蓝牙信标iBeacon的前世今生

蓝牙信标(道钉)是什么

蓝牙信标又叫iBeacon,最早是苹果公司为解决室内物品寻找而发明的一种低功耗蓝牙设备。

 

蓝牙信标能做什么

产品出来后,得益于广大人民群众的创造力,将信标应用扩大,不仅仅是用于寻物这个场景(虽然寻物到目前还是一个很大的场景),随着应用系统的不断扩展,蓝牙信标的应用也是不断扩展的。

微信摇一摇

在微信推出摇一摇后,有厂商发现基于微信的摇一摇与位置,可以做很多的应用场景,应运而生很多创业公司在这个领域来淘金,期望实现人、位置与营销的统一。特别是微信公众号可以支持蓝牙的功能后,有众多的公司来做相关的应用,从营销广告到小游戏,不同的创意场景催生了众多的小公司。但因广告效果以及硬件自身的成本,这些场景最终也没有真正的发展壮大起来,随着微信公众号不再支持,这类业务也就直接被市场所淘汰了。

反向寻车

庞大的地下停车场,让很多多宝宝直接迷茫了,摄像头成本高,GPS定位室内无法使用。而蓝牙信标的低施工、低成本,同样在这个场景中得以大展宏图。目前国内众多的地下停车场的反向寻车基本都是蓝牙方案。

医院导航

医院科室多,病房、检查、缴费、结果,真真让很多去医院的人头疼,国家也将对医院室内导航写入相关文件,国内相关厂商也快速行动,让这块市场快速启动。目前国内大的三甲医院已经基本安装了医院导航。

化工厂定位

化工厂安全一直是一个大问题,一共多少人,都在哪里,简单的数据能够让在救援时省却大问题。而蓝牙设备少安装,使用寿命长的特点,让其在化工厂应用中脱颖而出。

共享单车停车管理

共享单车给城市的人们出行带来极大的便利,但同时乱停乱放,给城市公共治理带来挑战。基于蓝牙信标的共享单车停放管理,帮助用户实现共享单车的有序停放。

 

二代证联网刷卡门锁

联网刷卡门锁是舜为互联公司根据民宿、短租、公寓、酒店、宿舍、公租房等具有实名认证及联网需求的场所的需求所研发的新一代智能门锁。

门锁具有多种样式,目前仅展示一种,若需要其他样式,请与销售联系。

 

产品特点

1、支持手机APP、电子钥匙、M1卡、南京市社保卡、CPU卡、二代证、钥匙开锁方式;

2、远程管理:PC软件、手机小程序远程实时授权卡片、电子钥匙等开门权限,实时配置门锁参数;

3、超低功耗:休眠功耗<30ua,4节碱性5号电池可持续工作一年以上;

4、动态上报:实时上报门锁异常状态,包括开门情况、门锁关闭情况、是否虚掩、强制开锁、撬锁等;

5、状态查询:通过pc软件或手机小程序,实时查看门锁当前状态与历史信息;

6、实时可靠:PC或app权限1.5s内实时下发;

7、数据安全:通过AES128位动态加密;

8、通讯距离:视距300m、室内30m;

9、应急供电:5Vusb供电,支持充电宝;

9、结构合理:创新性设计,门锁不分内开、外开、左开、右开;

10、对接方便:开放API,提供udp、tcp等不同对接方式,对接简单方便。

 技术参数

供电方式 4节1.5V碱性电池
开锁方式 钥匙、APP、小程序、M1卡、二代证(身份证)、公交卡、电子钥匙
工作电流 <200ma
休眠电流  <30ua
缺电提示 <4.8V
通讯频率 470Mhz-510Mhz或2.4GHz
发射功率 470MHz:20dBm;2.4GHz:8dBm
通讯并发 <20
接收灵敏度 470MHz:-139dBm;2.4GHz:-104dBm
通讯距离 室外:300m;室内:30m
卡片类型 M1卡、M3卡、二代证(身份证)
寻卡方式 电荷感应
读卡距离 最大5cm
读卡频率 13.56MHz
工作温度 -20℃-60℃
工作湿度 0-95%无凝露
应急供电 5VUSB供电

 

 

 

玩转LoRa物联网系列之影响传输距离的因素

 

在选择LoRa作为传输方式的一个很重要的因素就是远距离。在semtech的官网宣传中LoRa的传输距离>10KM,而在市场的宣传中,有公司宣称LoRa的传输距离达到20多公里,这让众多市场中的客户感受到LoRa应用的无线可能,于是乎投入大量的人力开始研究LoRa相关产品,但真正投入大量的人力、物力及时间后才发现并没有达到预期的效果,而心中的疑惑缺没有因为未达到效果而减少预期,到底什么原因,没有让我们的传输效果达到预期呢?

 

在回答这个问题前,先简单科普下LoRa传输距离和相关参数的基本关系,LoRa的传输距离与LoRa参数息息相关,这里不展开来讲这个问题,简单来说,LoRa的传输距离与LoRa参数中的扩频因子(简称SF,以下用SF代替)呈现指数关系,即2n。所以我们若需要最远的传输距离,SF只能选择在12的状况下。但同样在12的状况下,那为什么还是达不到预期呢?还有那些因素与传输距离相关呢?

