室內定位終端的狀態檢測系統設計

陳小杰，段中偉

(1.重慶川儀控制系統有限公司，重慶 401121；2.重慶甲蟲網絡科技有限公司，重慶 401121)

0 引言

在科技技術迅速發展的今天，移動互聯網已經深入用戶的生活，基于物聯網的產品層出不窮，使人們的生活更加方便快捷。在室外環境，用戶依賴全球定位系統(global positioning system,GPS)解決出行問題。GPS是基于衛星時刻發布其位置和時間數據信號，用戶接收機可以測量每顆衛星接收到衛星信號的時間延遲計算出位置[1]。在大型建筑或復雜室內場景中，由于GPS衛星定位技術精度技術不夠，仍不能滿足針對重要設備的位置跟蹤監測和獲取人員位置的要求，有研究者利用慣性導航組合輔助進行定位[2-3]。在大型工廠、醫院或者機場等物資多而繁雜的場景中，查找設備和獲取人員位置仍是難點和痛點。該定位終端主要用于在室內復雜環境中，針對人員或重要物資的定位。利用該終端對周圍定位標簽信息進行定位，通過定位引擎計算自身位置，然后把自身位置發送到服務器，實時跟蹤物資或人員的位置信息。

利用手機應用程序(application,APP)進行定位終端設備的檢測，通過手機藍牙和設備進行連接，檢測設備狀態信息。

1 系統概述

本系統是一個運行在移動端的APP，通過藍牙和定位終端設備連接。藍牙設備分為低功耗藍牙和經典藍牙，低功耗藍牙(blue tooth,BLE),對應藍牙4.0以上的版本[4-5]。利用手機藍牙和定位終點通信，通過發送自定義的數據協議，獲取定位終端的狀態信息，包括電池電量、組網信息等。然后把獲取的信息在界面上顯示，可直觀地對設備的狀態進行監控和檢測。通過發送自定義的參數數據格式，更改定位終端參數，完成定位終端的更新或優化。

2 系統設計與實現

2.1 整體架構

定位終端狀態檢測系統主要以手機為核心，通過藍牙協議進行數據傳輸，然后同步到服務器中，進行定位終端的參數修改和狀態檢測。定位終端采用電池供電，功耗受限，所以BLE是最佳選擇[6-7]。系統架構如圖1所示。硬件模塊為定位終端，中間部分為運行狀態檢測APP的宿主機。服務器端是保存定位終端狀態的后臺，主要是為了記錄定位終端設備的位置、保存定位終端設備的狀態信息。定位終端模塊和手機通過藍牙數據進行傳輸，手機和服務器端進行網絡傳輸。

圖1 系統架構圖

2.2 狀態檢測

手機與定位終端的數據通過藍牙協議進行傳輸，數據格式為自定義格式。手機作為上位機，通過發送命令的方式獲取設備狀態。定位終端作為下位機，藍牙模塊選用CC2541芯片。該芯片優化了2.4 GHz的應用功率，集成了射頻收發器等功能[8-9],利用C語言開發，使用小型實時操作系統(real time operation system,RTOS)。在獲取上位機的命令后，通過數據解析，得到上位機的狀態請求，進一步獲取自身的狀態，并上報到上位機完成一次狀態檢測。

2.2.1 數據格式

上位機(手機端)和定位終端發送的通信數據格式主要由類型(type)、發送數據長度(length)、數據內容(data)和校驗位組成。數據格式如表1所示。類型功能碼主要有0xF4和0xF5。0xF4是手機APP向定位終端發送請求數據的格式類型，0xF5是定位終端向手機端發送狀態信息的格式類型。數據長度是data數據區的內容長度。Data數據區是發送數據的具體內容，根據相應的功能需求進行設置。最后采用crc8的校驗方式對整個數據進行校驗。

表1 數據格式

2.2.2 讀取和設置掃描窗口時間

掃描窗口時間的功能是為了控制定位終端設備上報掃描信息的頻率。定位終端在掃描時間窗口內進行掃描，時間窗口結束則上報掃描到的定位標簽的數量，然后進入下一個掃描窗口。掃描窗口時間越長，掃描到的標鑒個數可能越多；反之越少。如果需要高精度定位，則設置掃描窗口時間較小，通過多次定位矯正定位信息，達到精度要求。此功能的通信數據類型(type)是0xF4，長度(length)是發送數據內容的長度，發送的數據內容主要包括掃描窗口時間和狀態值，采用crc8的方式進行校驗。掃描窗口數據見表2。

表2 掃描窗口數據表

2.2.3 讀取和設置最大掃描設備數

最大掃描設備個數是在規定掃描時間窗口內，定位終端掃描周圍定位標簽的數量閾值。如果達到該閾值，則停止掃描。通過設置合理的閾值，可以提高掃描室內環境中定位標簽的質量，節約定位終端本身的功耗。掃描長度見表3。其中，數據區data的數據內容就是掃描個數。

表3 掃描長度表

3 測試運行

該狀態檢測系統運行在手機APP中，運行結果如圖2所示。首先通過掃描查找到設備，運行結果如圖2(a)所示。然后通過藍牙連接獲取到設備的基本信息。

圖2 系統運行結果

4 結束語

隨著物聯網技術的發展，用戶位置信息在生活中會顯的越來越重要。室外定位和室內定位的結合達到無縫連接，是未來發展的趨勢。復雜室內環境中，人員和重要物資的定位的需求會進一步放大。所以，對于定位終端自身的檢測系統同樣會越來越重要，對定位終端的檢測工作會更多地落到巡檢人員的身上。該檢測系統運行在巡檢人員的手機中，界面簡單、直觀，功能易用，可以很好地滿足定位終端自身狀態的檢測功能。