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當(dāng)前位置:首頁(yè) > 物聯(lián)網(wǎng) > 《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志
[導(dǎo)讀]摘 要:為解決當(dāng)前室內(nèi)定位以及定向信息推送等問(wèn)題,文中設(shè)計(jì)了一種藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),利用低功耗藍(lán)牙的能耗低、信 號(hào)覆蓋范圍廣等特點(diǎn),通過(guò)將多個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)分布在室內(nèi)以一定的時(shí)間間隔發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包進(jìn)行廣播,Android端手機(jī)走近藍(lán) 牙節(jié)點(diǎn)時(shí),App接收數(shù)據(jù)包對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分辨,檢測(cè)RSSI值計(jì)算出與節(jié)點(diǎn)的距離,可以實(shí)現(xiàn)在走近某一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)接收到該節(jié)點(diǎn)所 設(shè)置推送的信息,并且用戶可獲知其當(dāng)前所在位置,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的室內(nèi)定位。文中主要闡述了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及其在航站樓 的應(yīng)用。

0 引 言
隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,社會(huì)運(yùn)行節(jié)奏加快,人們更 傾向于選擇高效的出行方式,而飛機(jī)就是其中之一。近年來(lái), 全國(guó)各地機(jī)場(chǎng)的吞吐量不斷增長(zhǎng),導(dǎo)致航站樓面積過(guò)大,而GPS 全球定位系統(tǒng)在室內(nèi)感測(cè)不到衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法進(jìn)行室內(nèi)定 位等問(wèn)題出現(xiàn)。本項(xiàng)目旨在解決大型室內(nèi)公共場(chǎng)所的導(dǎo)航問(wèn)題, 通過(guò)部署低功耗藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)向用戶推送信息并提供室內(nèi)導(dǎo) 航服務(wù)。

1 低功耗藍(lán)牙技術(shù)

低耗能技術(shù)是藍(lán)牙 4.0 版本新提出的一種技術(shù),瞄準(zhǔn)了物 聯(lián)網(wǎng)方向的應(yīng)用,與之前的藍(lán)牙技術(shù)相比,耗能減少了 90%在市場(chǎng)中占有率極高的 Android 4.3 系統(tǒng)發(fā)布開(kāi)始正式支持 藍(lán)牙4.0。相對(duì)于藍(lán)牙2.1或者藍(lán)牙3.0 等傳統(tǒng)藍(lán)牙的高耗電性, 藍(lán)牙 4.0 功耗極低,一粒紐扣電池可以供設(shè)備連續(xù)工作一年 [1]。 且憑借其較遠(yuǎn)的傳輸距離,相對(duì)于其它藍(lán)牙技術(shù),低耗能藍(lán) 牙在物聯(lián)網(wǎng)中有著不可比擬的優(yōu)勢(shì),具有低成本,低能耗,連 接方便、安全等特點(diǎn) [2]。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件功能
該系統(tǒng)在室內(nèi)布設(shè)多個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn),每個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)硬件會(huì) 廣播含有自己特定的 128 位通用唯一設(shè)備識(shí)別碼(UUID)以 16 位由 Major Minor 標(biāo)志符所組成的數(shù)據(jù)包。智能終端 通過(guò)接收數(shù)據(jù)包,讀取設(shè)備識(shí)別碼和標(biāo)志符來(lái)識(shí)別廣播信息 的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn) ID,并通過(guò)檢測(cè) RSSI 信號(hào)值計(jì)算出與節(jié)點(diǎn)的距離, 以確定智能終端的位置。
2.2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件組成如圖 1 所示。本系統(tǒng)選用北歐半導(dǎo)體 Nordic Semiconductor 公司生產(chǎn)的 nRF51822-QFAA 藍(lán)牙芯片, 該芯片具有高效、低功耗的特點(diǎn),工作在 2.4 GHz 頻段,支 持藍(lán)牙 4.0,最高傳輸速率可達(dá) 2 Mb/s,傳輸距離可達(dá) 10 米。 芯片基于 32 ARM Cortex M0 CPU 內(nèi)核,有 256 KB Flash 16 KB RAM,正常工作電壓在 1.8 3.6 V 之間。因此電源 使用了電壓為 3 V CR2032 紐扣電池為設(shè)備供電。硬件實(shí)物 如圖 2 所示。

