一种新型蓝牙信标设备及其定位方法与流程

1.本发明涉及室内和局部区域定位技术领域，尤其涉及一种新型蓝牙信标设备及其定位方法。


背景技术：

2.随着智能手机和卫星定位的普及，人们已习惯依据gps定位进行出行，但卫星信号无法进入室内，所以现在的室内地下停车场内几乎都无法进行gps导航。为此，市面上出现了利用蓝牙信标(ibeacon)去实现的室内定位应用。
3.现有的蓝牙信标设备其优点是体积小、价格便宜，采用电池供电不需拉线，容易布署，但其缺点是靠一个不稳定的2.4g电磁波的rssi值来计算距离，其精度一般在3-5米，定位精度低，且为了延长电池寿命被设置成长休眠，信号刷新率低，大部分每秒只发1次，所以在移动状态下，例如室内行车和步行时，通过手机和蓝牙信标来实现的实时室内定位，偏差大，位置更新在时间上有滞后，定位效果并不尽人意。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于克服现有蓝牙信标用于室内定位时显现定位精度低，信号刷新率低这两个问题，本发明提出了一种新型蓝牙信标设备及其定位方法。
5.本发明一方面提出的一种新型蓝牙信标设备，包括外壳，所述外壳内设有电池、蓝牙soc芯片及天线，所述蓝牙soc芯片分别与所述电池和天线连接，所述外壳内还设有拾音器、滤波器及信号放大器，所述拾音器与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述蓝牙soc芯片连接，用于检测环境中超声波信号并输入给所述蓝牙soc芯片。
6.优选地，包含有多路所述拾音器、信号放大器和滤波器,每路的所述拾音器面对不同的方向,比较不同方向的场强计算出方向角并通过广播信号回传给用户终端。
7.优选地，所述滤波器为高通滤波电或带通滤波电路。
8.本发明另一方面提出一种新型蓝牙信标设备定位方法，利用上述的新型蓝牙信标设备，具体定位方法包括以下步骤：
9.s1、所述蓝牙soc芯片的内部软件控制整个所述蓝牙信标设备在休眠状态和工作状态之间不停循环，在工作状态时，所述拾音器、信号放大器及滤波器被激活，并把环境中检测的超声波信号输入给所述蓝牙soc芯片；
10.s2、所述蓝牙信标设备包括低性能和高性能两种工作模式,处于低性能模式时休眠的时间大于处于高性能模式时休眠的时间；
11.s3、当所述蓝牙信标设备进入工作状态时先检查是否有超声波信号,如果没有检测到,所述蓝牙soc芯片发送一个无音频场强值的广播信号,然后再按低性能模式的长休眠时间进入休眠状态；如果有检测到,所述蓝牙soc芯片发送一个有音频场强值的广播信号,然后再按高性能模式的短休眠时间进入休眠状态；
12.s4、在用户终端需要定位时,用户终端的定位软件在接收蓝牙广播信号的同时,通过外放喇叭向周围发射超声波来使周围的蓝牙信标设备进入高性能模式，当用户终端离开或结束定位时,已进入高性能模式的蓝牙信标又恢复成低性能模式；
13.s5、在用户终端的定位软件上能得到两个场强值,一是所述蓝牙信标设备所发信号本身的场强值rssi_r，二是用户终端所发超声波信号的场强值rssi_s.两个rssi值都通过信号衰减规律算出用户终端离蓝牙信标设备的大致距离，基于两个场强值再通过融合算法得出准确距离。
14.本发明的有益效果：可动态地让蓝牙信标设备在需要的时候提高刷新率,而平时则又处于低功耗状态,很好解决了性能和能耗的矛盾,另一方面,通过提供双场强值和方向角又能使得手机定位算法更加容易计算出精准距离。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种新型蓝牙信标设备的原理结构图；
16.图2为本发明提出的一种新型蓝牙信标设备与用户终端的交互图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
18.参考图1-2，本实施例中新型蓝牙信标设备，包括外壳1，外壳内设有电池2、蓝牙soc芯片3及天线4，蓝牙soc芯片3分别与电池2和天线4连接，外壳1内还设有拾音器5、滤波器6及信号放大器7，拾音器5与信号放大器7连接，信号放大器7与滤波器6与连接，滤波器6与蓝牙soc芯片3连接，用于检测环境中超声波信号并输入给蓝牙soc芯片3。
19.本实施例中，蓝牙信标设备定位方法的具体步骤如下：
20.蓝牙soc芯片内部软件控制整个蓝牙信标设备在休眠状态和工作状态之间不停循环，在工作状态时，拾音器，信号放大器，滤波器被激活并把环境中检测的超声波音频信号输入给蓝牙soc芯片。
21.蓝牙信标设备有低性能和高性能两种工作模式,处于低性能模式时休眠的时间长，例如休眠990ms,工作1ms；高性能模式时休眠的时间短，例如休眠49ms,工作1ms；
