如何搭建一个蓝牙定位系统

本篇文章给大家分享的是有关如何搭建一个蓝牙定位系统，小编觉得挺实用的，因此分享给大家学习，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获，话不多说，跟着小编一起来看看吧。

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1、准备设备

所需硬件设备：

（1）低功率蓝牙定位器若干（如：10个），网上有卖（单价从几十到几百都有）

（2）android设备一台，系统版本4.2以上（SDK版本大于17）

（3）iOS设备一台，支持蓝牙4.0 BLE

2、设置蓝牙定位器

移动设备扫描周边低功率蓝牙设备，可以获得蓝牙设备对应的Proximity UUID、Major、Minor等属性信息。而刚采购来的蓝牙设备属性可能都相同，互相区别不开，所以我们需要设置每台设备的属性。

设备厂商都会提供相关手机应用，共用户设置属性信息。给蓝牙设备装上电池，打开手机应用，靠近蓝牙设备就能发现，然后就可以设置其属性值了，其中：

UUID是一个32位的16进制数，表示设备厂商，该字段可以沿用出厂设置

Major表示不同区域（比如：某一楼层、某一地区），取值范围0到6万多

Minor表示不同的设备，取值范围0到6万多

样例：UUID = e2c56db5-dffb-48d2-b060-d0f5a71096e0， Major = 1001， Minor = 10001

每台设备设置完属性后准备一个标签，填上属性信息，贴到设备上，方便以后部署。

3、部署蓝牙设备

首先，准备目标场地地图数据，可以是基于经纬度坐标，也可以是简单图片坐标，看具体使用情况。

接下来，将蓝牙设备挨个部署到场地指定位置上，顺便记录每个设备地理坐标或图片坐标。

最后，得到一张表格信息，记录着每台蓝牙设备属性和位置信息。这张表就是整个定位系统的指纹库，为定位算法使用。

固定蓝牙设备到场地指定位置比较容易，不过记录设备坐标信息可能复杂一点，需要在地图或图片上获得相应位置点。可以开发一个App从而快速准确地记录位置信息，顺便将相关信息录入指纹库（数据库，比如：SQLite）。

部署蓝牙设备还有一个关注点就是部署间隔。低功率蓝牙设备容易受场地、环境影响，比较不稳定，所以根据场地条件每隔几米或十几米部署一台蓝牙设备。间隔太大会影响定位精度，不过太密也是资源浪费，不是越密集定位精度越高。

4、客户端App开发

客户端app主要功能就是扫描周围蓝牙设备，将设备列表信息上传定位服务器，从而获得定位效果，并展现给终端用户。

4.1 Android应用开发

工程所需SDK版本大于17。

1. App所需权限（AndroidManifest.xml文件）

2. 创建beacon数据项类

public class IBeaconRecord {
	public String address;	// 设备地址（Mac）
	public String uuid;		// Proximity UUID
	public int major;		// Major
	public int minor;		// Minor
	public int rssi;		// 场强
}

其中，address属性可以不要，因为iOS设备获取不到该属性！

3. 创建扫描工具类

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import com.example.vo.IBeaconRecord;

import android.bluetooth.BluetoothAdapter;
import android.bluetooth.BluetoothDevice;
import android.bluetooth.BluetoothManager;
import android.content.Context;
import android.os.Build;
import android.os.Handler;

public class BLEPositioning {

	private Context m_ctx;
	private Handler handler;
	
	private BluetoothManager bluetoothManager;
	private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
	
	// 存储蓝牙扫描结果，key - name_address, value - List
	private Map> mapBltScanResult;

	public BLEPositioning(Context ctx) {
		super();
		this.m_ctx = ctx;
		initParam();
	}

	/**
	 * 初始化
	 */
	private void initParam() {
		handler = new Handler();

		mapBltScanResult = new HashMap>();
		// 设备SDK版本大于17（Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1）才支持BLE 4.0
		if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
			bluetoothManager = (BluetoothManager) this.m_ctx
					.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
			mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
		}
	}
	
