基于物聯網的生活物品防丟器的可行性分析

李 陽，吳怡敏，龍繼權，曹 可，林小妹

（南京審計大學金審學院，江蘇 南京 210000）

隨著科技的迅猛發展，“物聯網”漸漸走入生活，但是還是有一些技術都存于陳列館并沒有在商業推動下融入生活。所謂“萬物互聯”的思想，大概就是將所有物體都聯系在一起，將物與物、人與物的連接，對物體跟蹤、搜尋能有一定的實時掌握的效果，無線互聯通信起著至關重要的作用。隨著跟蹤技術的發展，為防止人員走失、快遞物件丟失，防丟器、跟蹤器等產品提供了便捷，但是卻少有用于生活物品的防丟的。為了便利生活，為了解決生活物品丟失后難尋的困擾，不考慮被盜、被搶、被人撿走等導致的丟失現象，防丟器是一種貼近生活的產品。

1 生活物品防丟器的使用情況調查分析

1.1 調查設計與實施

生活節奏的加快不可避免地引發一些健忘現象，忘了錢包放哪去了、出門找不到鑰匙、飯卡不見了等，很多類似的遺失問題消磨大量寶貴時間，即使并不是多么貴重的物品，但是總會給生活帶來一些不必要的麻煩和困擾。針對這樣的現象，對生活物品防丟問題，制定了一份面對大眾的問卷調研。

通過收集數據和資料來了解一些遺失生活物品可能存在的情況，并對防丟的措施、對防丟器的了解等基本情況進行了了解分析。調查的內容主要包括性別、年齡段、遺失物品、同時丟失東西的數量、一般在什么地方丟失東西、遺失物品時的狀態、通常的尋回措施、有效方式、對防丟設備的接觸程度、購買意愿、對防丟產品功能的需求、防丟設備的用途了解等相關內容，能夠較全面了解普遍存在的生活遺失現象的基本情況。為增強數據容錯性和普遍性，選取針對人群主要是13～50歲的，故采取網上問卷調查，盡可能地覆蓋各個省份。本次問卷有效填寫為533份[1]。

1.2 調查結果分析

1.2.1 了解丟失現象的普遍性及主要的遺失物品類型

在對性別、年齡段等數據分析時發現，只有少數人從來沒丟過東西，對樣本分析其年齡段20歲以下居多，推測絕大多數人還是有過丟失東西的現象，生活物品的丟失總是會帶來許多不必要的麻煩，防丟設備或許能成為防丟措施中有利的助手。

對遺失物品的類型及數量進行分析時發現，各類遺失的物品中如鑰匙、證件、耳機、傘等，其中小型物品居多（見圖1），此題是多選題，在設計題目時，意在了解防丟器應用可行物，以及丟失尋回時的復雜性。這一問題對該項目意義重大，防丟設備使用的可行性，與所防丟的物件有極大關聯。同時，通過調查分析，確定接下來對生活物品的防丟的研究分析，均只針對容易遺失的物品，有如傘、鑰匙、包、書、手機、手表、電子手環等。

1.2.2 群眾對防丟設備的了解

圖1 遺失過哪些物品

有關遺失物品時的狀態、通常的尋回措施、有效方式等問題，目的是分析物品通常遺失的場所是否利于尋回、有防丟器是否能利于尋回。

在分析群眾對防丟設備的了解情況時發現，超過4/5的人對防丟設備防生活物品丟失或者協助尋回的作用效果并不知情。

1.2.3 群眾對功能上的需求

在問及基本功能的需求時，有表示最好是能有報警、閃爍等現象作為提示，有利于尋回；還有對靈敏度以及續航時間表示關心的。

在設置的開放性填空題問及對防丟設備的需求時，絕大多數人都表示希望能外觀小巧美麗，功能豐富，作用效果好。

不難看出，盡管現有的防丟設備不被了解不被看好，生活物品的防丟設備得不到商業重視，但是群眾在防丟尋回方面還是賦予期待的。

1.2.4 對防丟設備需要依靠軟件操控的看法

現有的防丟產品，絕大多數都是需要下載手機軟件，防丟功能要依靠軟件打開、設備連接等過程，對此，群眾最關心的還是個人信息是否會被泄密，軟件會不會對手機不安全，但是總體上表示排斥的人群只占不足11%，所以即使還是需要安裝軟件，即使會有一些并不那么便利的操作，大多數人還是能接受，丟失物品的燃眉之急，一切無損害的辦法都是值得嘗試的。

