CN113490142A - 一种蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置，蓝牙定位终端包括主控模块，主控模块上连接有一个主蓝牙模块和至少两个采用静态密码进行连接的辅蓝牙模块，主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置固定；还包括存储有辅蓝牙模块的静态密码信息的存储模块；存储模块用于向待定位智能终端提供静态密码信息；主蓝牙模块和辅蓝牙模块用于与待定位智能终端建立蓝牙连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至主控模块；主控模块用于接收主蓝牙模块和辅蓝牙模块发送的RSSI数据，计算待定位智能终端的距离和方位。本发明的蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置均具有便于实现多蓝牙模块的快速连接，降低操作难度，有利于改善用户体验等优点。

Description

一种蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置
技术领域
本发明涉及蓝牙定位技术领域，特别的涉及一种蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置。
背景技术
随着高铁、机场等出行基建的发展和智能超市等新兴智能化场所的出现，民用市场对自动跟随购物车、行李车等自动跟随移动装置的需求正逐步上涨，要实现自动跟随，就需要确定待跟随目标的方位，即要实现室内定位。目前，相对成熟的室内定位技术主要是基于蓝牙和基于UWB的定位技术，UWB即超广波技术，可以在较低功耗的条件下于1纳秒内发送超过500MHz带宽的脉冲信号，主要用于短距通信领域。由于其特殊的信号类型及频谱，相对于其他无线电波信号，UWB信号在复杂的室内环境下不受多路效应的影响，并具有极佳的障碍物穿透能力，定位精度可以达到10cm级别。但是，普通的移动智能设备并不支持UWB协议，仅用于少数要求较高的特殊工业场景。此外，基于UWB技术的室内定位系统的搭建需要极高的硬件花费和部署成本。
而蓝牙模块的体积小，功耗低且普及率高，将其配置到跟随移动装置上，更容易实现与用户的智能装置进行蓝牙连接和定位。而要实现蓝牙定位，待定位智能终端需要与同一跟随移动装置上的至少3个蓝牙模块进行连接，若用户手动进行一一配对连接，会导致操作复杂，连接速度慢，用户体验差。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种便于实现多蓝牙模块的快速连接，降低操作难度，有利于改善用户体验的蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种蓝牙定位终端，其特征在于，包括主控模块，所述主控模块上连接有至少3个蓝牙模块，包括主蓝牙模块和至少两个采用静态密码进行连接的辅蓝牙模块，
所述主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置固定；
还包括存储有所述辅蓝牙模块的静态密码信息的存储模块，所述存储模块用于向待定位智能终端提供静态密码信息；
所述主蓝牙模块用于与待定位智能终端建立蓝牙连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块；
所述辅蓝牙模块用于与待定位智能终端建立静态密码连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块；
所述主控模块用于接收主蓝牙模块和辅蓝牙模块发送的RSSI数据，计算主蓝牙模块和辅蓝牙模块与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置，计算待定位智能终端的距离和方位。
上述结构的蓝牙定位终端中，采用了至少两个采用静态密码连接的辅蓝牙模块，同时还配置有用于向待定位智能终端提供动态密码信息的存储模块，在与待定位智能终端进行蓝牙连接时，待定位智能终端就可以根据存储模块获取到静态密码信息，并采用静态密码与辅蓝牙模块进行快速蓝牙连接，由于辅蓝牙模块采用静态密码进行连接，就可以通过待定位智能终端内的程序自动读取获取的静态密码信息后实现自动化连接操作，这样，就能够大大降低蓝牙连接的难度。在定位时，待定位智能终端与主蓝牙模块进行匹配连接，同时，待定位智能终端通过存储模块获取辅蓝牙模块的静态密码，与辅蓝牙模块进行静态密码连接，连接难度更低，连接速度更快，从而改善用户使用体验。
进一步的，所述主蓝牙模块采用静态密码或动态密码进行蓝牙连接。
这样，主蓝牙模块与待定位智能终端既可以采用动态密码连接，也可以采用静态密码连接，采用动态密码连接的安全性可由蓝牙的动态密码进行保证，而采用静态密码进行蓝牙连接的安全性可通过对存储模块中的静态密码信息进行加密来保证。
进一步的，所述存储模块为存储有静态密码信息的二维码。
这样，待定位智能终端可以通过扫码直接获取静态密码。