 

LoRa的传输距离,除却LoRa自身的参数外,还与(gateway antenna height )网关天线的高度、(end nod height)节点的高度、(transmit power)发射功率、structural attenuation(结构衰减)、(end node antenna)节点天线、(fade margin)接收信号时的余量、(sensitivity)接收灵敏度等因素相关。在网关高度在6m,节点天线为1m,发射功率19dbm,结构衰减10dbm,节点天线-6dbi、接收信号时的余量为20db、灵敏度为-130DBm,可以看到计算的最远距离为2312.47m。

 

 

那我们把节点的高度从1m调整到0m,

 

 

可以看到距离从2312.47m直接降到731.27m。

 

而其他参数不变的情况下,网关天线提高到20m,可以看到距离达到4221.97m

 

 

我们把节点的天线从-6DBi调整到0DBi,看下距离的变化情况。距离从2312.47增加到3266.45m。

 

调整下接受灵敏度,从-130调整到-120来看下距离的变化。距离从2312.47降低到1300.4m。

 

根据以上的分析,最后我们再来重复下与LoRa距离相关的外部参数:(gateway antenna height )网关天线的高度、(end nod height)节点的高度、(transmit power)发射功率、structural attenuation(结构衰减)、(end node antenna)节点天线、(fade margin)接收信号时的余量、(sensitivity)接收灵敏度,从这些指标来看,节点与网关的高度与现场的施工条件相关,无法提前预计,而网关与节点的天线需要专业的天线厂家来匹配,那在选择中需要关注的厂商的产品参数主要有设备的发射功率、产品的灵敏度以及结构衰减。

 

备注:以上距离测试来自于:https://www.link-labs.com/symphony

玩转LoRa物联网系列之LoRa天线

在LPWAN中,LoRa与蓝牙、zigbee、wifi等传输方案比较中,选择LoRa的一个关键因素即为LoRa的传输距离,但用户在真正的应用中确遇到一个比较棘手的问题,实际应用的传输距离比宣传的传输距离要近得多,甚至远远不能达到预期要求。最近公司的一个客户投诉,在现场实际测试过程中,网关与设备间的传输距离最远都不超过700米,远远不能达到理想的要求,而且客户反复确认,LoRa的相关参数,如:扩频因子已经为12,那是什么原因造成了距离不理想呢?

 

舜为互联公司在接到客户投诉后,第一时间与客户联系,让客户将设备快递到公司,并与客户明确现场测试的场景。在收到客户的设备后,用网分测试设备的射频参数,节点的射频参数为19.4dbm,已经基本达到LoRa的极限值(在不加PA(信号放大器)的情况下官方理论值为20dbm),证明设备本身的射频不存在问题,但公司本着负责的态度,还是采用实际场景测试的方式来确认传输的距离,在未走到极限值的情况下,测量结果如下:

 

 

如上图所示,(天线放在3楼的室内,网关为60cm玻璃钢,节点为吸盘或小胶棒)在城市环境中,室外距离2.4KM的地方信号还可以得到稳定传输,虽然部分区域因建筑物遮挡等因素没有信号,但与客户所描述的距离已经有根本的区别。再次与客户确认后才获知,客户测试时发送与接收端均采用的是小吸盘。由此可见天线与LoRa的传输距离有特别大的影响。

 

在此基础上,舜为互联公司进行深度的测试,得出在应用LoRa设备时需注意以下因素:

  • 节点(模块或设备)即使与接收端(模块或网关)距离特别近也需要配备天线,不然也有可能收不到数据;
  • 天线的各个环节均有可能造成信号衰减,包括天线的馈线、ufl转sma转接线、吸盘天线线的长度等,特别是线长较长时需要充分考虑线材对信号的衰减作用;
  • LoRa的信号覆盖在距离较远的地方不是线性覆盖的,部分地区因建筑、地形等因素会有盲区,需要测试。

最后说明下天线的选型的一些核心数据,天线分为全向天线、扇形天线(具有能量定向和汇聚功能,覆盖范围为:180度、120度、90度范围内覆盖)、平板天线(波速角度30度、15度),目前LoRa的天线基本均为全向天线。天线的核心参数比较多,但很多的参数需要专业的设备,甚至是暗室才能测量出来,在选型时主要关注几个核心参数,首先是天线的增益,(表征天线增益参数有dBd和DBi,DBi是相对于点源天线的增益,在各个方向的辐射是均匀的,市场上LoRa天线标注的基本都是DBi),在其他条件相同的情况下,增益越高,电波传播距离越远;其次是驻波比,驻波比越趋近于1,天线效果越好,效率越高;三是中心频点,中心频点与模组选择的频率需一致。

 

所以要达到LoRa的最佳传输距离,在设备定型之后,最好找专业的天线厂家进行天线匹配,特别是内置的天线,匹配好的天线对传输距离有立竿见影的效果。

LoRa 的扩频因子选择

LoRa采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位,扩频信息的发送速度称为符号速率(Rs),而码片速率与标称的Rs比值即为扩频因子(SF,SpreadingFactor),表示了每个信息位发送的符号数量。 
LoRa扩频因子取值范围:

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