閆凱鋒

【摘要】利用藍(lán)牙技術(shù)的無線通信和定位功能，開發(fā)一種工廠巡檢定位和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在工廠車間內(nèi)架設(shè)藍(lán)牙模塊，建立基站，當(dāng)巡檢人員手持藍(lán)牙終端在工廠內(nèi)巡檢時，系統(tǒng)可以實(shí)時定位巡檢人員所處的位置，并將巡檢人員得到的巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時同步到計(jì)算機(jī)上，并實(shí)時顯示在控制室的屏幕上。

【關(guān)鍵詞】藍(lán)牙室內(nèi)定位工廠巡檢數(shù)據(jù)通信信號強(qiáng)度指紋定位

一、引言

現(xiàn)在正在使用的工廠巡檢設(shè)備普遍采用打卡或者簽字等手段監(jiān)督巡檢人員是否到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行了巡檢，巡檢完成后再將巡檢設(shè)備插在計(jì)算機(jī)上，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。甚至有些工廠還采用手工記錄巡檢數(shù)據(jù)的方式，回到辦公室后再將數(shù)據(jù)手工錄入計(jì)算機(jī)。這些設(shè)備使用極其不方便，而且時常造成錯誤，而且也存在很多管理漏洞。我們將采用室內(nèi)定位技術(shù)對巡檢人員的整個巡檢過程進(jìn)行監(jiān)督，同時利用無線通信技術(shù)將巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時同步到計(jì)算機(jī)。

目前，比較流行的室內(nèi)定位和無線通信技術(shù)是采用WiFi技術(shù)，但是WiFi定位系統(tǒng)具有架設(shè)成本較高，功耗較大等弱點(diǎn)，阻礙了室內(nèi)定位技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。我們采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和數(shù)據(jù)通信功能。

二、定位原理

藍(lán)牙終端和基站之間的距離計(jì)算可以通過接受信號強(qiáng)度（RSSI）、到達(dá)時間（TOA）、到達(dá)角度（AOA）、到達(dá)時差（TDOA）等技術(shù)獲得。近年，信號指紋技術(shù)成為一種新興的定位技術(shù)。

基于工廠內(nèi)部有些區(qū)域定位精度要求較高，而有些區(qū)域定位精度要求較低，我們采用基于信號強(qiáng)度（RSSI）的定位技術(shù)和基于指紋的定位技術(shù)相結(jié)合的方式。

（1）基于信號強(qiáng)度（RSSI）的定位技術(shù)

三個藍(lán)牙基站（BS1、BS2、BS3）與藍(lán)牙終端（MS）之間的位置關(guān)系如圖1所示。r1、r2、r3為MS與三個BS之間距離，這個距離可以根據(jù)信號強(qiáng)度與距離的函數(shù)關(guān)系計(jì)算得到。

（2）基于指紋的定位技術(shù)

接收到的信號由于其對地形和傳播時障礙具有依賴性，因而呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的站點(diǎn)特殊性，因此，對于每一個位置來說，該信道的多徑結(jié)構(gòu)對每一個位置是唯一的，如果同樣的射頻信號被從該位置發(fā)射，這樣的多徑特征可以被認(rèn)為是該位置的指紋或者特征簽名。

當(dāng)使用指紋識別進(jìn)行定位時，藍(lán)牙終端使用接收到的多個基站信號強(qiáng)度構(gòu)建RSSI向量。為方便描述，假設(shè)藍(lán)牙終端檢測到的RSSI向量表示為m=（m1，…，mi，…mp），其中mi為第i基站發(fā)射的RSSI值，mp為基站總數(shù)。

指紋庫表示為nj=（n1，…，np），指紋庫中每個rj所對應(yīng)的坐標(biāo)是已知的，表示為：l=f（n）。

在實(shí)際使用過程中，當(dāng)藍(lán)牙終端在定位區(qū)域某一位置時，其接收來自p個基站的信號，其信號強(qiáng)度可構(gòu)成RSSI向量m=（m1，…，mi，…mp），此時將m與指紋庫進(jìn)行比對，從而得到位置坐標(biāo)。

三、系統(tǒng)組成

在工廠車間內(nèi)架設(shè)藍(lán)牙模塊，當(dāng)巡檢人員在工廠內(nèi)巡檢時，系統(tǒng)可以實(shí)時定位巡檢人員所處的位置，并將巡檢人員得到的巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時同步到計(jì)算機(jī)上，并實(shí)時顯示在控制室的屏幕上。

本系統(tǒng)包括三部分：藍(lán)牙基站、藍(lán)牙終端、上位機(jī)。

（1）藍(lán)牙基站：主要功能是檢測周圍藍(lán)牙終端的RSSI，并將結(jié)果上傳給上位機(jī)。多臺藍(lán)牙基站架設(shè)在工廠內(nèi)。

（2）藍(lán)牙終端：與藍(lán)牙基站進(jìn)行通信，從而檢測出藍(lán)牙終端的位置。藍(lán)牙終端由巡檢人員隨身攜帶。同時藍(lán)牙終端可以將巡檢數(shù)據(jù)輸入藍(lán)牙終端，然后數(shù)據(jù)再通過藍(lán)牙基站上傳至上位機(jī)。

（3）上位機(jī)：通過藍(lán)牙基站接收定位信息和巡檢數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算后，將定位數(shù)據(jù)和巡檢數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上。

工作流程是：通過架設(shè)在工廠內(nèi)的藍(lán)牙基站，測出藍(lán)牙終端在基站出的RSSI，藍(lán)牙基站把這些RSSI數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)對RSSI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，得到藍(lán)牙終端的位置數(shù)據(jù)，并顯示在控制室顯示器上。

四、技術(shù)優(yōu)勢

（1）功耗低：目前藍(lán)牙基站及終端功耗已經(jīng)非常低，一個藍(lán)牙基站可以依賴紐扣電池持續(xù)工作一年。

（2）成本低：藍(lán)牙基站的成本非常低。基于CSR芯片的的基站每個只有20元人民幣左右，將來批量生產(chǎn)成本還能進(jìn)一步降低。

（3）架設(shè)容易：藍(lán)牙基站體積小，而且可以用電池供電，藍(lán)牙基站可以像即時貼一樣隨意用雙面膠把基站粘到需要做定位的區(qū)域。

（4）定位精度高：定位精度和藍(lán)牙基站的鋪設(shè)密度和發(fā)射功率有密切關(guān)系。即使采用簡單的信號強(qiáng)度算法，如果每隔10米架設(shè)一個，定位精度可以控制到1米以內(nèi)。

五、總結(jié)與展望

隨著近幾年藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，尤其是藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，藍(lán)牙技術(shù)的功耗和成本都大大降低，定位的精度也越來越高，藍(lán)牙定位技術(shù)已經(jīng)具備商業(yè)推廣的條件。未來，藍(lán)牙技術(shù)將會給人們工作和生活方式帶來更多的便利?；谒{(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品將會越來越普及。

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