針對以上問題，本文基于物聯網的生活物品防丟器的可行性分析，通過對國內外現有物品防丟器或電子定位器等類似產品的優劣及研究現狀的了解，對使用物聯網技術解決物品防丟問題的必要性和可行性進行市場需求和技術實現分析，并得出防丟設備用于生活物品防丟問題的可行性分析[2]。

2 設備使用測試及分析

根據收集到的資料顯示，現有的防丟器都是需要供電的，有iFind那樣采用電磁波作為能量來源供電的，但大多數產品都是電池供電；樣式為掛件、貼片、卡、環4種，使用范圍有限，不能應用于一些小型生活物品，如耳機、首飾等；市面上的防丟器均是基于內置的藍牙模塊和手機軟件實現無線通信連接的配對，可想而知，有效通信距離問題是尋回時的難點。只要將防丟器與物品放置在一起，那么在藍牙的有效通信距離內，手機用戶便可以對防丟器進行定位，該方案在尋物過程中發揮了巨大作用。然而，在對防丟器進行定位時，現有技術存在以下缺陷：由于藍牙的有效通信距離有限，因此一旦防丟器與手機的距離超出了藍牙的有效通信距離，那么便較難實現對防丟器的定位。

經一段時間的設備了解發現，國內現有的小型防丟器價位差距不小，以100元為分界點，分為兩類設備。由于經費使用上限，無法通過購買大量設備來避免一些個體現象，導致實驗分析偏差過大，選擇在測試過后看各買家評論，結合眾多群眾現象及具體使用現象做一些分析。

分別使用兩種市面購買的防丟器進行實驗測試。第一次實驗是在操場完成的，寬闊無噪音，實驗當天天氣陰雨；第二次實驗是在食堂完成，建筑物內，且噪音較大。兩次實驗中實驗內容以調查中群眾最為關注的因素為主，主要包括：防丟器的外形（包括形狀、大小、重量等）、使用范圍（最長有效距離、有效角度范圍）、功能效果、耗電量影響、警報方式等。使用測試實驗的結果分析得出，關于警報方式運用的是可控可閃的光、聲結合的手段。白光，黑暗時利于尋找；70～90分貝的警報聲，不損傷聽力的情況下，可以調控音量大小。

在警報方面做得已經足夠好，但是對互聯方式及定位方式可以運用新的手法。主要的還是以使用藍牙3.0技術為主的互聯手段，通過手機軟件的方式，有GPS地圖的技術進行定位，但定位會因障礙物導致定位極其不準確。很明顯室內環境下的定位就容易受到誤導。而且，其定位方式中，是要將控制器（手機軟件一端）及防丟器（易失物品一端）分別進行定位，懷疑運用了衛星導航[3]。

3 功能設計及分析

市面上的防丟器大都由母機和子機共同構成，兩個都具有發射和接收信號功能，當兩者距離超過設定范圍時，母機報警，進入設定范圍，報警停止，子系統的含有報警和照明裝置，可以被控制器“呼喚”，達到定位提示的效果。

從組成部分劃分，可將整個防丟系統分為5部分：人員、數據（精確的可用的數據可以影響到查詢和分析的結果）、硬件、軟件（不僅包含控制軟件，還包括一些數據庫）、過程（互聯通信、尋物定位）[4]。

3.1 過程設計

3.1.1 人與生活物品互聯方式以及通信的模式

這個方向設計的主要目的有兩個：（1）為了建立遺失物品與人之間的無線連接，使其能進行通信。（2）為了采集與定位相關的數據，并使其成為定位計算的基礎。

在互聯通信的功能上，設計的主要思想是：用控制設備（母系統）和防丟器（子系統），將人與易失物品無線連接起來，通過應用軟件或集成芯片的方式將手機等電子設備作為控制器提供給人控制的操作權限，實現物聯網中人與物相連。

在無線通信過程中，通信的距離是不可忽視的因素，設計的想法是將距離分為兩類，不同類型之間所用通信技術不同并可以切換。在沒有定位成功前，通信距離小于50 m，即至少能滿足50 m（50 m的數據是在實驗過程中感受得出的，現有的技術幾乎能在50 m內成功無線互聯，因調查過程中沒有長距離的要求，故不做更長距離的要求），這樣的距離下對通信的要求就是只要能進行連接和大致方向的定位即可；當通信距離小于10 m范圍，則通過通信技術轉換的方式，如BLE4.0技術。

