0 引 言

固定資產(chǎn)定位技術(shù)是指在固定資產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位，主要采用無(wú)線通信、基站定位、慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套固定資產(chǎn)位置定位體系，從而對(duì)固定資產(chǎn)在固定資產(chǎn)空間中的位置進(jìn)行監(jiān)控，以防丟失。發(fā)展至今，這一技術(shù)衍生了多種人員 / 物品定位管理系統(tǒng)。由于建筑物遮擋， GPS 定位技術(shù)難以精確定位。因此，目前廣泛需要一種兼具定位精度高、功耗低的固定資產(chǎn)定位系統(tǒng)，iBeacon 技術(shù)就顯得尤為重要。iBeacon 技術(shù)可以很好地判斷人員、物品的具體方位，精度可達(dá)到米級(jí)，因此可有針對(duì)性地為行業(yè)互聯(lián)化提供更多可能性。iBeacon 在接受到用戶請(qǐng)求定位指令后，計(jì)算出用戶的具體位置坐標(biāo)并傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器端經(jīng)過(guò)處理傳輸給云平臺(tái)。一個(gè)完整的 iBeacon 基站包含了低功耗 ARM SoC 芯片、存儲(chǔ)模塊、低功耗藍(lán)牙模塊、電池系統(tǒng)等。通過(guò)這些設(shè)備，iBeacon 可實(shí)現(xiàn)接收、傳輸、存儲(chǔ)、上傳信息甚至掃描、定位用戶等多種功能。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本文系統(tǒng)主要由移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)、云平臺(tái)、定位基站、終端設(shè)備組成。終端設(shè)備包含卡片貼附型標(biāo)簽和標(biāo)準(zhǔn)型固定資產(chǎn)定位標(biāo)簽，由標(biāo)簽監(jiān)測(cè)該固定資產(chǎn)的位置信息，然后由固定資產(chǎn)定位標(biāo)簽向外廣播固定資產(chǎn)信息。定位基站分為L(zhǎng)oRaWAN 基站和固定資產(chǎn)定位基站。固定資產(chǎn)定位基站向LoRaWAN 基站發(fā)送采集到的標(biāo)簽信息，由 LoRaWAN 基站將定位測(cè)距的結(jié)果發(fā)送至云平臺(tái)。云平臺(tái)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并儲(chǔ)存，以便實(shí)時(shí)查詢。云管理平臺(tái)對(duì)用戶、設(shè)備、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行管理，包含連接管理平臺(tái)及應(yīng)用支撐平臺(tái)。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖 1 所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

BeaconSense 藍(lán)牙標(biāo)簽在靜止?fàn)顟B(tài)下自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，周期性地以相同的發(fā)送功率發(fā)送 iBeacon 格式廣播信息， 固定資產(chǎn)定位基站周期性地采集其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的固定資產(chǎn)廣播信息。其中，藍(lán)牙標(biāo)簽用載有藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的無(wú)線電波給移動(dòng)設(shè)備指示方位。藍(lán)牙信標(biāo)是一個(gè)帶電池的藍(lán)牙模塊， 信標(biāo)本身包括各種節(jié)能措施（如深度睡眠、免連接、協(xié)議簡(jiǎn)單等），適用于室內(nèi)定位。藍(lán)牙信標(biāo)的工作就是每隔一定的時(shí)間用無(wú)線電廣播一個(gè)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包出去，這個(gè)數(shù)據(jù)包可以除了信標(biāo) ID 不含任何信息，既可以是當(dāng)前位置的地理坐標(biāo)（如經(jīng)度、緯度），也可以是其他相關(guān)信息。相對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙基站都能收到此信息，使用這些信息完成定位。配置好數(shù)據(jù)包的內(nèi)容后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)，云平臺(tái)可用這些信標(biāo)找到相對(duì)應(yīng)的工作人員所在的位置。定位精度和藍(lán)牙信標(biāo)的鋪設(shè)密度和發(fā)射功率有密切關(guān)系。

LoRaWANModule（以下稱 LWM）是高度集成低功耗無(wú)線控制模塊，主要采用 LoRa 專利遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)技術(shù)，內(nèi)置STM32L 系列 CPU，用于超長(zhǎng)距離擴(kuò)頻通信。其在最大限度地降低電流消耗的同時(shí)，又大幅提高了抗干擾性和靈敏度。

