《基于蓝牙技术的室内定位系统设计》
该文是蓝牙技术方面有关毕业论文格式模板范文和蓝牙和技术和定位和系统和设计有关论文参考文献范文.
摘 要：文中设计基于蓝牙技术,利用三边测量法、卡尔曼滤波器等推演方法进行定位、误差修正,通过手机开发实现室内物品的定位、跟踪等功能.系统具有结构简单、低功耗、低成本、可支持多种手机（Android及iOS）应用、实用性强等特点,可被应用在图书馆、体育馆、实验室、超市等场景下,快速进行物品搜寻定位、人员导航指引等,具有一定的推广价值.
关键词：蓝牙;iBeacon;定位;三边测量法;卡尔曼滤波器;信号强度
中图分类号：TP39;G482文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）01-00-05
0 引 言
随着现代通信与信息技术的发展,智能手机在导航、定位等方面的应用服务得到广泛认可.目前室外定位技术非常成熟,如我国的北斗、美国的GPS,以及百度地图、Google地图等,无论我们走到哪里都可以准确获知自己所处的位置,同时还可以了解周围商超、交通、餐饮等信息.但进入室内后,由于建筑物的屏蔽作用,使得卫星定位系统信号强度降低,上述应用服务的精确度大大下降,因此我们研究探讨了室内定位技术这一课题.
目前,常用的室内定位技术包括WiFi,RFID以及蓝牙等.本项设计基于蓝牙低功耗iBeacon技术,利用iBeacon模组以及自主开发的定位推演法,通过多个基地台与节点间的信号强度推算出各设备间的距离,从而计算出节点坐标位置,再配合手机APP,实现手机室内定位导航.
1 技术简介
1.1 蓝牙技术（Bluetooth）
蓝牙技术是一种短距离无线电通信技术标准,它工作在2.4 GHz频段,数据速率为1 Mbit/s、传输距离约10 m,可实现手机与计算机、家电、数码产品等的无线连接,便于移动操作.
2010年6月发布的蓝牙4.0版兼容传统蓝牙以及高速蓝牙,同时还可以利用智能技术降低功耗,因此被称为蓝牙低能耗版本 （Bluetooth Low Energy,BLE）.该无线技术拥有低成本、短距离、可互操作等优点.
1.2 iBeacon
iBeacon是苹果公司于2013年9月发布的供移动设备使用的低功耗、低成本信号传送器.其工作方式采用低功耗蓝牙（BLE）技术,向周围发送自己特有的ID,接收到该ID的装置可以享受获取物品信息、资讯告知等服务,还可以通过接收信号的强度推算物品距离及位置等.
1.3 室内定位技术比较
目前常用的室内定位技术有WiFi,RFID及蓝牙等,它们具有各自的优缺点.
（1）WiFi的优点是定位距离较远（100～300 m）、数据传输速率快（300 Mbps）且智能手机支持WiFi室内定位技术,但同时其缺点也较明显,如功耗大、不支持电池续电、一般需要市电供电、成本高等.
（2）RFID的优点是无需供电、成本低、應用广泛,但其传输距离短（1 m以内）、速率低（小于250 Kbps）、抗干扰能力差,且不支持手机应用.
（3）蓝牙iBeacon的优点是低功耗、低成本、传输距离10 m以上、传输速率1 Mbps以上、支持智能手机应用,因此适合室内定位.其缺点是在较大空间里,如体育馆、展览馆等,需要设置多个基地台才能实现准确定位.
2 开发工具
2.1 硬件工具
2.1.1 Arduino IDE
Arduino IDE是含有开发板和开发环境软件的开源开发平台.核心是Atmel公司设计生产的R单片机,具有开源、廉价、简单易懂、容易上手等优点,适合快速开发.其在本项设计中的作用是设定基地台相关参数,对iBeacon基地台的数据进行测试或修改,利用AT指令设置iBeacon设备、节点,以接收基地台信号.
2.1.2 智能手机
目前无论是Android手机还是iOS手机都支持蓝牙技术.Android4.3以上的版本还支持iBeacon.所以在此项设计中,只要符合上述要求的手机都能实现定位功能.
2.1.3 HM-10蓝牙4.0模块
HM-10模块较高,但功能齐全,可以由Arduino发送AT指令修改相关参数,将其设置成主模式或从模式,其中从模式可以作为iBeacon 基地台,发射信号给手机,主模式可以接收来自其他基地台的信号,从而实现不同位置节点的相关功能.
2.1.4 C1a蓝牙模块
C1a蓝牙模块较低,结构简单,不能作为主模式设备使用,只能发送信号,但优点是功耗低、成本低,可以设置成基地台,发射信号给手机或其他主模式设备.
2.2 软件工具
2.2.1 Visual Studio
在Visual Studio环境下,利用C#开发窗口界面.将基地台语法、卡尔曼滤波器语法、三边测量法的语法加以整合,设计手机应用APP.同时还包括接收蓝牙的信号强度,计算坐标数值,将使用者或物品等坐标位置直观显示在地图上.
2.2.2 Processing
Processing可以制作出简单的接口界面,将Arduino信息传送给Processing,由其处理后显示在界面上.例如通过测试卡尔曼滤波器滤波前和滤波后的曲线图,将平滑后的信号强度传送给Processing,处理后显示.
2.2.3 Origin
通过Origin修正数学公式.利用信号强度数据修正距离公式系数,只需将测量好的距离以及信号强度数据进行比对,利用数据拟合即可产生新的系数.
3 系统设计
室内定位系统的工作原理：将三个（或更多）蓝牙iBeacon基地台放置在某一场所内不同的特定位置,通过手机APP接收基地台信号,按照推算方式计算出手机坐标.根据iBeacon特性,当手机接近具有iBeacon功能的物品时会接收到相关信息,并在手机地图中显示物品的位置信息,从而实现寻找和定位功能.
汇总,该文是一篇关于蓝牙和技术和定位和系统和设计方面的相关大学硕士和蓝牙技术本科毕业论文以及相关蓝牙技术论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
蓝牙技术引用文献:
[1] 蓝牙技术论文范文 蓝牙技术方面有关硕士论文开题报告范文8000字
[2] 蓝牙论文范文 关于蓝牙方面论文如何怎么撰写2万字
[3] 蓝牙模块和cc2541学术论文怎么写 蓝牙模块和cc2541有关硕士学位论文范文5000字
