室內GPS使用困難？學習如何利用BLE和Wi-Fi三角定位構建DIY實時室內追蹤系統。準確追蹤人、寵物或機器人，并在設備上實時查看位置。

室內導航在許多應用領域變得越來越重要——從可穿戴設備、室內追蹤系統到寵物活動監測。它在家庭自動化和機器人等領域也發揮著關鍵作用。問題是GPS在室內根本不好用。雷達和激光雷達等技術可以解決這個問題，但它們成本高昂且日常使用時往往不切實際。

這時，一個更簡單且經濟的解決方案就派上用場了：BLE三角定位和Wi-Fi三角定位。這些方法允許通過使用BLE或Wi-Fi信號，將其信號強度（RSSI，接收信號強度指示器）轉換為距離信息，實現實時室內定位。

在典型的設置中，我們在房間或建筑的天花板或角落放置三個或更多錨點或信標。通過持續分析這些信標之間的信號強度，系統可以估算人員或物體在空間內的準確位置。

為了實現這一點，我們可以使用小型、緊湊的BLE或Wi-Fi板。一個很好的例子是Indusboard，它內置了Wi-Fi，還有加速度計和磁力計。這不僅有助于追蹤移動，還提供實時方向信息。

信標數量取決于你希望系統的準確度以及你愿意花費多少。在很多情況下，使用四個信標效果更好。

將Indusboard單元放置在房間的四個天花板角落，而非墻上，可以提高準確性并控制成本。只需對代碼做些微調，這種設置甚至可以幫助估算房間的深度和高度。

圖1。室內定位的網頁界面

在繼續之前，讓我們先了解三角測量方法是什么，以及它如何用于房間或房屋內部的實時監控和追蹤，甚至跨多層樓。

什么是三角測量法，它是如何使用的？

三角測量方法通過利用來自多個固定點的Wi-Fi或藍牙信號的角度和信號強度，精確確定物體的位置。

對于室內追蹤，我們設置了特殊的接收器——如Wi-Fi、藍牙或超寬頻錨點——能夠檢測來自設備信號的到達角度（AoA）。通過沿這些角度方向畫線，線條交匯點顯示設備的精確位置。

由于該方法依賴幾何結構而非僅限信號強度，因此更準確且穩定，非常適合在建筑物、倉庫或工廠內部導航和跟蹤。

如何計算Wi-Fi三角定位？

假設你在房間的已知位置有3個WiFi信標（例如角落分別在（0,0）、（5,0）、（2.5,4）米）。你的手機（標簽）會從每個（-60、-70、-65 dBm）接收RSSI。

1. 將RSSI轉換為距離：使用類似“距離=10^（參考RSSI-測量RSSI）/（10 * 路徑損耗因子）”這樣的公式。

• 參考RSSI（A）：1米波段信號（例如，-59 dBm，測試）。

• 路徑損耗（n）：室內信號的衰落方式（例如2.5）。

• 示例：RSSI -60：距離 = 10^（（-59 – （-60）） / （10*2.5）） = 10^（1/25） ≈ 1.1米。

• 對所有3個都做：d1=1.1m，d2=2.5m，d3=1.8m。

2. 繪制圓圈（三邊形）：想象每個信標周圍的圓圈，半徑為距離。

• 圓1：中心（0,0），半徑1.1米。

• 圓2：中心（5,0），半徑2.5米。

• 圓3：中心（2.5,4），半徑1.8米。

• 你的位置是它們交匯的地方（通常一點）。

3. 求交數學：對每個圓使用公式 （x – x1）^2 + （y – y1）^2 = d1^2。

• 相減對以求解x/y：例如，x = （d1^2 – d2^2 + x2^2 – x1^2） / （2*（x2 – x1）） + y 項。

• 對于多層（3D）：加Z，使用第四信標或最小二方（平均最佳擬合）。

• 示例結果：（2.0， 2.0）m。像Python/Excel這樣的工具可以計算。

圖2。定位與計算的三邊測量方法

所需硬件：

室內追蹤的逐步編碼

這里，我們需要創建兩個獨立的代碼：一個用于發送Wi-Fi信號并作為Wi-Fi熱點的錨點/信標，另一個用于接收這些信號的標簽。

錨點/信標應放置在房間的墻壁或天花板上——分別在兩側或不同樓層，具體取決于你是否想要多層定位系統。標簽會貼在寵物的項圈、人的脖子上或機器人底盤上。這些標簽將作為接收器，收集錨點所有Wi-Fi網絡的信號，并利用前述三角測量方法計算位置。最后，位置信息可以實時顯示在網頁上。

錨/信標代碼

錨代碼方面，我們使用 ESP-NOW 庫。該庫允許多個ESP設備直接通信，無需互聯網連接或外部Wi-Fi路由器。它甚至可以創建自己的連接網絡。

在代碼中，每個錨點應擁有唯一的設備ID（1、2、3、4等），以便標簽識別它正在通信的錨點，并確定每個ID的距離。接下來，為每個信標設置廣播地址，并通過ESP-NOW發送數據。

代碼準備好后，上傳到工業板上每個錨點。你需要至少3個錨點，但建議4個以提升精度。對于多層定位，你可以修改標簽代碼以包含樓層層級數據，但本例中我們重點關注單一房間定位。

圖3。Code snippet for beacon/Ancor device

除了使用 ESP-NOW外，我們還需要配置 Wi-Fi 的接入點模式，使每個錨點都能作為熱點使用。這使我們能夠連接網絡并實時查看位置數據，實現在同一網絡上的持續追蹤。

Indusboard Coin內置磁力計和加速度計，幫助實時測量移動速度和方向。磁力計用于獲取方向數據和旋轉度，使系統能夠確定精確的方向。這使得定位和定位系統更加準確和安全，提供精準的定位和實時追蹤，從而使我們的室內定位系統更加先進。

圖4。代碼片段標簽

關于標簽代碼，我們還創建了另一個版本，當Indusboard信標放置在房間天花板的角落時，不僅可以確定物體的二維位置，還能確定物體的深度和高度。

圖5。3D室內定位

測試實時室內追蹤

現在，使用3.3V電池或通過Indusboard Coin背面的JST連接器為錨點供電。將每個錨點放置在房間的角落，如圖6所示。

接著，給標簽供電并根據需要安裝：比如作為人的項圈、寵物的項圈，或者固定在機器人上——基本上任何你想追蹤的東西都可以。將你的筆記本電腦或手機連接到標簽設備的Wi-Fi熱點。

打開瀏覽器，輸入IP地址192.168.4.1。你現在可以實時查看數據，包括移動方向、房間內位置以及每個信標/錨點的距離。界面上的綠點會隨著標簽移動而移動，讓你實時追蹤它。

圖6。實時室內追蹤，支持BLE、Wi-Fi三角定位和Indusboard