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低功耗蓝牙测距技术方案介绍及优化建议

低功耗蓝牙测距技术方案介绍及优化建议

2022/6/27 17:53:17

随着无线射频技术的发展,以低成本、低能耗、低复杂性、高灵敏度为显著优点的短距离技术:RFID、蓝牙、WiFi,还有被苹果带热的UWB,它们满足了用户对无线通信产品的强烈追求,尤其是能实现智能控制和无线感应等方便实用的功能。

其中一个就是测距应用,参与测距的蓝牙设备具有功耗小、连接速度快的特点。在实现精准测距的基础上,相比传统的UWB/RFID 方案,蓝牙测距仅是传统方案的几分之一甚至十分之一。 相比Wi-Fi定位,蓝牙受周围环境的干扰较小,再加上蓝牙功耗极低,使用普遍等特点,使得蓝牙测距技术成为室内定位技术中应用最为普遍的技术。

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蓝牙测距的原理和细节

蓝牙测距原理实际就是通过接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)来判断距离,基于蓝牙主动广播方式,理想情况下可以实现1~3米的定位误差。

实际环境中,无线信号的传播存在一定的规律,即随着接收节点与蓝牙节点之间距离的增大,其接收的信号强度呈对数函数的形式衰减。在实际测距情况下,受多路径、非视距等因素的影响,使接收到的RSSI值存在很大的波动性,导致偏离真实值。因此,在代入公式计算前需要对数据进行滤波处理,来提高RSSI测距精度。针对原始数据的波动现象,分别采用均值滤波、高斯滤波以及中值滤波与高斯滤波混合的数据处理方法处理原始数据,就会得到最终稳定、平滑的RSSI值。因此,RSSI稳定度直接取决于测距精度的高低。

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蓝牙测距的应用领域

蓝牙测距技术应用的领域和产品非常多,低功耗蓝牙发布之后,就有厂家推出防丢器产品,再就是蓝牙信标Beacon,室内定位。随着汽车智能化越来越流行,蓝牙测距技术进入了新能源汽车领域,使用蓝牙的汽车无钥匙进入系统已汽车成为标配,还有更多实用的应用正在推出,例如智能充电桩,无接触门锁、灯光、电梯、门窗控制应用。

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蓝牙测距解决方案

目前智汉科技已有客户使用蓝牙测距技术的产品正在推出,智汉科技的蓝牙测距解决方案是基于低功耗蓝牙模块做核心器件(推荐RC6621A模块),通过它的广播模式实现,目前仅低功耗蓝牙模块支持广播模式,而且此模块功耗非常低,支持频繁通断和快速连接。低功耗蓝牙模块实现测距,普遍是通过RSSI实现,在模块广播模式下,另一个蓝牙设备,比如智能手机连接该蓝牙模块,根据信号的强度,通过数学关系计算得出这两台蓝牙之间的距离远近,从而实现把信号强弱转化为距离的测算。

蓝牙测距技术,分为模块与智能终端测距和模块与模块之间测距。以下为两种测距原理:

1.检测智能手机与模块的距离,这个就需要做成HID(Human Interface Device),连接过的设备会自动重连,这个自动重连后蓝牙模块可以获取通信RSSI(信号强度),通过RSSI值判断距离;这种方式需要手机配对过模块,并且不支持多个手机同时与模块测距;

2.检测模块与模块的距离,需明确主从关系,这种不需要连接,一个主机模块(不能休眠)通过扫描周围从机模块广播,通过广播RSSI值判断距离。 

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假如测距所处环境比较复杂,低功耗蓝牙信号的传播会受到反射、多路径、天线增益、非视距等因素的影响,导致利用RSSI进行测距会出现一定的误差。一般5米以内有一定线性,但是一般都是要求靠近响应和离开响应距离差异稍微大一点,比如靠近1-2米,离开3-5米响应。需要减小测距误差,就需要有更复杂详细的解决方案,比如进行离群RSSI值处理,在线建模和误差补偿。它能得到与典型处理相比更好的测距性能。

审核编辑(
王静
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