（学习日记）2024.01.05：一份关于自行车定位的调研

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
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一、前言

自己买了自行车，不便宜，所以格外心疼，觉得定位器是必须要安排上的。
之前写过一篇论文，是关于无人船的协同导航，所以懂一些卫星定位知识。基于这个知识储备再去逛淘宝，满眼的广告效果就是赤裸裸的“不科学”。
淘宝上的自行车定位器往往可以在评论区的角落，或者海报的角落，看到这么一些话：“范围10-100米”。
不用考虑了，使用的是蓝牙，当一个近距离位置提示还可以，但我想要的使用场景是被偷走能“顺网线找过去”。
真正有效果的定位器，往往四位数乃至五位数。这个价格远远超出预算，要知道，千寻的厘米级GPS也就一到三万。
因此，有了自己做一个低成本自行车定位器的想法，不一定能做出来，但可以试试，坚决不挖坑。
本篇文章就是对市场的调研，初步估计一下需要用到的算法和技术思路。

二、苹果AirTag

1、产品效果

作为苹果这个世界级科技公司推出的产品，AirTag达到的效果是惊人的。

作为高精度GPS，千寻、天宝等GPS的续航是一天甚至半天（充电版或一块电池）。海上浮标在存在太阳能板供电的情况下，拥有几立方分米的体积，续航仍然在半年到一年（特殊供电方案能达到数年）。
虽然AirTag的精度并没有这么高，但是它只有一块眼睛片的大小，续航更是达到了每块纽扣电池一年的水平。这个数据相当恐怖，与苹果其他产品的续航形成了巨大的反差，以至于让人怀疑是不是苹果手机手表续航要雄起了（笑）。

产品效果如下：

1. 全世界范围内的定位
2. 近距离箭头辅助寻找
3. 长达一年的续航
4. 纽扣电池供电
5. 控制提示音
6. NFC功能
7. IP67（1米水下停留30分钟）

价格：单件售价229元，4件装售价779元（官网，其他平台能便宜一两百）。

2、技术思路

如果没有世界级科技公司背景，这个产品的设计思路将极其艰难实现。换一句话说，首先有了苹果生态，才有AirTag出现的可能。

因为苹果将全球的iphone变成了蓝牙基站网络，从而可以找到这个全球网络覆盖下的任意AirTag。这个就是苹果生态的价值，巨量的全球iphone手机，变成了一个可以被苹果利用的数据收集网络。

使用技术：
超宽带无线通信技术（UWB）
基于UWB的PDOA方位定位
低功耗蓝牙 (BLE)
近场通信（Near Field Communication，简称NFC）

AirTag平时以低频BLE模式工作，当设备丢失后，被设置成“丢失模式”后，会启动高频上报，方便周围的手机及时发现位置。

平时AirTag会通过BLE进行数据广播，周围的手机收集到这个位置数据后，通过操作系统的服务，将位置匿名发给苹果，然后苹果根据硬件特征信息关联到主人的账号，主人就能在自己的手机的查找服务中看到设备的位置了。当设备设置为丢失模式后，这个位置消息会推送给主人手机。

用户通过iphone“查找”功能找到设备大概位置时，可以进一步使用“精确查找”功能启动UWB精准定位，UWB能实现10-30cm的精准定位，同时支持AoA角度定位，结合精准的距离和方向，那么就能实现快速的精准查找。

在进入设备附近后，还可以让设备发声，从而让设备更容易被发现。

当AirTag被陌生人捡到后，用支持NFC的iphone贴近设备后，手机上就会弹出AirTag主人的联系方式，从而可以提供一种方式，让拾到者跟主人取得联系，提高被找到的可能性。

3、硬件拆解

苹果AirTag使用的是Nordic公司的nRF52832，其芯片采用90纳米工艺节点，比稍早的2.4GHz Noridc收发器IC使用的180纳米工艺有所进步。AirTag中的nRF52832采用WLCSP50封装，比较大的48针6毫米x6毫米QFN选项小75%。选择WLCSP50而不是QFN封装可能有多种原因，其中一个原因可能是需要更少的PCB空间来使用多功能的Nordic芯片这么简单。

nRF52832 蓝牙 SoC 可以支持多种无线电类型，包括 2.4 GHz 专有无线电（如果需要）。Apple AirTag 中使用的 nRF52832 支持NFC 标签、蓝牙和蓝牙 Mesh。正是蓝牙 Mesh 功能使AirTag 能够连接到 Apple Find My 网络中的其他 Apple 设备。

