基于微芯科技BM70/1藍(lán)牙模塊iBeacon技術(shù)在定位系統(tǒng)的應(yīng)用

作者/蔚湘紳 (貝能電子(福建)有限公司，遼寧 沈陽 110031)

       摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子技術(shù)的發(fā)展，定位、導(dǎo)航類的應(yīng)用日漸出現(xiàn)在人們身邊，并給生活帶來更多的便捷。傳統(tǒng)定位技術(shù)多用于室外定位，基本實(shí)現(xiàn)方式都是依靠GPS，用于行車導(dǎo)航等應(yīng)用。而室內(nèi)定位這一新興領(lǐng)域正開始慢慢走入人們的視野。不過，GPS并不適用于室內(nèi)定位，而近年來剛開始流行的BLE Beacon技術(shù)，則有更多的優(yōu)勢。本文描述了一種基于BLE技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，并簡單介紹幾種合適的應(yīng)用。

      關(guān)鍵詞：藍(lán)牙模塊;Beacon;定位;室內(nèi)

　　1 基于iBeacon技術(shù)的定位系統(tǒng)原理簡介

　　基于Beacon的定位技術(shù)，基本定位原理如圖1。簡而言之，基于iBeacon的定位系統(tǒng)是通過基站原理來定位的，系統(tǒng)中每一個iBeacon基站通過藍(lán)牙廣播自己的身份信息，當(dāng)待定位設(shè)備進(jìn)入覆蓋區(qū)域后，通過檢測周圍iBeacon基站的信號強(qiáng)度，即可知道自己與每個基站間的距離。多個基站信息組合起來，就可以推算出自己的位置。

　　基于BLE的iBeacon，與經(jīng)典藍(lán)牙顯著的區(qū)別是：①極低的功耗，對比經(jīng)典藍(lán)牙，BLE可降低90%以上的功耗?；究梢允褂秒姵毓╇?。②無需配對，通過廣播的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。③對于iOS系統(tǒng)，同樣支持后臺喚醒，保證客戶良好的使用體驗(yàn)。

　　一個Beacon廣播包通常包含如表1的信息。

　　表1的部分英文含義如下。

　　Proximity UUID：廠商識別號，區(qū)別不同廠商生產(chǎn)的Beacon標(biāo)簽。

　　Major：群組分類，區(qū)別不同場景間的Beacon標(biāo)簽。

　　Minor：區(qū)別同一場景下不同位置的Beacon標(biāo)簽。

　　Tx Power：用于測量設(shè)備與Beacon標(biāo)簽之間的距離。

　　顯而易見，Tx Power是這場戲的主角。Tx Power越大，表示設(shè)備與標(biāo)簽間的距離越近，反之則距離越遠(yuǎn)。當(dāng)設(shè)備檢測到多個Beacon標(biāo)簽的Tx Power后，即可估算出自己的大概位置。

　　通常情況下，距離估算只定義了三個粗略的距離等級，即：

　　?非常近：10 cm內(nèi)。

　　?近：1 m內(nèi)。

　　?遠(yuǎn)：1 m外。

　　總之，基于iBeacon標(biāo)簽的室內(nèi)定位技術(shù)是無法完成精確定位的，但是對于室內(nèi)向?qū)?、引流等功能來說，精度是足夠用的。

　　2 平臺及方案

　　BM70/1系列藍(lán)牙模組是美國微芯(Microchip)科技專門為藍(lán)牙IoT應(yīng)用推出的低功耗藍(lán)牙(BLE)模組。模組使用自家基于8051內(nèi)核的藍(lán)牙芯片IS1870。具有低成本、低功耗、小尺寸及易于開發(fā)等特點(diǎn)，是非常適合基于Beacon的室內(nèi)定位系統(tǒng)的一款藍(lán)牙模組。

　　該系列模組支持BLE4.2標(biāo)準(zhǔn)。供電范圍1.9 V~3.6 V。集成溫度傳感器、供電電壓檢測。同時提供有/無屏蔽罩及陶瓷天線的型號。最小尺寸僅為11.5 mm x 9 mm。僅需簡單的幾個外圍器件即可工作。同時，該系列模組為透傳模組，可以預(yù)配置設(shè)備名、密碼等基本信息，只需簡單的串口指令即可完成藍(lán)牙的數(shù)據(jù)收發(fā)，可以最大程度地簡化客戶前期的研發(fā)工作。

　　在基于Beacon的定位系統(tǒng)中，可以使用具有最小尺寸的BM71藍(lán)牙模組，以盡可能使Beacon節(jié)點(diǎn)具有更小的尺寸以便于安裝布置。對于iBeacon應(yīng)用，微芯科技提供了一套方便的UI配置界面幫助客戶快速配置廣播信息。

　　BM70/1內(nèi)部存儲空間分為2部分，分別為FLASH和EEPROM區(qū)。其中，F(xiàn)lash區(qū)用于存儲產(chǎn)品級藍(lán)牙固件，該固件以HEX形式提供，用戶不需要2次修改即可直接使用。EEPROM區(qū)用于存儲配置信息，客戶可以提前配置好藍(lán)牙模組的Device Name、Pin Code及UUID等各種信息并燒錄到模組中。

　　同時，對于有特殊需求的用戶，微芯科技還提供了一套完整的SDK及各類應(yīng)用例程，可以對模組進(jìn)行深度二次開發(fā)。

　　對于上述三部分，官方提供的軟件分為別：IS1870_BM70_FlashUpdateTool;IS187x_102_BLEDK3_UI;IS187x MBIoT SDK。

　　3 Beacon標(biāo)簽的實(shí)現(xiàn)

　　以使用固件和UI配置的方式實(shí)現(xiàn)為例，用戶可以通過如下幾個簡單步驟完成一個Beacon標(biāo)簽的配置。

　　①將TEST PIN置高進(jìn)入調(diào)試模式。

　　②使用FlashUpdateTool將官方提供的固件寫入BM70/1的FLASH中。

　　③使用BLEDK3_UI，按需要配置好藍(lán)牙模組的基本信息后，寫入BM70/1的EEPROM中。

　　④將TEST PIN置低進(jìn)入運(yùn)行模式并重新上電，此時，一個Beacon標(biāo)簽就配置好了。

　　4 定位算法的實(shí)現(xiàn)

　　已知三點(diǎn)位置為：A(X1,Y1),B(X2,Y2),C(X3,Y3)，已知D點(diǎn)(X0,Y0)到三點(diǎn)的距離為d1，d2，d3，如圖2。

　　此時，D點(diǎn)位置可以通過下列方程中的任意兩個進(jìn)行求解：

　　(X0-X1)2+(Y0-Y1)2=d12

　　(X0-X2)2+(Y0-Y2)2=d22

　　(X0-X3)2+(Y0-Y3)2=d32

　　5 結(jié)論

　　基于Beacon的定位系統(tǒng)非常適合室內(nèi)定位應(yīng)用。標(biāo)簽可以使用電池供電，布置非常方便，應(yīng)用很多，例如智慧商場推送及引導(dǎo)，停車場反向定位，微信搖一搖找周邊用戶等，愿各位讀者發(fā)揮想象，找到最適合自己的應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]Microchip.BM70/1 datasheet.

　　[2]Microchip.BM70_EvaluationBoardUserGuide.

本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第19頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處