基于微芯科技BM70/1蓝牙模块iBeacon技术在定位系统的应用

作者/蔚湘绅 (贝能电子(福建)有限公司，辽宁 沈阳 110031)

       摘要：随着互联网和电子技术的发展，定位、导航类的应用日渐出现在人们身边，并给生活带来更多的便捷。传统定位技术多用于室外定位，基本实现方式都是依靠GPS，用于行车导航等应用。而室内定位这一新兴领域正开始慢慢走入人们的视野。不过，GPS并不适用于室内定位，而近年来刚开始流行的BLE Beacon技术，则有更多的优势。本文描述了一种基于BLE技术的室内定位系统，并简单介绍几种合适的应用。

      关键词：蓝牙模块;Beacon;定位;室内

　　1 基于iBeacon技术的定位系统原理简介

　　基于Beacon的定位技术，基本定位原理如图1。简而言之，基于iBeacon的定位系统是通过基站原理来定位的，系统中每一个iBeacon基站通过蓝牙广播自己的身份信息，当待定位设备进入覆盖区域后，通过检测周围iBeacon基站的信号强度，即可知道自己与每个基站间的距离。多个基站信息组合起来，就可以推算出自己的位置。

　　基于BLE的iBeacon，与经典蓝牙显著的区别是：①极低的功耗，对比经典蓝牙，BLE可降低90%以上的功耗。基站可以使用电池供电。②无需配对，通过广播的方式进行数据传输。③对于iOS系统，同样支持后台唤醒，保证客户良好的使用体验。

　　一个Beacon广播包通常包含如表1的信息。

　　表1的部分英文含义如下。

　　Proximity UUID：厂商识别号，区别不同厂商生产的Beacon标签。

　　Major：群组分类，区别不同场景间的Beacon标签。

　　Minor：区别同一场景下不同位置的Beacon标签。

　　Tx Power：用于测量设备与Beacon标签之间的距离。

　　显而易见，Tx Power是这场戏的主角。Tx Power越大，表示设备与标签间的距离越近，反之则距离越远。当设备检测到多个Beacon标签的Tx Power后，即可估算出自己的大概位置。

　　通常情况下，距离估算只定义了三个粗略的距离等级，即：

　　•非常近：10 cm内。

　　•近：1 m内。

　　•远：1 m外。

　　总之，基于iBeacon标签的室内定位技术是无法完成精确定位的，但是对于室内向导、引流等功能来说，精度是足够用的。

　　2 平台及方案

　　BM70/1系列蓝牙模组是美国微芯(Microchip)科技专门为蓝牙IoT应用推出的低功耗蓝牙(BLE)模组。模组使用自家基于8051内核的蓝牙芯片IS1870。具有低成本、低功耗、小尺寸及易于开发等特点，是非常适合基于Beacon的室内定位系统的一款蓝牙模组。

　　该系列模组支持BLE4.2标准。供电范围1.9 V~3.6 V。集成温度传感器、供电电压检测。同时提供有/无屏蔽罩及陶瓷天线的型号。最小尺寸仅为11.5 mm x 9 mm。仅需简单的几个外围器件即可工作。同时，该系列模组为透传模组，可以预配置设备名、密码等基本信息，只需简单的串口指令即可完成蓝牙的数据收发，可以最大程度地简化客户前期的研发工作。

　　在基于Beacon的定位系统中，可以使用具有最小尺寸的BM71蓝牙模组，以尽可能使Beacon节点具有更小的尺寸以便于安装布置。对于iBeacon应用，微芯科技提供了一套方便的UI配置界面帮助客户快速配置广播信息。

　　BM70/1内部存储空间分为2部分，分别为FLASH和EEPROM区。其中，Flash区用于存储产品级蓝牙固件，该固件以HEX形式提供，用户不需要2次修改即可直接使用。EEPROM区用于存储配置信息，客户可以提前配置好蓝牙模组的Device Name、Pin Code及UUID等各种信息并烧录到模组中。

　　同时，对于有特殊需求的用户，微芯科技还提供了一套完整的SDK及各类应用例程，可以对模组进行深度二次开发。

　　对于上述三部分，官方提供的软件分为别：IS1870_BM70_FlashUpdateTool;IS187x_102_BLEDK3_UI;IS187x MBIoT SDK。

　　3 Beacon标签的实现

　　以使用固件和UI配置的方式实现为例，用户可以通过如下几个简单步骤完成一个Beacon标签的配置。

　　①将TEST PIN置高进入调试模式。

　　②使用FlashUpdateTool将官方提供的固件写入BM70/1的FLASH中。

　　③使用BLEDK3_UI，按需要配置好蓝牙模组的基本信息后，写入BM70/1的EEPROM中。

　　④将TEST PIN置低进入运行模式并重新上电，此时，一个Beacon标签就配置好了。

　　4 定位算法的实现

　　已知三点位置为：A(X1,Y1),B(X2,Y2),C(X3,Y3)，已知D点(X0,Y0)到三点的距离为d1，d2，d3，如图2。

　　此时，D点位置可以通过下列方程中的任意两个进行求解：

　　(X0-X1)2+(Y0-Y1)2=d12

　　(X0-X2)2+(Y0-Y2)2=d22

　　(X0-X3)2+(Y0-Y3)2=d32

　　5 结论

　　基于Beacon的定位系统非常适合室内定位应用。标签可以使用电池供电，布置非常方便，应用很多，例如智慧商场推送及引导，停车场反向定位，微信摇一摇找周边用户等，愿各位读者发挥想象，找到最适合自己的应用。

　　参考文献

　　[1]Microchip.BM70/1 datasheet.

　　[2]Microchip.BM70_EvaluationBoardUserGuide.

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第2期第19页，欢迎您写论文时引用，并注明出处