室内定位终端的状态检测系统设计

陈小杰，段中伟

(1.重庆川仪控制系统有限公司，重庆 401121；2.重庆甲虫网络科技有限公司，重庆 401121)

0 引言

在科技技术迅速发展的今天，移动互联网已经深入用户的生活，基于物联网的产品层出不穷，使人们的生活更加方便快捷。在室外环境，用户依赖全球定位系统(global positioning system,GPS)解决出行问题。GPS是基于卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星接收到卫星信号的时间延迟计算出位置[1]。在大型建筑或复杂室内场景中，由于GPS卫星定位技术精度技术不够，仍不能满足针对重要设备的位置跟踪监测和获取人员位置的要求，有研究者利用惯性导航组合辅助进行定位[2-3]。在大型工厂、医院或者机场等物资多而繁杂的场景中，查找设备和获取人员位置仍是难点和痛点。该定位终端主要用于在室内复杂环境中，针对人员或重要物资的定位。利用该终端对周围定位标签信息进行定位，通过定位引擎计算自身位置，然后把自身位置发送到服务器，实时跟踪物资或人员的位置信息。

利用手机应用程序(application,APP)进行定位终端设备的检测，通过手机蓝牙和设备进行连接，检测设备状态信息。

1 系统概述

本系统是一个运行在移动端的APP，通过蓝牙和定位终端设备连接。蓝牙设备分为低功耗蓝牙和经典蓝牙，低功耗蓝牙(blue tooth,BLE),对应蓝牙4.0以上的版本[4-5]。利用手机蓝牙和定位终点通信，通过发送自定义的数据协议，获取定位终端的状态信息，包括电池电量、组网信息等。然后把获取的信息在界面上显示，可直观地对设备的状态进行监控和检测。通过发送自定义的参数数据格式，更改定位终端参数，完成定位终端的更新或优化。

2 系统设计与实现

2.1 整体架构

定位终端状态检测系统主要以手机为核心，通过蓝牙协议进行数据传输，然后同步到服务器中，进行定位终端的参数修改和状态检测。定位终端采用电池供电，功耗受限，所以BLE是最佳选择[6-7]。系统架构如图1所示。硬件模块为定位终端，中间部分为运行状态检测APP的宿主机。服务器端是保存定位终端状态的后台，主要是为了记录定位终端设备的位置、保存定位终端设备的状态信息。定位终端模块和手机通过蓝牙数据进行传输，手机和服务器端进行网络传输。

图1 系统架构图

2.2 状态检测

手机与定位终端的数据通过蓝牙协议进行传输，数据格式为自定义格式。手机作为上位机，通过发送命令的方式获取设备状态。定位终端作为下位机，蓝牙模块选用CC2541芯片。该芯片优化了2.4 GHz的应用功率，集成了射频收发器等功能[8-9],利用C语言开发，使用小型实时操作系统(real time operation system,RTOS)。在获取上位机的命令后，通过数据解析，得到上位机的状态请求，进一步获取自身的状态，并上报到上位机完成一次状态检测。

2.2.1 数据格式

上位机(手机端)和定位终端发送的通信数据格式主要由类型(type)、发送数据长度(length)、数据内容(data)和校验位组成。数据格式如表1所示。类型功能码主要有0xF4和0xF5。0xF4是手机APP向定位终端发送请求数据的格式类型，0xF5是定位终端向手机端发送状态信息的格式类型。数据长度是data数据区的内容长度。Data数据区是发送数据的具体内容，根据相应的功能需求进行设置。最后采用crc8的校验方式对整个数据进行校验。

表1 数据格式

2.2.2 读取和设置扫描窗口时间

扫描窗口时间的功能是为了控制定位终端设备上报扫描信息的频率。定位终端在扫描时间窗口内进行扫描，时间窗口结束则上报扫描到的定位标签的数量，然后进入下一个扫描窗口。扫描窗口时间越长，扫描到的标鉴个数可能越多；反之越少。如果需要高精度定位，则设置扫描窗口时间较小，通过多次定位矫正定位信息，达到精度要求。此功能的通信数据类型(type)是0xF4，长度(length)是发送数据内容的长度，发送的数据内容主要包括扫描窗口时间和状态值，采用crc8的方式进行校验。扫描窗口数据见表2。

表2 扫描窗口数据表

2.2.3 读取和设置最大扫描设备数

最大扫描设备个数是在规定扫描时间窗口内，定位终端扫描周围定位标签的数量阈值。如果达到该阈值，则停止扫描。通过设置合理的阈值，可以提高扫描室内环境中定位标签的质量，节约定位终端本身的功耗。扫描长度见表3。其中，数据区data的数据内容就是扫描个数。

表3 扫描长度表

3 测试运行

该状态检测系统运行在手机APP中，运行结果如图2所示。首先通过扫描查找到设备，运行结果如图2(a)所示。然后通过蓝牙连接获取到设备的基本信息。

图2 系统运行结果

4 结束语

随着物联网技术的发展，用户位置信息在生活中会显的越来越重要。室外定位和室内定位的结合达到无缝连接，是未来发展的趋势。复杂室内环境中，人员和重要物资的定位的需求会进一步放大。所以，对于定位终端自身的检测系统同样会越来越重要，对定位终端的检测工作会更多地落到巡检人员的身上。该检测系统运行在巡检人员的手机中，界面简单、直观，功能易用，可以很好地满足定位终端自身状态的检测功能。