基于低功耗藍(lán)牙的物聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)


3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 概述

軟件設(shè)計(jì)分為兩部分,一部分是 Android 手機(jī)端的 App 設(shè)計(jì),將藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)分布在各處,通過(guò)藍(lán)牙硬件布點(diǎn)完成組網(wǎng), 當(dāng)用戶走近不同的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)時(shí),Android 手機(jī)端 App 將推送不 同的網(wǎng)頁(yè)地址及位置信息。另一部分為網(wǎng)頁(yè)端設(shè)計(jì),用戶可單 擊推送信息中的網(wǎng)頁(yè)鏈接,通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò) WiFi 獲 取推送信息。推動(dòng)的信息可以在網(wǎng)頁(yè)后臺(tái)輕松更改。\

3.2 軟件功能

藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 3 所示。軟件界面 如圖 4 所示。在 Android 智能終端中打開(kāi) App,軟件會(huì)提示應(yīng) 用嘗試打開(kāi)藍(lán)牙,用戶允許開(kāi)啟藍(lán)牙后,通過(guò)右下角的添加按 鈕能夠搜索節(jié)點(diǎn)信息。當(dāng)用戶走近某一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),App 周期性 檢測(cè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度(RSSI),可大致計(jì)算出藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)與 用戶之間的距離,系統(tǒng)可以設(shè)定一個(gè)觸發(fā)距離,例如設(shè)定觸 發(fā)距離為 0.2 m,當(dāng)用戶與節(jié)點(diǎn)之間的距離小于或等于 0.2 m 時(shí), App 即對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信息及定位信息進(jìn)行推送,方便用戶尋找 當(dāng)前所在位置及選擇目的地進(jìn)行導(dǎo)航。同時(shí)用戶還可以在單擊 鏈接打開(kāi)的網(wǎng)頁(yè)中單擊“回到主頁(yè)”按鈕,進(jìn)入航班信息搜索 頁(yè)面,尋找自己的航班信息。

基于低功耗藍(lán)牙的物聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

低功耗藍(lán)牙雖然功率小但傳輸速率較低,因此借助如今 已十分發(fā)達(dá),且傳輸速率快的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。采用將藍(lán)牙和移動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)相結(jié)合的方式推送信息,能提高信息的傳輸量和傳輸速率, 更好地實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。且由于向用戶推送的信息存在網(wǎng) 頁(yè)上,可方便的在網(wǎng)頁(yè)后臺(tái)更改,因此不需要頻繁更新手機(jī)軟 件來(lái)更新信息。


4 系統(tǒng)測(cè)試



藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可行性測(cè)試結(jié)果如表 1 所列。

基于低功耗藍(lán)牙的物聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5 應(yīng)用前景

該藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠幫助機(jī)場(chǎng)工作人員進(jìn)行大范圍的 信息推送,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)定位及導(dǎo)航,當(dāng)用戶走近藍(lán)牙節(jié) 點(diǎn)時(shí),會(huì)接收到自己的當(dāng)前位置,并可選擇目的地進(jìn)行導(dǎo)航。
該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用在航站樓中,還可以用在各商業(yè)大 樓、學(xué)校教學(xué)樓、旅游景點(diǎn)等地,跟據(jù)應(yīng)用地不同,功能偏重 亦有所不同。
6 結(jié) 語(yǔ)
本文先介紹了低功耗藍(lán)牙功耗低、成本低等特點(diǎn),而利 用低功耗藍(lán)牙芯片搭建的系統(tǒng)可通過(guò)檢測(cè) RSSI 值來(lái)判斷用戶 和節(jié)點(diǎn)的距離,當(dāng)用戶走進(jìn)設(shè)定觸發(fā)距離范圍內(nèi)時(shí),Android 端的 App 進(jìn)行信息推送并實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位,解決了 GPS 室內(nèi)無(wú) 法定位的問(wèn)題,使用戶能更好地享受物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的便利服務(wù)。


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