微信小程序iBeacon测距及稳定程序的实现解析

前言

iBeacon是苹果公司推出的一项低耗能蓝牙技术,由蓝牙设备发射包含指定信息的信号,再由移动设备接收信号,从而实现近场通信。微信小程序2017年开始支持iBeacon,摇一摇附近就是基于iBeacon实现的,此外iBeacon还可以实现距离测量,本文将介绍如何基于微信小程序实现iBeacon测距。

iBeacon测距原理

蓝牙信标发射的信号强度(rssi)与收发设备之间的距离,某种程度上呈正相关,因此通过合理的运算转化,可以通过rssi的值反推出与接收设备间的距离。

蓝牙信标的rssi值是一个参考值,没有固定标准。想要计算出蓝牙信标的距离,还必须知道这个信标设备的txPower值。txPower是指当距离蓝牙信标1m时的rssi值,不同的蓝牙设备或相同设备不同的工况甚至不同的场地环境,都会影响txPower值,因此这个值虽然可以测量,但一定程度上是个经验值,无法测准。

rssi测距公式

知道rssi和txPower后就可以计算距离了,有两种计算公式:

一、

这个公式里的三个变量A、B、C都是经验值,需要根据手机系统或硬件型号精确调校,通常会将所有设备的校准结果保存成一个设备信息表,移动终端先检测本机型号,然后匹配设备信息调取相应的计算配置,再进行计算。很明显这个公式是比较依赖硬件调校的,没有数据储备的前提下这个公式会很难用。

转换成js代码:

const calculateAccuracy = function (txPower, rssi) {
 return (0.89976) * Math.pow(rssi / txPower, 7.7095) + 0.111
}

未精校情况下的测距表现:

先说这个图怎么看。

  • 纵轴代表测量距离,横轴代表时间,每隔一秒取样一次,图中是近10次取样的数值曲线。
  • 绿线是设备接收到的rssi值,反应硬件真实接收到的数据情况;
  • 红线是套用公式计算得出的瞬时距离;
  • 黄线是微信小程序自带的瞬时测距结果。

蓝牙信标与手机的实际距离1m,测试设备为红米Note7。

从上图可见,rssi值相对稳定,说明硬件没有太大问题。红线和黄线的波动都很大,说明准确度不咋地。二者的波动趋势几乎一致,所以有理由怀疑微信小程序内部也是用的这个测距公式。从结果来看,这个公式的准确度比较差,可能是因为没有精校的原因。

二、

这个公式里的A就是rssi,tx是txPower,n是经验值,n的取值跟物理环境有关。

const calculateAccuracy = function (txPower, rssi) {
 return Math.pow(10, Math.abs(rssi - txPower) / (10 * 4))
}

公式二的测距表现:

人比人得死,货比货得扔啊。

图中黄线还是波动的那么疯狂,但红线却异常稳定,而且呈现出跟绿线一致的波动幅度,说明测距精度靠谱。这个公式只有一个参数,生产环境中的调校相对简单,这里我们选择公式二作为测距公式。

iBeacon测距稳定程序

蓝牙信号本身就有波动性,加上现实环境中的很多因素也会影响到信号强度,比如物体遮挡、设备方向变化、硬件自身的稳定性等,所以接收设备检测到的rssi值通常是“跳动”的,直接使用测距公式算出的结果,往往不可用。必须实现一个稳定程序,让计算结果呈现出连续性和稳定性。

数据滤波

稳定程序主要做的事就是对波段数据“削峰填谷”,也可以称作数据滤波。最简单的滤波处理,就是收集一段时间的值求平均,只要硬件不出问题,固定距离的蓝牙信标rssi值总是会在一个相对稳定的区间内变化,采样时间越长,采样的平均值就会越接近真实值,因此在静态测距场景中,求平均是最佳方式。

//求数组平均值
const arrayAverage = arr => arr.reduce((acc, val) => acc + val, 0) / arr.length;
return arrayAverage([...])