22.当信标进入工作状态时先通过拾音器检查是否有超声波信号,如果没有检测到超声波信号,蓝牙soc芯片通过蓝牙发送一个无音频场强值的广播信号,然后再按低性能模式的长休眠时间进入休眠状态.如果有检测到超声波信号,蓝牙soc芯片将检测出的音频场强值写入广播包数据里并以广播方式发送出去,然后再按高性能模式的短休眠时间进入休眠状态；
23.在用户终端需要定位时,用户终端定位软件在接收蓝牙广播信号的同时,通过外放喇叭向周围发射超声波来使周围的蓝牙信标设备进入高性能模式，当用户终端离开或结束定位时,已进入高性能模式的蓝牙信标设备又恢复低性能模式；
24.在用户终端,定位软件能得到2个场强值,一个是信标所发蓝牙信号本身的场强值rssi_r，另一个是用户终端所发超声波信号的场强值rssi_s(被蓝牙信标检测出的).这两个rssi都可通过信号衰减规律算出用户终端离蓝牙信标的大致距离，基于两个入参再通过融合算法可得出一个更精准的距离。而融合算法是较为常见的算法，可以有很多种实现方
式，例如蓝牙aoa+uwb融合定位、5g+蓝牙aoa融合定位、蓝牙aoa+ibeacon融合定位、地磁/惯导+蓝牙aoa融合定位、蓝牙mesh灯联网区域+高精度融合定位等等，具体步骤不再赘述。
25.另外,蓝牙信标内也可并行的设置多路拾音器,信号放大器,滤波器,每一路的拾音器面向不同方向,这样,各个方向所检测的场强值将会有所不同,优选出最大的场强值并同时把方向也给到手机,手机定位软件也可更加方便的计算出位置。
26.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种新型蓝牙信标设备，包括外壳，所述外壳内设有电池、蓝牙soc芯片及天线，所述蓝牙soc芯片分别与所述电池和天线连接，其特征在于，所述外壳内还设有拾音器、滤波器及信号放大器，所述拾音器与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述蓝牙soc芯片连接，用于检测环境中超声波信号并输入给所述蓝牙soc芯片。2.根据权利要求1所述的一种新型蓝牙信标设备，其特征在于，包含有多路所述拾音器、信号放大器和滤波器,每路的所述拾音器面对不同的方向,比较不同方向的场强计算出方向角并通过广播信号回传给用户终端。3.根据权利要求1或2所述的一种新型蓝牙信标设备，其特征在于，所述滤波器为高通滤波电或带通滤波电路。4.一种新型蓝牙信标设备定位方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的新型蓝牙信标设备，具体定位方法包括以下步骤：s1、所述蓝牙soc芯片的内部软件控制整个所述蓝牙信标设备在休眠状态和工作状态之间不停循环，在工作状态时，所述拾音器、信号放大器及滤波器被激活，并把环境中检测的超声波信号输入给所述蓝牙soc芯片；s2、所述蓝牙信标设备包括低性能和高性能两种工作模式,处于低性能模式时休眠的时间大于处于高性能模式时休眠的时间；s3、当所述蓝牙信标设备进入工作状态时先检查是否有超声波信号,如果没有检测到,所述蓝牙soc芯片发送一个无音频场强值的广播信号,然后再按低性能模式的长休眠时间进入休眠状态；如果有检测到,所述蓝牙soc芯片发送一个有音频场强值的广播信号,然后再按高性能模式的短休眠时间进入休眠状态；s4、在用户终端需要定位时,用户终端的定位软件在接收蓝牙广播信号的同时,通过外放喇叭向周围发射超声波来使周围的蓝牙信标设备进入高性能模式，当用户终端离开或结束定位时,已进入高性能模式的蓝牙信标又恢复成低性能模式；s5、在用户终端的定位软件上能得到两个场强值,一是所述蓝牙信标设备所发信号本身的场强值rssi_r，二是用户终端所发超声波信号的场强值rssi_s.两个rssi值都通过信号衰减规律算出用户终端离蓝牙信标设备的大致距离，基于两个场强值再通过融合算法得出准确距离。

技术总结
本发明公开了一种新型蓝牙信标设备及其定位方法，涉及室内和局部区域定位技术领域，具体是通过给现有蓝牙信标设备添加拾音器，音频放大器和滤波器,平时蓝牙信标设备处在耗电少的低性能模式,当需要定位时,定位用户终端通过发超声波使其临时进入高性能模式,同时,它也能把用户终端所发超声波信号的场强值返回给用户终端,用户终端基于双场强值更容易算出离蓝牙信标的距离,同样,用户终端基于高密度广播信号也能实时无延时计算出位置。度广播信号也能实时无延时计算出位置。度广播信号也能实时无延时计算出位置。


技术研发人员：邵景怡 田源 曾阳 王世尧
受保护的技术使用者：邵景怡
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2022/4/26