	/**
	 * 开始扫描蓝牙设备
	 */
	public void startScan()
	{
		mapBltScanResult.clear();
		
		if (mBluetoothAdapter != null && mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
			// 5秒后停止扫描，毕竟扫描蓝牙设备比较费电，根据定位及时性自行调整该值
			handler.postDelayed(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					mBluetoothAdapter.stopLeScan(bltScanCallback);
				}
			}, 5 * 1000);
			mBluetoothAdapter.startLeScan(bltScanCallback);	// 开始扫描
		}
	}
	
	/**
	 * 请求定位服务，由你们完成，
	 * 如果指纹数据在本地，定位算法就在当前App里完成
	 */
	public void requestServer()
	{
		// TODO 
		// 利用mapBltScanResult（蓝牙扫描结果）请求定位服务或本地计算定位
	}
	
	/**
	 * 蓝牙扫描回调，获取扫描获得的蓝牙设备信息
	 */
	private BluetoothAdapter.LeScanCallback bltScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
		@Override
		public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,
				byte[] scanRecord) {
			/**
			 * 参数列表描述
			 * 1.device	- BluetoothDevice类对象，
			 * 		通过该对象可以得到硬件地址（比如"00:11:22:AA:BB:CC"）、设备名称等信息
			 * 2.rssi - 蓝牙设备场强值，小于0的int值
			 * 3.scanRecord - 这里内容比较丰富，像UUID、Major、Minor都在这里
			 */
			IBeaconRecord record = new IBeaconRecord();
			if (fromScanData(scanRecord, record)) {
				String address = device.getAddress();	// 获取Mac地址
				String name = device.getName();			// 获取设备名称
				String key = name + "_" + address;

				record.address = address;	// Mac地址
				record.rssi = rssi;		// 场强
				if (mapBltScanResult.containsKey(key)) {
					mapBltScanResult.get(key).add(record);
				} else {
					ArrayList list = new ArrayList();
					list.add(record);
					mapBltScanResult.put(key, list);
				}
			}
		}
	};
	
	/**
	 * 解析蓝牙信息数据流
	 * 	注：该段代码是从网上看到的，来源不详
	 * @param scanData
	 * @param record
	 * @return
	 */
	private boolean fromScanData(byte[] scanData, IBeaconRecord record) {

		int startByte = 2;
		boolean patternFound = false;
		while (startByte <= 5) {
			if (((int) scanData[startByte + 2] & 0xff) == 0x02
					&& ((int) scanData[startByte + 3] & 0xff) == 0x15) {
				// yes! This is an iBeacon
				patternFound = true;
				break;
			} else if (((int) scanData[startByte] & 0xff) == 0x2d
					&& ((int) scanData[startByte + 1] & 0xff) == 0x24
					&& ((int) scanData[startByte + 2] & 0xff) == 0xbf
					&& ((int) scanData[startByte + 3] & 0xff) == 0x16) {

				return false;
			} else if (((int) scanData[startByte] & 0xff) == 0xad
					&& ((int) scanData[startByte + 1] & 0xff) == 0x77
					&& ((int) scanData[startByte + 2] & 0xff) == 0x00
					&& ((int) scanData[startByte + 3] & 0xff) == 0xc6) {

				return false;
			}
			startByte++;
		}

		if (patternFound == false) {
			// This is not an iBeacon

			return false;
		}

		// 获得Major属性
		record.major = (scanData[startByte + 20] & 0xff) * 0x100
				+ (scanData[startByte + 21] & 0xff);
		
