基于Semtech SX1278的LoRa加蓝牙校园学生安全及定位解决方案

基于LoRa加蓝牙校园学生安全及定位解决方案


1、 LoRa网关(基站):负责校园内的网络覆盖及胸牌数据采集;
2、定位胸牌:负责位标的数据采集,并通过LoRa传输到LoRa网关,可根据应用场景支持GPS等功能;
3、位标:室内定位或室外区域定位位置区域选择;
4、定位胸牌可充电,一次充电可用12天左右,安保、保洁等人员可人手一台设备,能够实时记录相关人员在校园内的活动情况,实时位置,并且可与安保人员的巡更等业务对接,实现一卡多用。位标:采用低功耗电池供电,仅需在合适的位置黏贴即可,无需供电及拉线,保障施工、维护方便,并且可通过 网络获取不同位标当前的电量情况,实时了解电量,为未来更好位标提供便利。基于LoRa的网关,一个校园最多2-3个网关即可覆盖,组网成本低廉。

蓝牙 Beacon 定位,利用Lora 远距离传输定位信息。

蓝牙 Beacon 是建立在低功耗蓝牙协议基础上的一种广播协议,同时它也是拥有这个协议的一款低功耗蓝牙设备(从机),但是它不能和任何低功耗蓝牙主机进行连接,借此向周围进行连续性广播。

1、作用
蓝牙 Beacon 是一个小型的信息基站,Beacon 技术通过 Bluetooth Smart 向通信覆盖范围内的移动设备捕捉和推送信息,主要应用在室内导航、人流分析、物品跟踪等。
如在百货商场及时推送品牌促销信息,和餐饮设施的位置,或在博物馆向游客推送文物信息等。

 2、蓝牙 Beacon 的工作原理
首先在需要定位的区域内铺设蓝牙 Beacon 信标,一般至少需要铺设 3 个蓝牙 Beacon 信标(因为定位算法要求至少知道三个点的 RSSI 值才能准确地计算定位);
1)蓝牙 Beacon 信标会每隔一定的时间广播一个数据包到周围;
2)当终端设备进入蓝牙 Beacon 的信号覆盖范围内,蓝牙主机在执行扫描动作时,会间隔地接收到蓝牙 Beacon 广播出来的数据包;
3)在蓝牙主机接收到的广播包时,会显示该广播包来自于哪一个蓝牙 Beacon 从机的 MAC 地址和当前的接收发送信号强度指示值 RSSI;
4)RSSI 值是确定蓝牙主机位置和蓝牙 Beacon 之间远近距离的依据;
5)通过内置的定位算法,以及和地图引擎数据库的交互,就可以测算出蓝牙主机当前的具体位置。
6)利用蓝牙Beacon 定位数据通过Lora发送到服务器。

3、应用

蓝牙 Beacon 最常用的功能就是室内定位,将 Beacon 节点布在适当的位置,再配合 APP 应用,可以很方便地应用在室内导航、人流分析、物品跟踪等所有与人在室内流动相关的活动之中。



在此方案中,学生佩戴的胸卡采用有源RFID卡的方案,制作成卡片的形式,纽扣电池供电最多可使用3年以上,保障在整个学习周期对学生的免打扰。而在数据采集方面采用基于LoRa做远距离传输的RFID采集终端,仅需提供电源即可,无需布线,在部分难以提供电源的地方,可以采用太阳能供电的方式,最大限度的节约施工成本。同时为家长提供采集盒,对学生出门及回家时间进行监测,从而实现对学生的闭环管理。而且此方案中,胸牌价格不到百元,大大降低综合采购成本。

而在校园管理方面,需要更为精确的了解安保人员等分布及现状,包括巡更的路线、时间等,保洁等打扫时间、停留时长等,对实时性及精度均有更高的要求,但总体人员相对较少,而定位的点位相对较多。基于这些特点,提出如下的解决方案。

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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开发工具

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核心技术优势

1、 基于LoRa的校园学生安全及定位解决方案,与传统的方案比较,首先充分考虑了学生与安保的业务不同的属性,基于不同的业务采用不同的技术方案,对需要布放较多位标的定位方案,采用位标电池供电的技术; 2、 对于需要了解进出等关键位置的数据,采用胸牌供电技术,这样在业务上互相分离,对业务管理提供最大的便利性;其次施工简单方便,位标无需供电、布网,仅需黏贴即可,简单方便,而学生的胸牌同样在3年的学习周期内无需更换电池,propertyproperty方便管理。 3、而在传输上采用LoRa的技术方案,布设基站、采集设备的点相对较少,施工简单;再次维护方便,采用星形组网,一旦网络中某一点出现问题,不影响整个网络的稳定性,仅需更换网络中的一点即可;最后是业务联动,无论学生还是安保人员均通过物联网接入到互联网中,可通过权限实现学校管理层、家长等不同层次人员的共同使用

方案规格

产品规格说明 1. 通信协议LoRa/Bluetooth BLE4.0 2. 定位:苹果公司iBeacon协议。 3. 传输:LoRa Mesh 4. 传输距离空旷环境500米@LoRa射频20k速率,发射功率20dBm条件下。 5. 蓝牙芯片 NRF52832 6. 蓝牙5.0标准 7. 蓝牙接收灵敏度 -96dBm@1Mbps 8. LoRa芯片 SX1278 20kbps速率,发射功率20dbm,配合双信道或4信道网关,支持多信道发送,减少无线信号碰撞,提高网络节点容量。 外观形式  卡片尺寸 86*55*7.3mm  重量 100克  续航时间  工作状态可达720小时(4秒上报一次);  休眠状态可达2年(3分钟上报一次)  上报频率可定制  指示灯 3个LED  报警指示灯(蓝色)  定位上报状态指示灯(绿色)  充电指示灯(红色):充电亮,充电完成后灭  开关 1个 电池供电开关  按键 1个  报警:轻按  蜂鸣器 1个  报警时:持续响  供电 1000mAh锂电池  支持USB充电 报警状态  指示灯+ 蜂鸣  蓝色报警灯闪烁+蜂鸣器滴滴报警  上报内容 iBeacon的ID和信号强度,电池电压,是否报警,各种传感器数据  供定位算法,运动状态分析,报警通知,环境监测用。  天线方式 蓝牙内部PCB天线。  LoRa:ufl转接FPC内置软天线  震动马达 1个  报警时震动  加速度陀螺仪 1个  博世BMI160芯片,支持计步,跌倒检测  气压计高度 1个  BMP280:检测高度,楼层用,同时支持温度检测 温湿度传感器 1个  盛思锐SHT30,温度范围-40到125°,湿度0到100% GPS 1个  移远L76C,室外定位用,支持北斗  WIFI探针 1个  锐迪科RDA5981,探测WIFI路由器MAC或手机MAC做定位用。

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