基于物联网的生活物品防丢器的可行性分析

李 阳，吴怡敏，龙继权，曹 可，林小妹

（南京审计大学金审学院，江苏 南京 210000）

随着科技的迅猛发展，“物联网”渐渐走入生活，但是还是有一些技术都存于陈列馆并没有在商业推动下融入生活。所谓“万物互联”的思想，大概就是将所有物体都联系在一起，将物与物、人与物的连接，对物体跟踪、搜寻能有一定的实时掌握的效果，无线互联通信起着至关重要的作用。随着跟踪技术的发展，为防止人员走失、快递物件丢失，防丢器、跟踪器等产品提供了便捷，但是却少有用于生活物品的防丢的。为了便利生活，为了解决生活物品丢失后难寻的困扰，不考虑被盗、被抢、被人捡走等导致的丢失现象，防丢器是一种贴近生活的产品。

1 生活物品防丢器的使用情况调查分析

1.1 调查设计与实施

生活节奏的加快不可避免地引发一些健忘现象，忘了钱包放哪去了、出门找不到钥匙、饭卡不见了等，很多类似的遗失问题消磨大量宝贵时间，即使并不是多么贵重的物品，但是总会给生活带来一些不必要的麻烦和困扰。针对这样的现象，对生活物品防丢问题，制定了一份面对大众的问卷调研。

通过收集数据和资料来了解一些遗失生活物品可能存在的情况，并对防丢的措施、对防丢器的了解等基本情况进行了了解分析。调查的内容主要包括性别、年龄段、遗失物品、同时丢失东西的数量、一般在什么地方丢失东西、遗失物品时的状态、通常的寻回措施、有效方式、对防丢设备的接触程度、购买意愿、对防丢产品功能的需求、防丢设备的用途了解等相关内容，能够较全面了解普遍存在的生活遗失现象的基本情况。为增强数据容错性和普遍性，选取针对人群主要是13～50岁的，故采取网上问卷调查，尽可能地覆盖各个省份。本次问卷有效填写为533份[1]。

1.2 调查结果分析

1.2.1 了解丢失现象的普遍性及主要的遗失物品类型

在对性别、年龄段等数据分析时发现，只有少数人从来没丢过东西，对样本分析其年龄段20岁以下居多，推测绝大多数人还是有过丢失东西的现象，生活物品的丢失总是会带来许多不必要的麻烦，防丢设备或许能成为防丢措施中有利的助手。

对遗失物品的类型及数量进行分析时发现，各类遗失的物品中如钥匙、证件、耳机、伞等，其中小型物品居多（见图1），此题是多选题，在设计题目时，意在了解防丢器应用可行物，以及丢失寻回时的复杂性。这一问题对该项目意义重大，防丢设备使用的可行性，与所防丢的物件有极大关联。同时，通过调查分析，确定接下来对生活物品的防丢的研究分析，均只针对容易遗失的物品，有如伞、钥匙、包、书、手机、手表、电子手环等。

1.2.2 群众对防丢设备的了解

图1 遗失过哪些物品

有关遗失物品时的状态、通常的寻回措施、有效方式等问题，目的是分析物品通常遗失的场所是否利于寻回、有防丢器是否能利于寻回。

在分析群众对防丢设备的了解情况时发现，超过4/5的人对防丢设备防生活物品丢失或者协助寻回的作用效果并不知情。

1.2.3 群众对功能上的需求

在问及基本功能的需求时，有表示最好是能有报警、闪烁等现象作为提示，有利于寻回；还有对灵敏度以及续航时间表示关心的。

在设置的开放性填空题问及对防丢设备的需求时，绝大多数人都表示希望能外观小巧美丽，功能丰富，作用效果好。

不难看出，尽管现有的防丢设备不被了解不被看好，生活物品的防丢设备得不到商业重视，但是群众在防丢寻回方面还是赋予期待的。

1.2.4 对防丢设备需要依靠软件操控的看法

现有的防丢产品，绝大多数都是需要下载手机软件，防丢功能要依靠软件打开、设备连接等过程，对此，群众最关心的还是个人信息是否会被泄密，软件会不会对手机不安全，但是总体上表示排斥的人群只占不足11%，所以即使还是需要安装软件，即使会有一些并不那么便利的操作，大多数人还是能接受，丢失物品的燃眉之急，一切无损害的办法都是值得尝试的。