		// 获得Minor属性
		record.minor = (scanData[startByte + 22] & 0xff) * 0x100
				+ (scanData[startByte + 23] & 0xff);
		// record.tx_power = (int) scanData[startByte + 24]; // this one is
		// signed
		// record.accuracy = calculateAccuracy(record.tx_power, record.rssi);
		// if (record.accuracy < 0) {
		// return false;
		// }
		try {

			byte[] proximityUuidBytes = new byte[16];
			System.arraycopy(scanData, startByte + 4, proximityUuidBytes, 0, 16);
			String hexString = bytesToHex(proximityUuidBytes);
			StringBuilder sb = new StringBuilder();
			sb.append(hexString.substring(0, 8));
			sb.append("-");
			sb.append(hexString.substring(8, 12));
			sb.append("-");
			sb.append(hexString.substring(12, 16));
			sb.append("-");
			sb.append(hexString.substring(16, 20));
			sb.append("-");
			sb.append(hexString.substring(20, 32));
			// beacon.put("proximity_uuid", sb.toString());
			// 获得UUID属性
			record.uuid = sb.toString();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}

		return true;
	}
	
	private char[] hexArray = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8',
			'9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };

	private String bytesToHex(byte[] bytes) {
		char[] hexChars = new char[bytes.length * 2];
		int v;
		for (int j = 0; j < bytes.length; j++) {
			v = bytes[j] & 0xFF;
			hexChars[j * 2] = hexArray[v >>> 4];
			hexChars[j * 2 + 1] = hexArray[v & 0x0F];
		}
		return new String(hexChars);
	}
}

扫描结果放在mapBltScanResult里，该HashMap的key由设备Mac地址和名称组成（address_name），value是个ArrayList，记录着该蓝牙设备多次扫描得到的信息（IBeaconRecord）序列，请求定位服务或本地计算定位之前，这些序列要进行平均处理（其实只是平均rssi值）。经过RSSI值多次平均处理后，一定程度上减小蓝牙设备不稳定因素。

关于请求定位服务，展现定位效果，还有定位算法都不是本文重点！关于蓝牙定位算法也可以参考其他文献资料！

4.2 iOS应用开发

iOS部分参考了AirLocate源码（苹果官方蓝牙样例工程）。

1. 引用基础配置类“APLDefaults”（来自AirLocate）

APLDefaults.h文件

/*
   File: APLDefaults.h
 Abstract: Contains default values for the application.
 
 Version: 1.1
 
 Copyright (C) 2014 Apple Inc. All Rights Reserved.
 
 */


extern NSString *BeaconIdentifier;


@interface APLDefaults : NSObject

+ (APLDefaults *)sharedDefaults;

@property (nonatomic, copy, readonly) NSArray *supportedProximityUUIDs;

@property (nonatomic, copy, readonly) NSUUID *defaultProximityUUID;
@property (nonatomic, copy, readonly) NSNumber *defaultPower;

@end

APLDefaults.m文件

/*
   File: APLDefaults.m
 Abstract: Contains default values for the application.
 
 Version: 1.1
 
 Copyright (C) 2014 Apple Inc. All Rights Reserved.
 
 */

#import "APLDefaults.h"


NSString *BeaconIdentifier = @"com.example.apple-samplecode.AirLocate";


@implementation APLDefaults

- (id)init
{
  self = [super init];
  if(self)
  {
    // uuidgen should be used to generate UUIDs.
    _supportedProximityUUIDs = @[[[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0"],
                   [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"5A4BCFCE-174E-4BAC-A814-092E77F6B7E5"],
                   [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"74278BDA-B644-4520-8F0C-720EAF059935"]];
    _defaultPower = @-59;
  }
  
  return self;
}


+ (APLDefaults *)sharedDefaults
{
  static id sharedDefaults = nil;
  static dispatch_once_t onceToken;
  dispatch_once(&onceToken, ^{
    sharedDefaults = [[self alloc] init];
  });
  
  return sharedDefaults;
}


- (NSUUID *)defaultProximityUUID
{
  return _supportedProximityUUIDs[0];
}


@end

2.  定义变量

  // 存储扫描获得的蓝牙设备信息
  // key - proximityUUID_Major_Minor
  // value - NSArray (CLBeacon)
  NSMutableDictionary *dicBeacons;
  
  CLLocationManager *locationManager;
  NSMutableDictionary *rangedRegions;   // 要扫描的region
  
