Test platform for visible light positioning

Abstract

This dissertation is addressed to location systems in indoor environments using artificial light source, based in off-the-shelf light emitting diodes, and visible light communication. It emphasizes the study of the light behaviour travelling through space and the design of a current LED driver capable of producing pulsed light. Nowadays, most of the traditional lighting systems are being replaced by LED lighting due to their energy efficiency. A study over artificial light sources is performed, specially photometry measures and their optoelectronic properties. A lighting project has been developed to adapt a dark room with the European lighting standards regulation, that follows a traditional lighting project. A linear LED current driver has been designed for regulation of LED current, continuous or pulsed mode, which allows dimming of light intensity. Light modulations have been studied for low bandwidth visible light communication system to be implemented with a microcontroller acting directly on the current that passes through the LED. The built lighting system allows, when communicating, modulation of each LED identification number through light, while performing the basic need of illumination. The modulated signals are received by photo detectors, photo diodes or image sensor (camera), which receives the signal, extracts the ID, and have the ability to measure a relative distance to the emitters, using power reception (photo diodes) or image deformation of image sensors. The adaptation of a dark room in Integrated Circuit Systems laboratory of Instituto de Telecomunicações in Aveiro, meets the necessary requirements for implementation and validation of VLP in real environments.

Esta dissertação aborda os sistemas de localização em espaços interiores com recurso à iluminação artificial baseada em díodos emissores de luz comerciais e comunicação por luz visível, dando principal ênfase ao estudo do comportamento da luz no espaço e de um driver de corrente apto para modular a intensidade da luz e suportar a transmissão de informação. Atualmente, a maior parte dos sistemas de iluminação tradicionais estão a ser a substituídos por iluminação LED, tendo em conta a alta eficiência energética destes. Deste modo, é realizado um estudo sobre as características de fontes luminosas artificiais, especialmente do aprofundamento de conhecimentos em fotometria e suas propriedades optoelectrónicas. De seguida, procedeu-se à elaboração de um projeto luminotécnico de adaptação de uma sala para a plataforma em questão de acordo com os requisitos dos sistemas de iluminação, em conformidade com a regulação europeia. Desenvolveu-se também um regulador linear de corrente para a polarização das luminárias led em modo contínuo e pulsado, que permite a redução do fluxo luminoso. Foram ainda analisadas modulações de sinal para realização de comunicação por luz visível de baixo débito para implementação através de um microcontrolador de modo a atuar sobre a corrente que atravessa o LED. O sistema de iluminação desenvolvido permite, no modo de comunicação, a modulação do identificador de cada luminária através de luz visível permitindo ao mesmo tempo iluminação necessária para desenvolver tarefas no espaço em questão. Os sinais modulados são recebidos por fotossensores, foto-díodos ou sensores de imagem (camaras), responsáveis por capturar o sinal, necessitam, no entanto, de um sistema capaz de extrair a informação transmitida, assim como de medir a distância relativa, seja ela utilizando a potência do sinal (foto-díodos) ou por deformação de imagem (sensores de imagem). A adaptação de uma sala escura no laboratório de Sistemas de Circuitos Integrados do Instituto de Telecomunicações de Aveiro reúne assim as condições necessárias para implementar sistemas de localização por luz visível em ambientes reais e permitindo a sua validação.