基於Semtech SX1278的LoRa加藍牙校園學生安全及定位解決方案

基於LoRa加藍牙校園學生安全及定位解決方案


1、 LoRa網關(基站):負責校園內的網絡覆蓋及胸牌數據採集;
2、定位胸牌:負責位標的數據採集,並通過LoRa傳輸到LoRa網關,可根據應用場景支持GPS等功能;
3、位標:室內定位或室外區域定位位置區域選擇;
4、定位胸牌可充電,一次充電可用12天左右,安保、保潔等人員可人手一台設備,能夠實時記錄相關人員在校園內的活動情況,實時位置,並且可與安保人員的巡更等業務對接,實現一卡多用。位標:採用低功耗電池供電,僅需在合適的位置黏貼即可,無需供電及拉線,保障施工、維護方便,並且可通過 網絡獲取不同位標當前的電量情況,實時了解電量,為未來更好位標提供便利。基於LoRa的網關,一個校園最多2-3個網關即可覆蓋,組網成本低廉。

藍牙 Beacon 定位,利用Lora 遠距離傳輸定位信息。

藍牙 Beacon 是建立在低功耗藍牙協議基礎上的一種廣播協議,同時它也是擁有這個協議的一款低功耗藍牙設備(從機),但是它不能和任何低功耗藍牙主機進行連接,藉此向周圍進行連續性廣播。

1、作用
藍牙 Beacon 是一個小型的信息基站,Beacon 技術通過 Bluetooth Smart 向通信覆蓋範圍內的移動設備捕捉和推送信息,主要應用在室內導航、人流分析、物品跟蹤等。
如在百貨商場及時推送品牌促銷信息,和餐飲設施的位置,或在博物館向遊客推送文物信息等。

 2、藍牙 Beacon 的工作原理
首先在需要定位的區域內鋪設藍牙 Beacon 信標,一般至少需要鋪設 3 個藍牙 Beacon 信標(因為定位算法要求至少知道三個點的 RSSI 值才能準確地計算定位);
1)藍牙 Beacon 信標會每隔一定的時間廣播一個數據包到周圍;
2)當終端設備進入藍牙 Beacon 的信號覆蓋範圍內,藍牙主機在執行掃描動作時,會間隔地接收到藍牙 Beacon 廣播出來的數據包;
3)在藍牙主機接收到的廣播包時,會顯示該廣播包來自於哪一個藍牙 Beacon 從機的 MAC 地址和當前的接收發送信號強度指示值 RSSI;
4)RSSI 值是確定藍牙主機位置和藍牙 Beacon 之間遠近距離的依據;
5)通過內置的定位算法,以及和地圖引擎資料庫的交互,就可以測算出藍牙主機當前的具體位置。
6)利用藍牙Beacon 定位數據通過Lora發送到服務器。

3、應用

藍牙 Beacon 最常用的功能就是室內定位,將 Beacon 節點布在適當的位置,再配合 APP 應用,可以很方便地應用在室內導航、人流分析、物品跟蹤等所有與人在室內流動相關的活動之中。



在此方案中,學生佩戴的胸卡採用有源RFID卡的方案,製作成卡片的形式,紐扣電池供電最多可使用3年以上,保障在整個學習周期對學生的免打擾。而在數據採集方面採用基於LoRa做遠距離傳輸的RFID採集終端,僅需提供電源即可,無需布線,在部分難以提供電源的地方,可以採用太陽能供電的方式,最大限度的節約施工成本。同時為家長提供採集盒,對學生出門及回家時間進行監測,從而實現對學生的閉環管理。而且此方案中,胸牌價格不到百元,大大降低綜合採購成本。

而在校園管理方面,需要更為精確的了解安保人員等分布及現狀,包括巡更的路線、時間等,保潔等打掃時間、停留時長等,對實時性及精度均有更高的要求,但總體人員相對較少,而定位的點位相對較多。基於這些特點,提出如下的解決方案。

►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►開發工具

►核心技術優勢

1、 基於LoRa的校園學生安全及定位解決方案,與傳統的方案比較,首先充分考慮了學生與安保的業務不同的屬性,基於不同的業務採用不同的技術方案,對需要布放較多位標的定位方案,採用位標電池供電的技術; 2、 對於需要了解進出等關鍵位置的數據,採用胸牌供電技術,這樣在業務上互相分離,對業務管理提供最大的便利性;其次施工簡單方便,位標無需供電、布網,僅需黏貼即可,簡單方便,而學生的胸牌同樣在3年的學習周期內無需更換電池,propertyproperty方便管理。 3、而在傳輸上採用LoRa的技術方案,布設基站、採集設備的點相對較少,施工簡單;再次維護方便,採用星形組網,一旦網絡中某一點出現問題,不影響整個網絡的穩定性,僅需更換網絡中的一點即可;最後是業務聯動,無論學生還是安保人員均通過物聯網接入到網際網路中,可通過權限實現學校管理層、家長等不同層次人員的共同使用

►方案規格

產品規格說明 1. 通信協議LoRa/Bluetooth BLE4.0 2. 定位:蘋果公司iBeacon協議。 3. 傳輸:LoRa Mesh 4. 傳輸距離空曠環境500米@LoRa射頻20k速率,發射功率20dBm條件下。 5. 藍牙晶片 NRF52832 6. 藍牙5.0標準 7. 藍牙接收靈敏度 -96dBm@1Mbps 8. LoRa晶片 SX1278 20kbps速率,發射功率20dbm,配合雙信道或4信道網關,支持多信道發送,減少無線信號碰撞,提高網絡節點容量。 外觀形式  卡片尺寸 86*55*7.3mm  重量 100克  續航時間  工作狀態可達720小時(4秒上報一次);  休眠狀態可達2年(3分鐘上報一次)  上報頻率可定製  指示燈 3個LED  報警指示燈(藍色)  定位上報狀態指示燈(綠色)  充電指示燈(紅色):充電亮,充電完成後滅  開關 1個 電池供電開關  按鍵 1個  報警:輕按  蜂鳴器 1個  報警時:持續響  供電 1000mAh鋰電池  支持USB充電 報警狀態  指示燈+ 蜂鳴  藍色報警燈閃爍+蜂鳴器滴滴報警  上報內容 iBeacon的ID和信號強度,電池電壓,是否報警,各種傳感器數據  供定位算法,運動狀態分析,報警通知,環境監測用。  天線方式 藍牙內部PCB天線。  LoRa:ufl轉接FPC內置軟天線  震動馬達 1個  報警時震動  加速度陀螺儀 1個  博世BMI160晶片,支持計步,跌倒檢測  氣壓計高度 1個  BMP280:檢測高度,樓層用,同時支持溫度檢測 溫濕度傳感器 1個  盛思銳SHT30,溫度範圍-40到125°,濕度0到100% GPS 1個  移遠L76C,室外定位用,支持北斗  WIFI探針 1個  銳迪科RDA5981,探測WIFI路由器MAC或手機MAC做定位用。

技術文檔

類型標題檔案
硬件Gerber