基于iBeacon的固定資產定位與防丟防盜系統的設計

牛超 汪輝 王若璇 吳萍玲 劉芳

摘 要：針對生活中固定資產遺失的問題，文中設計了一種基于iBeacon技術的定位防盜系統。該系統包含多個iBeacon基站，將定位節點設置在待定位的移動個體上，通過藍牙和LoRa將其周圍的多個通用唯一識別碼及對應的信號強度進行輸出，并結合無線網關和云平臺對固定資產所在位置進行監測。

關鍵詞：iBeacon技術;藍牙;LoRa;無線網關;云平臺

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）01-00-02

0 引 言

固定資產定位技術是指在固定資產環境中實現位置定位，主要采用無線通信、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套固定資產位置定位體系，從而對固定資產在固定資產空間中的位置進行監控，以防丟失。發展至今，這一技術衍生了多種人員/物品定位管理系統。由于建筑物遮擋，GPS定位技術難以精確定位。因此，目前廣泛需要一種兼具定位精度高、功耗低的固定資產定位系統，iBeacon技術就顯得尤為重要。iBeacon技術可以很好地判斷人員、物品的具體方位，精度可達到米級，因此可有針對性地為行業互聯化提供更多可能性。iBeacon在接受到用戶請求定位指令后，計算出用戶的具體位置坐標并傳送到服務器端，服務器端經過處理傳輸給云平臺。一個完整的iBeacon基站包含了低功耗ARM SoC芯片、存儲模塊、低功耗藍牙模塊、電池系統等。通過這些設備，iBeacon可實現接收、傳輸、存儲、上傳信息甚至掃描、定位用戶等多種功能。

1 系統整體架構

本文系統主要由移動應用平臺、云平臺、定位基站、終端設備組成。終端設備包含卡片貼附型標簽和標準型固定資產定位標簽，由標簽監測該固定資產的位置信息，然后由固定資產定位標簽向外廣播固定資產信息。定位基站分為LoRaWAN基站和固定資產定位基站。固定資產定位基站向LoRaWAN基站發送采集到的標簽信息，由LoRaWAN基站將定位測距的結果發送至云平臺。云平臺對接收到的數據進行相應的處理并儲存，以便實時查詢。云管理平臺對用戶、設備、監測數據等信息進行管理，包含連接管理平臺及應用支撐平臺。系統整體架構如圖1所示。

2 硬件設計

BeaconSense藍牙標簽在靜止狀態下自動進入低功耗狀態，周期性地以相同的發送功率發送iBeacon格式廣播信息，固定資產定位基站周期性地采集其信號覆蓋范圍內的固定資產廣播信息。其中，藍牙標簽用載有藍牙數據包的無線電波給移動設備指示方位。藍牙信標是一個帶電池的藍牙模塊，信標本身包括各種節能措施（如深度睡眠、免連接、協議簡單等），適用于室內定位。藍牙信標的工作就是每隔一定的時間用無線電廣播一個藍牙數據包出去，這個數據包可以除了信標ID不含任何信息，既可以是當前位置的地理坐標（如經度、緯度），也可以是其他相關信息。相對應的藍牙基站都能收到此信息，使用這些信息完成定位。配置好數據包的內容后，將數據發送至云平臺，云平臺可用這些信標找到相對應的工作人員所在的位置。定位精度和藍牙信標的鋪設密度和發射功率有密切關系。

LoRaWANModule（以下稱LWM）是高度集成低功耗無線控制模塊，主要采用LoRa專利遠程調制解調技術，內置STM32L系列CPU，用于超長距離擴頻通信。其在最大限度地降低電流消耗的同時，又大幅提高了抗干擾性和靈敏度。LWM支持LoRaWAN Class A，B，C三種協議模式，提供開源的SDK開發包，通過I2C/SPI/GPIO/ADC/DAC等連接傳感器及控制器即可快速開發具備物聯網通信能力的產品。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算達到了行業領先水平，成為遠距離傳輸和對可靠性要求極高的應用的最佳選擇。

云平臺接口通過LPWAN網絡上傳終端數據，經過云平臺進行解析提取成相應的業務數據，使用Http協議+Json數據格式推送至相應第三方服務器上，降低各類型廠商接入LPWAN的網絡使用成本。BeaconSense人員定位標簽周期性地發送iBeacon協議的廣播信號，信號包含人員ID等信息。

3 軟件設計

客戶端APP的主要功能是掃描周圍藍牙設備，將設備列表信息上傳至定位服務器，從而準確定位，并將結果展現給終端用戶。 Android應用開發工程所需的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易于開發低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy，BLE）傳感器的應用。Android 4.3系統Jelly Bean支持BLE，故可運用BLE為相互連接的設備開發APP。在大量運用BLE的情況下，采用BLE為相互連接的設備開發出的APP更有市場價值。對于本文系統，BLE對低功耗室內定位系統的開發具有非常重要的作用。

iBeacon是一項低耗能藍牙技術，其工作原理類似于藍牙技術。本文由Beacon發射信號，藍牙設備定位接收、反饋信號。當用戶進入、退出或在區域內徘徊時，Beacon的廣播有能力進行傳播，可計算用戶和Beacon的距離（可通過RSSI計算得到）。由此可知，只要有3個Beacon設備即可定位。

SurfaceView空間用來繪制動畫效果，BluetoothAdapter用來獲取藍牙設備，之后依次是藍牙設備信息向量、藍牙設備信號強弱向量、畫筆向量。在onCreate函數中執行的初始化相關操作主要有畫筆初始化和SurfaceView初始化，并設置回調函數。因為線程里無法進行界面更新，所以要把消息從線程里發送出來在消息句柄里進行處理，故在本文系統第37～65行會看到一個消息句柄，用來接收消息并根據消息內容重繪Surface View。

4 結 語

本文超低功耗室內定位系統相較于其他系統擁有許多特色。此定位系統采用藍牙+iBeacon形式，功耗較低，使得室內定位系統續航能力增強，在對固定資產定位時不必擔心系統沒電，也無需經常性地更換硬件。超低功耗室內定位系統除了功耗超低外，系統中每個藍牙設備的ID唯一，可定位指定固定資產。同時，本文低功耗室內定位系統解決了許多人工監控不能解決的問題，相比人工監控成本更低，更加實用，因此具有較高的應用價值。

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