进一步的，所述主控模块用于在确认所述主蓝牙模块配对成功后开启所述辅蓝牙模块或/和触发所述辅蓝牙模块向待定位智能终端发送蓝牙连接请求。
这样，主蓝牙模块与待定位智能终端在配对连接成功前，辅蓝牙模块可以关闭或休眠，从而降低功耗。而一旦主蓝牙模块匹配连接成功，辅蓝牙模块可以快速与待定位智能终端进行连接，提高连接速度。
进一步的，所述存储模块为连接在所述主控模块上的电子存储介质，所述主控模块用于在确认所述主蓝牙模块配对成功后向待定位智能终端发送静态密码信息。
一种蓝牙定位方法，其特征在于，先获取如上所述的蓝牙定位终端，采用如下步骤进行定位：
待定位智能终端通过存储模块获取静态密码，并通过静态密码与辅蓝牙模块建立蓝牙连接；所述辅蓝牙模块将获取的RSSI信息发送至主控模块；
待定位智能终端与主蓝牙模块建立蓝牙连接，所述主蓝牙模块将获取的RSSI信息发送至主控模块；
所述主控模块根据接收到的RSSI信息计算主蓝牙模块和辅蓝牙模块与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置，利用三角定位计算待定位智能终端的相对方位和距离，实现对待定位智能终端的定位。
一种跟随移动装置，其特征在于，包括如上所述的蓝牙定位终端，用于确定跟随目标所携带智能终端的方位作为跟随方向。
综上所述，本发明的蓝牙定位终端、定位方法及跟随移动装置均具有便于实现多蓝牙模块的快速连接，降低操作难度，有利于改善用户体验等优点。
附图说明
图1为蓝牙定位终端的原理示意图。
图2为蓝牙定位算法的原理图。
图3为蓝牙定位流程图。
具体实施方式
下面结合一种基于蓝牙定位的智能跟随移动小车的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1～图3所示，一种基于蓝牙定位的智能跟随移动小车，包括底部设置有车轮的车身，所述车身上设置有驱动车轮转动的驱动电机和用于驱动车轮转向的转向机构，所述驱动电机和转向机构电控地连接有车身跟随控制器。所述车身跟随控制器上连接有蓝牙定位终端，用于与跟随目标所携带的智能终端(智能手机等)进行蓝牙连接，并获取智能终端的方向作为跟随目标的位置。
所述蓝牙定位终端包括主控模块1，所述主控模块1上连接有3个蓝牙模块，包括一个主蓝牙模块2和两个采用静态密码进行连接的辅蓝牙模块3，所述主蓝牙模块2和辅蓝牙模块3的相对位置固定；还包括存储有所述辅蓝牙模块3的静态密码信息的存储模块4；所述存储模块4用于向待定位智能终端提供静态密码信息；
所述主蓝牙模块2用于与待定位智能终端建立初步的蓝牙连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块1；
所述辅蓝牙模块3用于与待定位智能终端建立静态密码连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块1；
所述主控模块1用于接收主蓝牙模块2和辅蓝牙模块3发送的RSSI数据，计算主蓝牙模块2和辅蓝牙模块3与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块2和辅蓝牙模块3的相对位置，计算待定位智能终端的距离和方位。
本实施例中，所述主蓝牙模块与待定位智能终端之间采用动态密码进行连接。动态密码的安全性相对较高，通过主蓝牙模块的动态密码连接，可以在跟随移动装置与待跟随目标之间建立安全可靠的定位和连接。
所述主控模块1用于在确认所述主蓝牙模块2配对成功后开启所述辅蓝牙模块3。
所述存储模块4为连接在所述主控模块1上的电子存储介质，所述主控模块1用于在确认所述主蓝牙模块2配对成功后向待定位智能终端发送静态密码信息。本实施例中，静态密码信息还包含对应的辅蓝牙模块的蓝牙硬件信息，如设备ID。
在本实施例中，两个辅蓝牙模块3位于车身宽度方向上的两侧，主蓝牙模块2位于两个辅蓝牙模块3的中垂线上，且三者呈等腰三角形布置，这样，可以尽量增加主蓝牙模块2和辅蓝牙模块3、辅蓝牙模块3和辅蓝牙模块3之间的距离，从而可以提高三角定位的精度。
基于本实施例的硬件结构和现有技术，可以实现如下步骤进行蓝牙连接和定位：
用户通过智能设备与主蓝牙模块2进行动态密码配对连接后，主蓝牙模块2将配对成功信息和获取的RSSI信息发送至主控模块1，主控模块1接受到配对成功信息后，开启辅蓝牙模块3，并将存储模块4中存储的静态密码信息发送至智能设备，智能设备接收到静态密码信息后，通过小程序或APP根据静态密码信息自动与对应蓝牙硬件信息的辅蓝牙模块建立静态密码连接，蓝牙连接成功后，辅蓝牙模块将接收到的RSSI信息发送至主控模块，主控模块根据接收到的RSSI信息计算主蓝牙模块和辅蓝牙模块与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置，利用三角定位计算待定位智能终端的相对方位和距离，实现对待定位智能终端的定位。
蓝牙测距：根据接收信号强度、发射信号强度及接收端与发射端之间的距离构建对数信号强度—距离衰减模型，将每个蓝牙信标测得手机信号强度数据集，换算成信标与手机间的相对距离。
蓝牙信号在发射端和接收端的信号强度关系：
Lp(dB)＝L0(dB)+10αlgd+v(dB)