IC 封装改进的另一个例子是将多个组件嵌入到单个IC 封装中的能力，其中一个好处是减少了电路设计的 PCB 面积。多芯片、多组件封装技术并不新鲜，而且还在不断改进，不仅仅包含芯片。Apple U1 UWB SIP（系统级封装）——在一个总封装面积为 20.58 mm 2的单个封装内包含 Apple UWB 收发器、嵌入式晶体振荡器、Sony RF 开关和更小的分立元件。

对于与 nRF52832 的芯片尺寸比较，UWB 收发器芯片是在台积电的16nm 工艺节点上制造的，允许在与 nRF52832 类似尺寸的芯片上使用更多的晶体管。

总而言之，Apple AirTag 的无线 IC占整个可用 PCB 面积的不到 30 mm 2或 6%。

然而，AirTag 的性能，即它在保持连接到 Find My 网络方面的成功，不仅在于无线电 IC，而且在很大程度上依赖于它的天线和天线设计。
但是 AirTag 的小尺寸不允许像我们在其他更大的设备（如手机）中看到的单独的天线部件。相反，AirTag 有一个框架，上面设计了三个天线。

苹果还在 AirTag 中加入了一个扬声器，它可以针对各种场景发出“啁啾声”。位于 PCB 上的 Maxim D 类音频放大器驱动扬声器。

4、个人看法

没什么看法，只能说牛逼，模仿不了。

参考链接：
苹果AirTag功能及工作原理介绍 - 极速物联的文章 - 知乎
拆解Apple AirTag蓝牙追踪器结构

三、HUAWEI Tag

1、产品效果

作为华为推出的 明显对标AirTag的 产品，也能够实现远距离定位，续航达到一年以上。

产品效果如下：

1. 中国范围内的定位
2. 长达一年的续航
3. 纽扣电池供电
4. 控制提示音
5. NFC功能
6. IP67（1米水下停留30分钟）

2、技术思路

类似于AirTag，但是因为没有UWB，也没有使用传统的GPS，所以只能凭蓝牙广播和声音辅助的方式实现物品追踪
。通过附近的华为手机，将位置上传云端。

从Tag内部布局来看，即使纽扣电池占据了很大一部分空间，主板上元器件的排布也并不算太过拥挤。主板正面分别使用了一颗汇顶科技的GR5513蓝牙SoC，以及复旦微的NT082C NFC芯片。

其中，GR5513是一颗低功耗的单模蓝牙SoC，它集成了蓝牙5.1协议栈和2.4GHz射频收发器，并且支持休眠、超深度睡眠等多种低功耗待机模式。在休眠模式下，工作电流仅有1.3µA。在超深度睡眠模式下，工作电流更是低至0.65µA。

蓝牙在Tag中主要起到数据广播的作用，其工作原理是将所有的华为手机都变成蓝牙基站，以此构成一个庞大的数据采集网络。一旦遗失，Tag就会通过自身蓝牙向附近的华为设备广播信息，并借助周围的华为设备将位置信息加密后上传至云端，这样失主就能在蓝牙连接有效距离以外，查找到Tag的所在位置。

主板的背面放置了一颗ST的加速度计LIS2DW12，该芯片主要用来识别Tag的运动状态，在必要时唤醒Tag。

主板背部的两侧的触点分别与机壳上的环形天线以及喇叭相连。为了尽可能地缩小喇叭对有限空间的占用，HUAWEI Tag采用了压电陶瓷喇叭的设计。

压电陶瓷喇叭的结构，是将一个很薄的多层压电陶瓷片附着在超薄的金属片上，以此构成振膜。当振膜接收到交替变化的电压时，它就会随着电压的变化，上下弯曲从而推动空气发声。

3、个人看法

根本逻辑是借用华为生态，但又不像苹果脱离生态也能定位，所以无法复制也无法实现各种场景的定位。

参考资料：
HUAWEI Tag 拆解|不支持UWB、没有GPS，如何实现追踪、定位？

四、未完待续