這樣的連接是“一對多”的連接，設計為一個控制器至多與5個防丟器連接，每個都有一個較短的序列號。

所以在母系統中，軟件最好是能有切換通信技術的權限。母系統主要是應用軟件，硬件方面由電子設備本身決定。控制端與防丟器端在無線連接成功后，防丟器一端在未被“呼喚”（待機）時，每間隔一定時間（hellotime）向控制端發送回自己的序列號，控制器收到后存一個臨時消息（temp）。正常情況下存儲最近時間內10～20條記錄，存滿后，下一條記錄將覆蓋第一條記錄，遂依次覆蓋。控制器若一段時間（deathtime）內未收到定位，則表明子系統一段出現異常，物品可能已丟失，程序發出物品丟失信息以消息（Message）方式呈現在手機上，并調出子系統最后時間發送的定位。該時間可由用戶更改設置，默認為hellotime=60 s，deathtime=hellotime*3。

但是通信時會因為角度問題造成的通信距離誤差較大。對于這一問題采取的解決辦法是，增加傳感器個數以擴大“感知”面積和角度，這樣不可避免帶來的問題就是防丟產品的體積會增大。

現有的產品中，警報方面有聲音、振動、LED 3種方式，現有運用于防丟器的只有聲音和LED，已經滿足絕大多數尋物情況。

當物體尋回，即相互距離＜1 m后，控制端手動確認尋回，程序發出命令，數據庫存儲一條包含尋回時物品的信息以及地理定位；也可手動放棄尋回。

這一環節解決信息來源的問題，是整個尋回過程的前提，是至關重要的。

3.1.2 定位方式

設計之初，有關定位的設想是能夠實現遙感。遙感狹義定義為，應用探測儀器不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。

設計過程中，將定位方式分為兩種：（1）母系統端，可用GPS和AGPS等進行定位記錄位置。（2）主要思想是“方向+距離”，用于定位防丟設備在控制器的方位。子系統在收到“呼喚”后，發送自己的序列號，控制端由此計算出該物品所在的方位，并根據時間差計算出距離，組成數組α（序列、方位、距離、當前時間、控制器當前經緯度）作為臨時消息（temp）。

3.1.3 設備續航問題

無線連接技術如WiFi和藍牙，都比較耗電，待電量低將不利于對丟失物品的尋回。由于控制端是在日常生活中人們習慣去經常性充電的電器中（如手機，故手機作為控制器時，不用再插入芯片，直接安裝軟件即可），就不考慮控制端的續航問題。

對于防丟的子系統一端，絕大多數都是紐扣電池供電的方式。警報所需的蜂鳴、白光，互聯時無線波通信的發送接收，這無不需要消耗電能。在防丟器正常待機狀態下，若電池欠壓，則發出蜂鳴警報（只有在快要沒電的時候防丟設備才會自主地警報，否則都要經過控制端控制下被動警報）。在防丟器與控制器超時失去聯系后，防丟器進入休眠省電狀態，等待下一次被喚醒。最好能進行“充電”的工作狀態，以防“失聯”。

關于iFind所用的電磁波供電技術，原理是使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅動電器。收集環境中雜散電磁波對傳感器進行供電，有利的一面可以嘗試，其弊端就是會增加子系統一段信息的過濾及處理問題。

3.2 其他部分

在整個設計中，人員是很重要的一部分，操作上的困難只會降低防丟產品對生活易失物品的尋回作用；數據的精準對定位影響很大，故數據的收集及處理顯得尤為重要；硬件專指子系統一端的防丟設備，要具備尋回信號的接收能力、抗干擾能力，則子系統絕對不能只是單純地收發信號，還要有一定的分析辨別功能；控制器端的軟件除了要滿足基本的程序功能外，為了便于尋回，數據庫存儲歷史丟失的記錄并統計分析常丟的場所及環境分析，這是可觀的數據分析，也對糾正丟三落四的習慣起著良性作用[5]。

4 結語

通過調查分析，針對市場需求，越來越多的人對物品防丟器充滿期待，充分說明了防丟產品值得通過技術發展、不斷分析和探究。國內早在2008年就有直接相關的技術研究性的論文在期刊中發表，市場上也已經有防丟設備的交易，但在生活中，卻很少有人去使用防丟設備。相信在物聯網的發展下，無線互聯通信技術的提升會為生活物品防丟帶來一些更好更便利的產品，大大提高生活便捷。