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[導(dǎo)讀]摘 要:文中研究的WiFi語音尋物探測方法,是將處于同一個WLAN的無線路由器、探測節(jié)點與被測節(jié)點定義成三角形的三個頂點。由于探測節(jié)點的位置在不斷變換,故三角形的形狀與夾角也隨之改變。利用每一個WiFi熱點獨一無二的MAC 地址,基于RSSI技術(shù)和WiFi的三角定位算法原理,分別計算出探測節(jié)點與路由器間的距離、被測節(jié)點與路由器間的距離,以及探測節(jié)點與被測節(jié)點連接的邊所對的角度,進(jìn)行位置定位。將計算出的距離與角度,通過語音通知給搜尋者。根據(jù)語音提示, 搜尋者不斷調(diào)整搜索方位,縮小距離,直至找到目標(biāo)。

引 言

隨著電子產(chǎn)品設(shè)備的普及,手持設(shè)備(手機、平板電腦等) 的人均擁有數(shù)量增多,設(shè)備日趨微型化,經(jīng)常發(fā)生急于尋找某種設(shè)備卻不能快速準(zhǔn)確找到的情況,影響了人們生活或工作的效率。雖然這些設(shè)備使用方便,但丟失之后難以尋找。特別是盲人人群,由于無法直接看到,因此尋找東西對于他們來說更為困難。為解決這一問題,目前成熟的產(chǎn)品可將定位的RFID 標(biāo)簽以貼片形式置于設(shè)備上,但該做法并不安全,被人撿到后易被撕下,在使用過程中也有可能被磨損或丟失。還有一種是藍(lán)牙追蹤器,采用黏膠或夾扣的形式附加在設(shè)備上,但使用和攜帶不便,容易損壞,且受藍(lán)牙無線傳輸距離的限制,使得上述裝置具有一定的局性限。也有一些無線尋物裝置,可以方便尋找物品,通過智能終端發(fā)送命令來控制裝置發(fā)聲或發(fā)光, 但缺少反饋設(shè)備所在位置信息以及語音播報功能。

1 語音尋物探測方法的具體實現(xiàn)

WiFi 語音尋物探測基于RSSI 三角定位算法,將處于同一個WLAN 的無線路由器、探測節(jié)點與被測節(jié)點(文章中三個節(jié)點的編號分別為 1、3、2)定義為三角形的三個頂點,分別測量出探測節(jié)點與路由器間的距離、被測節(jié)點與路由器間的距離,進(jìn)行位置定位。繼而可根據(jù)這一算法編制軟件,嵌入到硬件模塊中,制成WiFi 語音尋物探測裝置。該產(chǎn)品定位準(zhǔn)確、搜索速度快,又有語音提示,勢必會成為一款具有廣闊市場前景的新產(chǎn)品。

三角定位原理的實現(xiàn)思想是無線路由器與被測節(jié)點位置固定,探測節(jié)點處于移動狀態(tài)。根據(jù)RSSI技術(shù),首先分別計算出被測節(jié)點、探測節(jié)點與無線路由器間的距離 d21和 d31。如果要使三點構(gòu)成一個三角形,那么被測節(jié)點與探測結(jié)點間的距離 d23 應(yīng)滿足公式(1):

|d21 - d31|< d23< d21+d31(1) 

先給 d23選出一個最大值,根據(jù)三邊關(guān)系,計算出邊 21與邊 31 的夾角 α。接下來,假設(shè)邊 21 與邊 31 的夾角成 90 , 與推算出的 d23 進(jìn)行比較。如果結(jié)果大于 d23,此時再引入一個方位傳感器,在它的幫助下適當(dāng)調(diào)小夾角 α 的值。循環(huán)計算與比較,直至逐步接近目標(biāo)為止。

三角定位原理示意圖如圖 1 所示。

基于WiFi三角定位原理的語音尋物探測方法研究

探測方法主要包括以下步驟:

將探測裝置置于可移動物體(類似遙控小車)上, 由探測裝置根據(jù)設(shè)備的MAC 地址,確定要搜索的目標(biāo),開啟定位請求。

測出被測節(jié)點與探測節(jié)點接收信號強度 RSSI的值。

分別計算出無線路由器節(jié)點與被測節(jié)點之間的距離以及無線路由器節(jié)點與探測節(jié)點之間的距離。

基于WiFi三角定位原理的語音尋物探測方法研究

在公式(2)中,d 表示無線路由器節(jié)點與被測節(jié)點或探測節(jié)點之間的距離;n 表示信號傳播系數(shù);A 表示被測節(jié)點或探測節(jié)點與無線路由器節(jié)點相距 1 m 時的信號強度。其中,A 的值通過測量距離路由器 1 m 處的RSSI 值得到。


