，贝尔把太