针对以上问题，本文基于物联网的生活物品防丢器的可行性分析，通过对国内外现有物品防丢器或电子定位器等类似产品的优劣及研究现状的了解，对使用物联网技术解决物品防丢问题的必要性和可行性进行市场需求和技术实现分析，并得出防丢设备用于生活物品防丢问题的可行性分析[2]。

2 设备使用测试及分析

根据收集到的资料显示，现有的防丢器都是需要供电的，有iFind那样采用电磁波作为能量来源供电的，但大多数产品都是电池供电；样式为挂件、贴片、卡、环4种，使用范围有限，不能应用于一些小型生活物品，如耳机、首饰等；市面上的防丢器均是基于内置的蓝牙模块和手机软件实现无线通信连接的配对，可想而知，有效通信距离问题是寻回时的难点。只要将防丢器与物品放置在一起，那么在蓝牙的有效通信距离内，手机用户便可以对防丢器进行定位，该方案在寻物过程中发挥了巨大作用。然而，在对防丢器进行定位时，现有技术存在以下缺陷：由于蓝牙的有效通信距离有限，因此一旦防丢器与手机的距离超出了蓝牙的有效通信距离，那么便较难实现对防丢器的定位。

经一段时间的设备了解发现，国内现有的小型防丢器价位差距不小，以100元为分界点，分为两类设备。由于经费使用上限，无法通过购买大量设备来避免一些个体现象，导致实验分析偏差过大，选择在测试过后看各买家评论，结合众多群众现象及具体使用现象做一些分析。

分别使用两种市面购买的防丢器进行实验测试。第一次实验是在操场完成的，宽阔无噪音，实验当天天气阴雨；第二次实验是在食堂完成，建筑物内，且噪音较大。两次实验中实验内容以调查中群众最为关注的因素为主，主要包括：防丢器的外形（包括形状、大小、重量等）、使用范围（最长有效距离、有效角度范围）、功能效果、耗电量影响、警报方式等。使用测试实验的结果分析得出，关于警报方式运用的是可控可闪的光、声结合的手段。白光，黑暗时利于寻找；70～90分贝的警报声，不损伤听力的情况下，可以调控音量大小。

在警报方面做得已经足够好，但是对互联方式及定位方式可以运用新的手法。主要的还是以使用蓝牙3.0技术为主的互联手段，通过手机软件的方式，有GPS地图的技术进行定位，但定位会因障碍物导致定位极其不准确。很明显室内环境下的定位就容易受到误导。而且，其定位方式中，是要将控制器（手机软件一端）及防丢器（易失物品一端）分别进行定位，怀疑运用了卫星导航[3]。

3 功能设计及分析

市面上的防丢器大都由母机和子机共同构成，两个都具有发射和接收信号功能，当两者距离超过设定范围时，母机报警，进入设定范围，报警停止，子系统的含有报警和照明装置，可以被控制器“呼唤”，达到定位提示的效果。

从组成部分划分，可将整个防丢系统分为5部分：人员、数据（精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果）、硬件、软件（不仅包含控制软件，还包括一些数据库）、过程（互联通信、寻物定位）[4]。

3.1 过程设计

3.1.1 人与生活物品互联方式以及通信的模式

这个方向设计的主要目的有两个：（1）为了建立遗失物品与人之间的无线连接，使其能进行通信。（2）为了采集与定位相关的数据，并使其成为定位计算的基础。

在互联通信的功能上，设计的主要思想是：用控制设备（母系统）和防丢器（子系统），将人与易失物品无线连接起来，通过应用软件或集成芯片的方式将手机等电子设备作为控制器提供给人控制的操作权限，实现物联网中人与物相连。

在无线通信过程中，通信的距离是不可忽视的因素，设计的想法是将距离分为两类，不同类型之间所用通信技术不同并可以切换。在没有定位成功前，通信距离小于50 m，即至少能满足50 m（50 m的数据是在实验过程中感受得出的，现有的技术几乎能在50 m内成功无线互联，因调查过程中没有长距离的要求，故不做更长距离的要求），这样的距离下对通信的要求就是只要能进行连接和大致方向的定位即可；当通信距离小于10 m范围，则通过通信技术转换的方式，如BLE4.0技术。