具体实现是,当程序源源不断的接收到信标的rssi时,先用公式计算出瞬时测距结果,然后将结果存进一个数组,然后计算这个数组的平均值。静态测距时,测量结果还是非常准的,2m以内的距离误差可以低至0.1m。

实际应用中往往都是动态测距,所以采样数据的长度要加以限制,比如按后进先出的顺序,取最近10组数据。具体采样队列设为多长,要根据项目实际需求而定。采样队列的长度越长,测距结果越平滑,但对移动端的动态捕捉越迟钝;反之采样队列越短,结果越锐利,对移动端的动态捕捉越灵敏。

有时因为一些偶然因素,采样队列中会出现个别大幅偏离真实值的“燥音”数据,即使求平均也难以有效抹除影响,为消除这种影响,可以在求平均前先用高斯模糊算法对“偏大值”和“偏小值”做平滑处理,最大限度的降低数据噪音的干扰。

高斯模糊算法的关键是根据平均差求权重,一维高斯模糊的权重计算公式:

转换成js代码:

//求一维队列某点的高斯模糊权重 @param(队列长度,目标位置, 平均差)
const getOneGuassionArray = function (size, kerR, sigma) {
 if (size % 2 > 0) {
  size -= 1
 }
 if (!size) {
  return []
 }
 if (kerR > size-1){
  return []
 }
 let sum = 0;
 let arr = new Array(size);

 for (let i = 0; i < size; i++) {
  arr[i] = Math.exp(-((i - kerR) * (i - kerR)) / (2 * sigma * sigma));
  sum += arr[i];
 }

 return arr.map(e => e / sum);
}

关于“偏大值”和“偏小值”的概念将在下文介绍,这里只要知道我们的模糊目标是那些“极端数据”就行了。

时间加权

基于采样队列求平均的处理方式,不可避免的会让结果产生滞后性,这时可以引入时间加权的补偿算法。

所谓时间加权,是指在求平均值的时候,给距离当前时间较近的值更高的计算权重,反之给距离当前时间较远的值较低的计算权重,实现起来也非常简单。

以最简单的权重分配为例,将采样队列一分为二,按时间远近定位为“当前组”和“过去组”,比如说我想让当前组的权重是过去组的2倍,那么只要将当前组数据全部复制一份加入队列,然后再计算新队列的平均值。

//时间加权处理
queue = queue.slice(0, parseInt(queue.length / 2)).concat(queue)
//求平均
return arrayAverage(queue)

动态跟进

经过时间加权处理后,数据的滞后性会得到一定的抑制,但如果遇到比较“陡峭”的距离变化,这种处理仍然会给出一个相对“平滑”的反馈,为了让稳定程序能更好的感知动态变化,并且做出跟进反应,还需要人为的设置一些特殊条件。

首先,如何判断移动设备正在远离或靠近?

这里有一个简单的思路,可以先找出采样队列中的最大值和最小值,然后以一定的阈值找出偏大值和偏小值。比如队列中的最大值是3,最小值是1,阈值设置为0.1m,那么大于2.9m的数据都算偏大值,小于1.1m的数据都算偏小值。偏大值和偏小值的队列长度最长不超过总队列的二分之一。

然后,如果偏大值集中在队列的前三分之一部分,那么我们可以认为移动设备正在果断远离;反之偏小值集中在队列的前三分之一部分,则可以认为移动设备正在靠近。

//maxCount为偏大值的序号数组
//minCount为偏小值的序号数组
//queueLength为队列长度

if (arrayAverage(maxCount) < parseInt(queueLength / 3)) {
  console.log(`正在远离`)
} else if (arrayAverage(minCount) < parseInt(queueLength / 3)) {
  console.log(`正在靠近`)
}

基于这种远离和靠近的趋势判断,我们可以人为的让数据向运动方向做更激进的倾斜。怎么做呢?跳过时间加权逻辑,如果判断为正在远离,那么就将队列中的偏小值过滤掉,反之则将偏大值过滤掉,只计算剩下的数据;这种处理会得到一个明显过激的结果,但考虑到现实世界中的运动往往具有惯性,这种激进处理,可能会更贴合真实的运动情况,而且让数据的响应更“灵敏”。