若未知節(jié)點和無線路由器節(jié)點相連構(gòu)成的邊與無線路由器節(jié)點和探測節(jié)點相連構(gòu)成的邊的夾角為鈍角,則說明探測節(jié)點與被測節(jié)點的距離還很遠(yuǎn),鈍角的情況不考慮 ;否則計算出探測節(jié)點和被測節(jié)點之間的距離,并通過語音播報。根據(jù)步驟(4)的結(jié)果不斷縮小被測節(jié)點和無線路由器節(jié)點相連構(gòu)成的邊與無線路由器節(jié)點和探測節(jié)點相連構(gòu)成的邊之間的夾角,重復(fù)進(jìn)行步驟(2)~(4),逐步計算出新的探測節(jié)點和被測節(jié)點之間的距離,不斷進(jìn)行語音提示,直至最終接近目標(biāo)為止。
語音尋物探測流程如下所示:
(1)搜索裝置開始工作,電源開關(guān)開啟 ;
(2)打開模塊上的 WiFi 開關(guān),開始搜索附近的 WiFi 設(shè)備,并返回該設(shè)備的 MAC 地址。循環(huán)執(zhí)行搜索程序,把設(shè)置的 MAC 地址顯示在設(shè)備列表清單中;
(3)選擇被測設(shè)備 ;
(4)計算距離,并語音播放距離 ;
(5)判定距離是否大于設(shè)定值,如果是,則調(diào)整夾角及距離。循環(huán)重復(fù)這一過程,直至找到設(shè)備 ;

(6)進(jìn)行聲、光報告,結(jié)束搜索過程。

尋物探測流程如圖 2 所示。

基于WiFi三角定位原理的語音尋物探測方法研究



2 方法的改進(jìn) 

在不同的環(huán)境下,可能存在不同的信號干擾,采用節(jié)點之 間的 RSSI 值估算距離必定存在一定的誤差,可以根據(jù)特定的 環(huán)境對步驟(3)中測量到的距離采用傳統(tǒng)最小二乘法進(jìn)行修正, 得到修正后的距離 d :

基于WiFi三角定位原理的語音尋物探測方法研究



其中,n 表示信號傳播系數(shù)。設(shè)無線路由器節(jié)點坐標(biāo)為(X1, Y1),探測節(jié)點坐標(biāo)為(X3,Y3);以無線路由器節(jié)點為圓心,以 無線路由器節(jié)點和探測節(jié)點相連構(gòu)成的邊為半徑,以(X3,Y3) 為焦點,在其附近取 m 個取樣點,坐標(biāo)分別為(X31,Y31),(X32, Y32),…,(X3m,Y3m),可分別得到 a、b 的值。

基于WiFi三角定位原理的語音尋物探測方法研究



3 該探測方法的優(yōu)點分析 

該方法利用接入在生活區(qū)域或工作區(qū)域里無處不在的 WiFi 信號,開啟搜索設(shè)備的 WiFi 功能,該裝置可利用無線信 號的空間傳遞性,將被尋物信息向四面八方發(fā)送,自動掃描 附近熱點設(shè)備。搜索原理是利用每一個 WiFi 熱點獨一無二的 MAC 地址,在搜索到目標(biāo)設(shè)備后,立即上傳設(shè)備位置信息給 裝置。同時,通過語音播報功能把位置和距離通知給搜尋者。 根據(jù)語音提示,不斷調(diào)整搜索方位,縮小距離,直至最終找 到目標(biāo)。 

4 結(jié) 語

隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展與普及滲透,現(xiàn)在家庭生 活或工作領(lǐng)域中越來越多的智能設(shè)備都具有開啟 WiFi 信號, 連入附近無線局域網(wǎng) WLAN 的功能。為此,設(shè)計一種快速尋 物方法,利用 WiFi 信號穿透性強,傳輸距離能夠達(dá)到 150 m, 遠(yuǎn)超藍(lán)牙或紅外傳輸?shù)膬?yōu)勢,再借助傳感器及時感應(yīng)位置信 息,顯示尋物路徑,進(jìn)行實時、準(zhǔn)確的語音播報,帶給人們(尤 其是盲人群體)尋物的便利。


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