LWM 支持 LoRaWAN Class A，B，C 三種協(xié)議模式，提供開(kāi)源的 SDK 開(kāi)發(fā)包， 通過(guò) I2C/SPI/GPIO/ADC/DAC 等連接傳感器及控制器即可快速開(kāi)發(fā)具備物聯(lián)網(wǎng)通信能力的產(chǎn)品。此外，其高靈敏度與功率放大器的集成使這些器件的鏈路預(yù)算達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平，成為遠(yuǎn)距離傳輸和對(duì)可靠性要求極高的應(yīng)用的最佳選擇。

云平臺(tái)接口通過(guò) LPWAN 網(wǎng)絡(luò)上傳終端數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行解析提取成相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，使用 Http 協(xié)議 +Json 數(shù)據(jù)格式推送至相應(yīng)第三方服務(wù)器上，降低各類型廠商接入LPWAN 的網(wǎng)絡(luò)使用成本。BeaconSense 人員定位標(biāo)簽周期性地發(fā)送 iBeacon 協(xié)議的廣播信號(hào)，信號(hào)包含人員 ID 等信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

客戶端 APP 的主要功能是掃描周圍藍(lán)牙設(shè)備， 將設(shè)備列表信息上傳至定位服務(wù)器，從而準(zhǔn)確定位，并將結(jié)果展現(xiàn)給終端用戶。 Android 應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程所需的 SDK 版本大于 17。Texas Instruments 引入了一款基于 Android 4.3 的APP“Bluetooth Smart SensorTag”， 通過(guò)該 APP 易于開(kāi)發(fā)低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy，BLE）傳感器的應(yīng)用。Android 4.3 系統(tǒng) Jelly Bean 支持 BLE， 故可運(yùn)用 BLE 為相互連接的設(shè)備開(kāi)發(fā) APP。在大量運(yùn)用 BLE 的情況下，采用BLE 為相互連接的設(shè)備開(kāi)發(fā)出的 APP 更有市場(chǎng)價(jià)值。對(duì)于本文系統(tǒng)，BLE 對(duì)低功耗室內(nèi)定位系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有非常重要的作用。

iBeacon 是一項(xiàng)低耗能藍(lán)牙技術(shù)，其工作原理類似于藍(lán)牙技術(shù)。本文由 Beacon 發(fā)射信號(hào)，藍(lán)牙設(shè)備定位接收、反饋信號(hào)。當(dāng)用戶進(jìn)入、退出或在區(qū)域內(nèi)徘徊時(shí)，Beacon 的廣播有能力進(jìn)行傳播，可計(jì)算用戶和 Beacon 的距離（可通過(guò)RSSI 計(jì)算得到）。由此可知，只要有 3 個(gè) Beacon 設(shè)備即可定位。

SurfaceView 空間用來(lái)繪制動(dòng)畫效果，BluetoothAdapter 用來(lái)獲取藍(lán)牙設(shè)備，之后依次是藍(lán)牙設(shè)備信息向量、藍(lán)牙設(shè)備信號(hào)強(qiáng)弱向量、畫筆向量。在 onCreate 函數(shù)中執(zhí)行的初始化相關(guān)操作主要有畫筆初始化和 SurfaceView 初始化，并設(shè)置回調(diào)函數(shù)。因?yàn)榫€程里無(wú)法進(jìn)行界面更新，所以要把消息從線程里發(fā)送出來(lái)在消息句柄里進(jìn)行處理，故在本文系統(tǒng)第37 ～ 65 行會(huì)看到一個(gè)消息句柄，用來(lái)接收消息并根據(jù)消息內(nèi)容重繪 Surface View。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文超低功耗室內(nèi)定位系統(tǒng)相較于其他系統(tǒng)擁有許多特色。此定位系統(tǒng)采用藍(lán)牙 +iBeacon 形式，功耗較低，使得室內(nèi)定位系統(tǒng)續(xù)航能力增強(qiáng)，在對(duì)固定資產(chǎn)定位時(shí)不必?fù)?dān)心系統(tǒng)沒(méi)電，也無(wú)需經(jīng)常性地更換硬件。超低功耗室內(nèi)定位系統(tǒng)除了功耗超低外，系統(tǒng)中每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的 ID 唯一，可定位指定固定資產(chǎn)。同時(shí)，本文低功耗室內(nèi)定位系統(tǒng)解決了許多人工監(jiān)控不能解決的問(wèn)題，相比人工監(jiān)控成本更低，更加實(shí)用，因此具有較高的應(yīng)用價(jià)值。