效果检验

做到目前为止效果怎么样呢,直接看图吧。

下图中,绿线依然是rssi值,红线是根据rssi直接算出来的瞬时测距结果,黄线是加入稳定程序后的测距结果。

第一张图是相对静止的条件,可以看到黄线相对红线明显更加平稳,说明稳定程序还是起作用的。

第二张图是模拟快速远离的场景,可以看到黄线在保证平稳的前提下紧跟红线,没有被甩掉,主要体现的是稳定程序的动态跟进效果。

第三张图是抡胳膊甩手机+遮挡信号模拟出的场景,貌似稳定程序也架不住了,有点飘忽。

以上是关于稳定程序的简要实现思路,生产环境中肯定会面临更加复杂的情况,免不了还要做大量调试,这里只是抛砖引玉。

总结

蓝牙测距简单来说就是一个公式的应用,本身比较简单,基于测距可以实现很多近场应用,比如近场签到、近场推送等等,更进一步甚至可以实现对移动设备的定位,有了定位信息,很多室内定位、室内导航相关的应用就都可以实现了。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

时间: 2019-07-30

微信小程序ibeacon三点定位详解

空余时间简单写了一个微信小程序ibeacon三点定位. 事先淘宝买了七八个ibeacon小设备,放置在办公司角落.分别设置三个ibeacon的位置坐标点,根据每一个ibeacon到已经开启蓝牙的目标物距离,计算出目标物在当前区域内坐标位置.适用于区域内购物指示.当然,进入该区域事先要打开手机蓝牙. 下面代码: var app = getApp() Page({ data: { motto: 'Hello World', openBLE:'打开蓝牙设备', startBLEDiscovery:'初

微信小程序使用websocket通讯的demo,含前后端代码,亲测可用

0.概述websocket (1) 个人总结:后台设置了websocket地址,服务器开启后等待有人去连接它. 一个客户端一打开就去连接websocket地址,同时传递某些识别参数.这样一来后台和客户端连接成功了,然后后台就可以发消息给客户端了,(客户端也可以再回话给后台). (2) socket叫套接字,应用程序用socket向网络发出请求或者应答网络请求. (3) 官方解释的socket 建立连接四步骤: 服务器端开启socket,然后accep方法处于监听状态,等待客户端的连接. 客户端开

微信小程序把百度地图坐标转换成腾讯地图坐标过程详解

百度地图的经纬度放到腾讯地图里面解析地址,导致位置信息显示不正确,所以利用腾讯地图提供的API进行转换. 如果没有开发密钥(key),就到腾讯地图官方文档进行申请和下载qqmap-wx-jssdk.js 腾讯地图官方文档 申请步骤 填写信息 wxml代码 <map id='map' longitude="{{longitude}}" latitude="{{latitude}}" markers="{{markers}}" show-loc

微信小程序实现人脸检测功能

本文为大家分享了微信小程序实现人脸检测的具体代码,供大家参考,具体内容如下 因为本文章的人脸检测技术运用的是百度云人工智能,首先要有百度云的账号. 近期,人脸识别已经升级到了V3,开启了测试,所以也依照v3文档进行了更新: 1.人脸识别的每个接口,都需要用到百度云的access_token,首先获取 access-token ,一个月之后access_token过期:可以将获取的存入文件,再次引用时可以判断其是否过期,然后引用或者重新获取: //获取access_token function r

微信小程序 地图map详解及简单实例

微信小程序 地图map 微信小程序map 地图 属性名 类型 默认值 说明 longitude Number   中心经度 latitude Number   中心纬度 scale Number 1 缩放级别 markers Array   标记点 covers Array   覆盖物 标记点 标记点用于在地图上显示标记的位置,不能自定义图标和样式 属性 说明 类型 必填 备注 latitude 纬度 Number 是 浮点数,范围 -90 ~ 90 longitude 经度 Number 是

微信小程序显示倒计时功能示例【测试可用】

本文实例讲述了微信小程序显示倒计时功能.分享给大家供大家参考,具体如下: 微信小程序中显示倒计时: index.wxml: <view class='countdown'>剩:<text style='color:#6B4EFD'> {{countDownDay}} </text> 天 <text style='color:#6B4EFD'>{{countDownHour}} </text> <text style='color:#6B4E

