基于iBeacon的固定資產(chǎn)定位與防丟防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

牛超 汪輝 王若璇 吳萍玲 劉芳

摘 要：針對(duì)生活中固定資產(chǎn)遺失的問題，文中設(shè)計(jì)了一種基于iBeacon技術(shù)的定位防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含多個(gè)iBeacon基站，將定位節(jié)點(diǎn)設(shè)置在待定位的移動(dòng)個(gè)體上，通過藍(lán)牙和LoRa將其周圍的多個(gè)通用唯一識(shí)別碼及對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行輸出，并結(jié)合無線網(wǎng)關(guān)和云平臺(tái)對(duì)固定資產(chǎn)所在位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：iBeacon技術(shù);藍(lán)牙;LoRa;無線網(wǎng)關(guān);云平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）01-00-02

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，提供開源的SDK開發(fā)包，通過I2C/SPI/GPIO/ADC/DAC等連接傳感器及控制器即可快速開發(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LPWAN網(wǎng)絡(luò)上傳終端數(shù)據(jù)，經(jīng)過云平臺(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”，通過該APP易于開發(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空間用來繪制動(dòng)畫效果，BluetoothAdapter用來獲取藍(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€程里無法進(jìn)行界面更新，所以要把消息從線程里發(fā)送出來在消息句柄里進(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)沒電，也無需經(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。

參 考 文 獻(xiàn)

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