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低功耗藍(lán)牙測距技術(shù)應(yīng)用方案介紹及優(yōu)化建議

http://casecurityhq.com 2022-06-28 10:59 深圳市智漢科技有限公司

 隨著無線射頻技術(shù)發(fā)展,以低成本、低能耗、低復(fù)雜性、高靈敏度為顯著優(yōu)點(diǎn)的短距離無線通信技術(shù)RFID、藍(lán)牙、WiFi,還有被蘋果帶熱的UWB,它們滿足了用戶對無線通信產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求,尤其是能實(shí)現(xiàn)智能控制無線感應(yīng)等方便實(shí)用的功能

其中一個就是測距應(yīng)用,參與測距的藍(lán)牙設(shè)備具有功耗小、連接速度快的特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測距的基礎(chǔ)上,相比傳統(tǒng)的UWB/RFID 方案,藍(lán)牙測距僅是傳統(tǒng)方案的幾分之一甚至十分之一。 相比Wi-Fi定位,藍(lán)牙受周圍環(huán)境的干擾較小,再加上藍(lán)牙功耗極低,使用普遍等特點(diǎn),使得藍(lán)牙測距技術(shù)成為室內(nèi)定位技術(shù)中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)。

藍(lán)牙測距的原理和細(xì)節(jié)

藍(lán)牙測距原理實(shí)際就是通過接收信號強(qiáng)度指示Received Signal Strength Indication, RSSI來判斷距離,基于藍(lán)牙主動廣播方式,理想情況下可以實(shí)現(xiàn)1~3米的定位誤差。

實(shí)際環(huán)境中,無線信號的傳播存在一定的規(guī)律,即隨著接收節(jié)點(diǎn)與藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)之間距離的增大,其接收的信號強(qiáng)度呈對數(shù)函數(shù)的形式衰減在實(shí)際測距情況下,受多路徑、非視距等因素的影響,使接收到的RSSI值存在很大的波動性,導(dǎo)致偏離真實(shí)值。因此,在代入公式計(jì)算前需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,來提高RSSI測距精度。針對原始數(shù)據(jù)的波動現(xiàn)象,分別采用均值濾波、高斯濾波以及中值濾波與高斯濾波混合的數(shù)據(jù)處理方法處理原始數(shù)據(jù),就會得到最終穩(wěn)定、平滑RSSI值。因此,RSSI穩(wěn)定度直接取決于測距精度的高低。

藍(lán)牙測距的應(yīng)用領(lǐng)域

藍(lán)牙測距技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域和產(chǎn)品非常多,低功耗藍(lán)牙發(fā)布之后,就有廠家推出防丟器產(chǎn)品,再就是藍(lán)牙信標(biāo)Beacon,室內(nèi)定位。隨著汽車智能化越來越流行,藍(lán)牙測距技術(shù)進(jìn)入了新能源汽車領(lǐng)域,使用藍(lán)牙的汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)已汽車成為標(biāo)配,還有更多實(shí)用的應(yīng)用正在推出,例如智能充電樁,無接觸門鎖、燈光、電梯、門窗控制應(yīng)用。

藍(lán)牙測距解決方案

目前智漢科技已有客戶使用藍(lán)牙測距技術(shù)的產(chǎn)品正在推出,智漢科技的藍(lán)牙測距解決方案是基于低功耗藍(lán)牙模塊做核心器件(推薦RC6621A模塊),通過它的廣播模式實(shí)現(xiàn),目前僅低功耗藍(lán)牙模塊支持廣播模式,而且此模塊功耗非常低,支持頻繁通斷和快速連接。低功耗藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)測距,普遍是通過RSSI實(shí)現(xiàn),在模塊廣播模式下,另一個藍(lán)牙設(shè)備,比如智能手機(jī)連接該藍(lán)牙模塊,根據(jù)信號的強(qiáng)度,通過數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算得出這兩臺藍(lán)牙之間的距離遠(yuǎn)近,從而實(shí)現(xiàn)把信號強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為距離的測算。

藍(lán)牙測距技術(shù),分為模塊與智能終端測距和模塊與模塊之間測距。以下為兩種測距原理:

   1.檢測智能手機(jī)模塊的距離,這個就需要做成HIDHuman Interface Device,連接過的設(shè)備會自動重連,這個自動重連后藍(lán)牙模塊可以獲取通信RSSI(信號強(qiáng)度),通過RSSI值判斷距離;這種方式需要手機(jī)配對過模塊,并且不支持多個手機(jī)同時(shí)與模塊測距;

2.檢測模塊模塊,需明確主從關(guān)系,這種不需要連接,一個主機(jī)模塊(不能休眠)通過掃描周圍從機(jī)模塊廣播,通過廣播RSSI值判斷距離。

假如測距所處環(huán)境比較復(fù)雜,低功耗藍(lán)牙信號的傳播受到反射、多路徑、天線增益、非視距等因素的影響,導(dǎo)致利用RSSI進(jìn)行測距出現(xiàn)一定的誤差。一般5米以內(nèi)有一定線性,但是一般都是要求靠近響應(yīng)和離開響應(yīng)距離差異稍微大一點(diǎn),比如靠近1-2米,離開3-5米響應(yīng)。需要減小測距誤差,就需要有更復(fù)雜詳細(xì)解決方案比如進(jìn)行離群RSSI值處理,在線建模和誤差補(bǔ)償。它能得到與典型處理相比更好的測距性能。

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