  NSTimer *timerPos; // 定时器，用于控制扫描时间长短

3. 初始化

  dicBeacons = [[NSMutableDictionary alloc] init];
  
  locationManager = [[CLLocationManager alloc] init];
  locationManager.delegate = self; // 当前类接收回调，从而获得蓝牙设备信息
  
  // Populate the regions we will range once.
  rangedRegions = [[NSMutableDictionary alloc] init];
  
  for (NSUUID *uuid in [APLDefaults sharedDefaults].supportedProximityUUIDs)
  {
    CLBeaconRegion *region = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:[uuid UUIDString]];
    rangedRegions[region] = [NSArray array];
  }

4. 开始扫描、停止扫描和请求定位服务

// 开始扫描蓝牙
- (void)startScanning
{
  // 定时3.0秒后请求定位服务，时间间隔自行设置，只要有足够的扫描时间即可
  timerPos = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3.0 target:self selector:@selector(startPositioning) userInfo:nil repeats:NO];
  
  [dicBeacons removeAllObjects];
  // 开始扫描
  for (CLBeaconRegion *region in rangedRegions)
  {
    [locationManager startRangingBeaconsInRegion:region];
  }
}

// 停止扫描蓝牙
- (void)stopScanning
{
  // 停止扫描
  for (CLBeaconRegion *region in rangedRegions)
  {
    [locationManager stopRangingBeaconsInRegion:region];
  }
}

// 请求定位服务
- (void)startPositioning
{
  [self stopScanning];  // 停止扫描
  
  // 以下根据扫描结果dicBeacons来请求定位服务
  //
}

其中，请求定位服务部分每个人都不一样，依赖自身定位服务。

5. 监听回调，解析扫描获得的蓝牙设备信息，存入dicBeacons变量

#pragma mark - Location manager delegate
- (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didRangeBeacons:(NSArray *)beacons inRegion:(CLBeaconRegion *)region
{
  /*
   CoreLocation will call this delegate method at 1 Hz with updated range information.
   Beacons will be categorized and displayed by proximity. A beacon can belong to multiple
   regions. It will be displayed multiple times if that is the case. If that is not desired,
   use a set instead of an array.
   */
  for (NSNumber *range in @[@(CLProximityUnknown), @(CLProximityImmediate), @(CLProximityNear), @(CLProximityFar)])
  {
    NSArray *proximityBeacons = [beacons filteredArrayUsingPredicate:[NSPredicate predicateWithFormat:@"proximity = %d", [range intValue]]];
    
    for (int i = 0; i < [proximityBeacons count]; i++) {
      CLBeacon *beacon = [proximityBeacons objectAtIndex:i];
      // 场强过滤，RSSI值要在-90到0之间
      if (beacon.rssi < 0 && beacon.rssi > -90) {
        NSString *strKey = [NSString stringWithFormat:@"%@_%@_%@",[beacon.proximityUUID UUIDString], beacon.major, beacon.minor];
        if ([dicBeacons objectForKey:strKey]) {
          [[dicBeacons objectForKey:strKey] addObject:beacon];
        } else {
          NSMutableArray *arrBeacons = [[NSMutableArray alloc] init];
          [arrBeacons addObject:beacon];
          [dicBeacons setObject:arrBeacons forKey:strKey];
        }
      }
    }
  }
}

5. 定位服务开发

部署蓝牙设备时组建了最原始的蓝牙指纹库（数据表），利用这张表可以开发一套定位服务。

客户端上传过来的是一组蓝牙设备信息列表，例如：

{
  "ble_arr” =   (
        {
      major = 1001;
      minor = 10006;
      rssi = "-65";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10002;
      rssi = "-72";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10005;
      rssi = "-49";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10008;
      rssi = "-74";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10001;
      rssi = "-65";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10004;
      rssi = "-76";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 10007;
      rssi = "-66";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    },
        {
      major = 1001;
      minor = 17010;
      rssi = "-67";
      uuid = " E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0";
    }
  );
}

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