基于BLE的3D室内定位系统的设计与实现

发布时间：2017-04-25 14:21

  本文关键词：基于BLE的3D室内定位系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：室内定位系统的研究有着多年的历史,国内外已经开展了多项使用红外、射频、超声、Wi Fi等无线短程通信方式进行室内定位方法的研究,并部署了一些室内定位系统。但是,高造价、高功耗以及对环境和专用设备的要求,使得这些系统无法大规模的推广使用。近几年,蓝牙4.0技术在传输距离、功耗等指标方面取得较大进展,尤其是集成蓝牙4.0模块智能手机的大规模推广,为室内定位的研究提供了新的契机。基于此,本文研究了基于蓝牙4.0技术与智能手机的室内定位系统,对其中的定位方法软硬件与3D地图进行了研究与开发,论文主要工作如下:(1)设计并实现了基于BLE的位置指纹室内定位系统。系统利用智能手机与iBeacon基站协同完成数据采集和处理的过程,位置指纹识别采用K近邻算法匹配计算位置相似度。同时考虑智能手机的计算压力,本系统将计算量大的工作交给服务器来处理,智能手机只负责信息采集与结果展示,有效的降低了系统的维护成本,提高了系统响应速度。(2)设计并实现了基于iBeacon技术的定位基站软硬件。基站的硬件以TICC2540芯片为核心,设计并实现了完整的基站硬件,并在其中使用了PCB倒F天线和巴伦匹配电路来维持天线的辐射效率,使其发射功率更加稳定。软件方面在CC2540协议栈的基础上,自定义了通用唯一标识符,改进其数据响应结构,使基站符合iBeacon标识标准,进一步降低功耗并便于后期的维护升级。(3)设计并实现了智能手机端三维地图的展示与交互。为改变传统二维地图显示不直观的问题,采用VTK与智能手机融合的技术,进行三维地图建模和显示,用户可以流畅的与地图进行交互,较好的改善了用户体验。本系统使用上述技术能在实际应用中比较准确的进行定位,通过对实验室内部进行基站部署与测试,在该条件下,基站的1米处的发射功率基本稳定在-59dBm左右,定位精度在1.5米左右,可以满足基本的室内定位要求。
【关键词】：室内定位 蓝牙低功耗 可视化工具 安卓
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景、目的和意义10-11
• 1.2 室内定位技术研究现状11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13
• 1.4 论文的组织架构13-15
• 第二章 BLE室内 3D定位系统总体设计15-19
• 2.1 BLE室内定位总体设计15-16
• 2.2 BLE室内定位的软件系统组成与工作流程分析16-17
• 2.2.1 Android数据采集16
• 2.2.2 Android的 3D地图绘制交互16-17
• 2.2.3 iBeacon基站17
• 2.2.4 服务器交互17
• 2.3 BLE室内定位的硬件的组成与分析17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 BLE室内定位基本原理和实现19-40
• 3.1 BLE室内定位的基本原理19-20
• 3.2 位置指纹方法的原理20-21
• 3.2.1 离线指纹采集阶段20
• 3.2.2 在线定位阶段20-21
• 3.3 Android开发平台及技术简介21-26
• 3.3.1 Android系统架构22-23
• 3.3.2 Android开发环境的搭建23-26
• 3.4 位置指纹定位在Android上的实现26-33
• 3.4.1 离线指纹采集阶段的软件设计与实现27-32
• 3.4.2 在线定位阶段32-33
• 3.5 指纹服务器的设计与实现33-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 iBeacon基站的设计与实现40-51
• 4.1 CC2540简介40-41
• 4.2 iBeacon硬件电路设计与实现41-44
• 4.2.1 CC2540电路设计41
• 4.2.2 倒F天线设计41-42
• 4.2.3 电源电路设计42
• 4.2.4 晶振电路设计42
• 4.2.5 天线与巴伦匹配电路的设计42-43
• 4.2.6 下载调试电路的设计43
• 4.2.7 复位电路的设计43-44
• 4.3 iBeacon软件设计与实现44-50
• 4.3.1 蓝牙 4.0 协议栈简介44-46
• 4.3.2 OSAL简介46-47
• 4.3.3 HAL简介47
• 4.3.4 iBeacon技术简介47-49
• 4.3.5 iBeacon基站的软件实现49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 室内 3D地图的设计与实现51-64
• 5.1 VTK简介52-55
• 5.1.1 VTK的层次架构52-53
• 5.1.2 VTK的可视化流程53-55
• 5.2 Android NDK简介55-56
• 5.2.1 JNI处理机制55
• 5.2.2 Android NDK55-56
• 5.3 室内 3D地图的绘制56-59
• 5.3.13DMAX简介56-57
• 5.3.2 STL简介57-58
• 5.3.3 室内地图的绘制58-59
• 5.4 VTK在Android上的应用59-63
• 5.4.1 OpenGL ES简介59
• 5.4.2 室内 3D地图的显示59-60
• 5.4.3 Android与VTK的交互60-62
• 5.4.4 Service与OpenGL ES的信息传递62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 系统测试64-68
• 6.1 硬件测试64-66
• 6.1.1 iBeacon基站可用性测试64
• 6.1.2 基站射频规律曲线测试64-65
• 6.1.3 基站射频稳定性测试65-66
• 6.2 软件测试66-67
• 6.3 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 总结68
• 7.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：326482