Android中微信小程序支付倒计时功能

看效果 由于web 经验弱爆- -  一开始我的思路是找事件,但是看了半天API 基本都是点击触摸,通过物理触发- - 我居然忽略了生命周期,生命周期+线程不就完全OK吗- 事实证明,线程还是王道啊,一开始就应该这么搞嘛- 度娘上面也看了很多都是用js写的,but,可能刚做没几天吧,我对js与微信小程序掌握还不够熟练 思路: onLoad:function(options)调用倒计时方法函数 定义线程进行数据动态现实 1. 日期转化成毫秒 2.定义线程动态显示 3.渲染倒计时 1.毫秒转成固定格

微信小程序显示下拉列表功能【附源码下载】

本文实例讲述了微信小程序显示下拉列表功能.分享给大家供大家参考,具体如下: 1.效果展示 2.关键代码 app.json文件: { "pages":[ "views/views", "views/navigators/navigator1/navigator1", "views/navigators/navigator2/navigator2", "views/navigators/navigator3/naviga

微信小程序实现倒计时补零功能

微信小程序中 "倒计时自动补零" 的一点代码,方法比较简单粗暴,想着以后怎么也能用到,就先总结出来了. 代码: js: //index.js var num = 10//计时 var strH = '' var strM = '' var strS = '' var timer = '' Page({ data: { timeText:''//展示 }, onLoad: function () { this.move() //计时开始 后面的1000是毫秒 每1000毫秒跳一次 tim

微信小程序手机号码验证功能的实例代码

wxml <form bindsubmit='formSubmit'> <view class='all'> <text>手机号:</text> <input name="phone" placeholder='请输入手机号' type='number' style='color:#333' placeholder-style="color:#666" maxlength="11" bindi

微信小程序 在线支付功能的实现

微信小程序 在线支付功能 最近需要在微信小程序中用到在线支付功能,于是看了一下官方的文档,发现要在小程序里实现微信支付还是很方便的,如果你以前开发过服务号下的微信支付,那么你会发现其实小程序里的微信支付和服务号里的开发过程如出一辙,下面我就具体说一下小程序里微信支付的开发流程和注意点. 1.开通微信支付和微信商户号 这个过程就和开通服务号的微信支付过程一样,没有什么可以说的. 2.获得用户的openid 首页我们需要在小程序的客户端js中获取当前用户的openid,通过调用wx.login方法可

微信小程序 五星评价功能的实现

微信小程序 五星评价功能 话不多说,我们来看一下效果图: 要实现的效果:点击到第几颗星,就要显示到第几颗星, 接下来直接查看源码: <view class="l-evalbox row"> <text class="l-evaltxt">满意度:</text> <view class="l-evalist flex-1" bindtap="chooseicon"> <ico

微信小程序列表渲染功能之列表下拉刷新及上拉加载的实现方法分析

本文实例讲述了微信小程序列表渲染功能之列表下拉刷新及上拉加载的实现方法.分享给大家供大家参考,具体如下: 微信小程序为2017年1月9日打下了一个特殊的标签,迅速刷爆了网络和朋友圈,最近我也写了一个demo程序体验一把.微信小程序和vuejs有些像,都是数据驱动视图&单向数据绑定,而其体验要比H5页面好很多,这得益于微信环境的支持以及首次运行时同时加载所有页面的处理.本文将分享微信小程序列表的下拉刷新和上划加载的实践. 效果图 首先来看看程序效果图,以下四张图从左至右依次是:下来刷新动画.下拉刷

微信小程序实现签到功能

本文实例为大家分享了微信小程序实现签到功能的具体代码,供大家参考,具体内容如下 效果图: 今天是16号,所以显示已签到,渲染页面时请求后台传的参数为这月签到的日期 如:["16", "14"] 点击签到执行 calendarSign sign.wxml <!--index.wxml--> <view class="calendar"> <view class='bcfff'> <view class=&q

微信小程序实现天气预报功能

本文实例为大家分享了微信小程序实现天气预报功能的具体代码,供大家参考,具体内容如下 这个案例是仿UC中天气界面做的中间也有点出入,预留了显示当前城市名字和刷新图标的位置,自己可以写下,也可以添加搜索城市.值得注意的是100%这个设置好像已经不好使了,可以通过获取设备的高度通过数据绑定设置高度.地址:weather 界面主要分为四部分: 第一部分 这里是预留的一块可以自行添加补充下 <view class="newTopView"> <!--左边添加当前城市名字,点击跳