其中，L0是1米距离处的信号能量损耗；Lp是在距离d处的信号能量损耗；α是路径损耗指数；ν是误差，通常被看作是零均值的高斯噪声，其方差与环境有关。
采用三边定位的方法，进行待定位智能终端的位置计算
Figure BDA0003165238890000051
其中(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)分别为三个蓝牙信标(主蓝牙模块和2个辅蓝牙模块)的坐标，d1，d2，d3分别为三个信标与待定位智能终端(手机)的相对距离，则(x,y)为待定位智能终端(手机)的位置坐标。
在测得的距离下，以每个蓝牙信标为圆心，测得的距离为半径的定位圆将相交于一点，手机即位于该交点之上。
蓝牙信号的传播测量过程中，往往会遇到多径及非视距误差，并且误差通常为正值，因此多个定位圆两两相交，有多个交点。
此时，采用最小二乘法进行估计
将上式进行整理，得到方程解的矩阵形式：
X＝A-1B
式中：
Figure BDA0003165238890000052
Figure BDA0003165238890000053
Figure BDA0003165238890000054
由上式可得AX＝B，其误差向量为：ε＝AX-B，则有：
E＝|ε|2＝εTε＝(AX-B)T(AX-B)
若要误差最小，即使得E最小。将上式对X求导，使其导数为0，相应的表达式为：
Figure BDA0003165238890000055
求解可得X＝(ATA)-1ATB，这使得误差最小化，从而可得最终的X坐标的估计。
实施例2：
与实施例1的主要区别在于，本实施例中，所述主蓝牙模块2也采用静态密码进行连接，所述存储模块4为存储有静态密码信息的二维码，所述静态密码信息为加密信息，且包含静态密码以及对应主蓝牙模块或辅蓝牙模块的蓝牙硬件信息，如设备ID等。
基于本实施例的硬件结构和现有技术，本实施例可以实现如下方式的快速连接：
用户采用智能设备扫描跟随移动装置上的二维码，获取静态密码信息并解密，获得静态密码以及对应的蓝牙硬件信息，通过小程序或APP根据静态密码就可以实现与对应蓝牙硬件信息的主蓝牙模块或辅蓝牙模块的自动连接。本实施例中，通过对静态密码信息的加密，可以保证连接的可靠性和安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓝牙定位终端，其特征在于，包括主控模块(1)，所述主控模块(1)上连接有至少3个蓝牙模块，包括主蓝牙模块(2)和至少两个采用静态密码进行连接的辅蓝牙模块(3)，所述主蓝牙模块(2)和辅蓝牙模块(3)的相对位置固定；
还包括存储有所述辅蓝牙模块(3)的静态密码信息的存储模块(4)，所述存储模块(4)用于向待定位智能终端提供静态密码信息；
所述主蓝牙模块(2)用于与待定位智能终端建立蓝牙连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块(1)；
所述辅蓝牙模块(3)用于与待定位智能终端建立静态密码连接，实时获取待定位智能终端上蓝牙的RSSI，并发送至所述主控模块(1)；
所述主控模块(1)用于接收主蓝牙模块(2)和辅蓝牙模块(3)发送的RSSI数据，计算主蓝牙模块(2)和辅蓝牙模块(3)与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块(2)和辅蓝牙模块(3)的相对位置，计算待定位智能终端的距离和方位。
2.如权利要求1所述的蓝牙定位终端，其特征在于，所述主蓝牙模块(2)采用静态密码或动态密码进行蓝牙连接。
3.如权利要求1所述的蓝牙定位终端，其特征在于，所述存储模块(4)为存储有静态密码信息的二维码。
4.如权利要求1所述的蓝牙定位终端，其特征在于，所述主控模块(1)用于在确认所述主蓝牙模块(2)配对成功后开启所述辅蓝牙模块(3)或/和触发所述辅蓝牙模块(3)向待定位智能终端发送蓝牙连接请求。
5.如权利要求1所述的蓝牙定位终端，其特征在于，所述存储模块(4)为连接在所述主控模块(1)上的电子存储介质，所述主控模块(1)用于在确认所述主蓝牙模块(2)配对成功后向待定位智能终端发送静态密码信息。
6.一种蓝牙定位方法，其特征在于，先获取如权利要求1～5中任一权利要求所述的蓝牙定位终端，采用如下步骤进行定位：
待定位智能终端通过存储模块获取静态密码，并通过静态密码与辅蓝牙模块建立蓝牙连接；所述辅蓝牙模块将获取的RSSI信息发送至主控模块；
待定位智能终端与主蓝牙模块建立蓝牙连接，所述主蓝牙模块将获取的RSSI信息发送至主控模块；
所述主控模块根据接收到的RSSI信息计算主蓝牙模块和辅蓝牙模块与待定位智能终端的距离，并结合主蓝牙模块和辅蓝牙模块的相对位置，利用三角定位计算待定位智能终端的相对方位和距离，实现对待定位智能终端的定位。
7.一种跟随移动装置，其特征在于，设置有如权利要求1～5中任一权利要求所述的蓝牙定位终端，用于确定跟随目标所携带智能终端的方位作为跟随方向。
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