这样的连接是“一对多”的连接，设计为一个控制器至多与5个防丢器连接，每个都有一个较短的序列号。

所以在母系统中，软件最好是能有切换通信技术的权限。母系统主要是应用软件，硬件方面由电子设备本身决定。控制端与防丢器端在无线连接成功后，防丢器一端在未被“呼唤”（待机）时，每间隔一定时间（hellotime）向控制端发送回自己的序列号，控制器收到后存一个临时消息（temp）。正常情况下存储最近时间内10～20条记录，存满后，下一条记录将覆盖第一条记录，遂依次覆盖。控制器若一段时间（deathtime）内未收到定位，则表明子系统一段出现异常，物品可能已丢失，程序发出物品丢失信息以消息（Message）方式呈现在手机上，并调出子系统最后时间发送的定位。该时间可由用户更改设置，默认为hellotime=60 s，deathtime=hellotime*3。

但是通信时会因为角度问题造成的通信距离误差较大。对于这一问题采取的解决办法是，增加传感器个数以扩大“感知”面积和角度，这样不可避免带来的问题就是防丢产品的体积会增大。

现有的产品中，警报方面有声音、振动、LED 3种方式，现有运用于防丢器的只有声音和LED，已经满足绝大多数寻物情况。

当物体寻回，即相互距离＜1 m后，控制端手动确认寻回，程序发出命令，数据库存储一条包含寻回时物品的信息以及地理定位；也可手动放弃寻回。

这一环节解决信息来源的问题，是整个寻回过程的前提，是至关重要的。

3.1.2 定位方式

设计之初，有关定位的设想是能够实现遥感。遥感狭义定义为，应用探测仪器不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

设计过程中，将定位方式分为两种：（1）母系统端，可用GPS和AGPS等进行定位记录位置。（2）主要思想是“方向+距离”，用于定位防丢设备在控制器的方位。子系统在收到“呼唤”后，发送自己的序列号，控制端由此计算出该物品所在的方位，并根据时间差计算出距离，组成数组α（序列、方位、距离、当前时间、控制器当前经纬度）作为临时消息（temp）。

3.1.3 设备续航问题

无线连接技术如WiFi和蓝牙，都比较耗电，待电量低将不利于对丢失物品的寻回。由于控制端是在日常生活中人们习惯去经常性充电的电器中（如手机，故手机作为控制器时，不用再插入芯片，直接安装软件即可），就不考虑控制端的续航问题。

对于防丢的子系统一端，绝大多数都是纽扣电池供电的方式。警报所需的蜂鸣、白光，互联时无线波通信的发送接收，这无不需要消耗电能。在防丢器正常待机状态下，若电池欠压，则发出蜂鸣警报（只有在快要没电的时候防丢设备才会自主地警报，否则都要经过控制端控制下被动警报）。在防丢器与控制器超时失去联系后，防丢器进入休眠省电状态，等待下一次被唤醒。最好能进行“充电”的工作状态，以防“失联”。

关于iFind所用的电磁波供电技术，原理是使用非辐射性的无线能量传输方式来驱动电器。收集环境中杂散电磁波对传感器进行供电，有利的一面可以尝试，其弊端就是会增加子系统一段信息的过滤及处理问题。

3.2 其他部分

在整个设计中，人员是很重要的一部分，操作上的困难只会降低防丢产品对生活易失物品的寻回作用；数据的精准对定位影响很大，故数据的收集及处理显得尤为重要；硬件专指子系统一端的防丢设备，要具备寻回信号的接收能力、抗干扰能力，则子系统绝对不能只是单纯地收发信号，还要有一定的分析辨别功能；控制器端的软件除了要满足基本的程序功能外，为了便于寻回，数据库存储历史丢失的记录并统计分析常丢的场所及环境分析，这是可观的数据分析，也对纠正丢三落四的习惯起着良性作用[5]。

4 结语

通过调查分析，针对市场需求，越来越多的人对物品防丢器充满期待，充分说明了防丢产品值得通过技术发展、不断分析和探究。国内早在2008年就有直接相关的技术研究性的论文在期刊中发表，市场上也已经有防丢设备的交易，但在生活中，却很少有人去使用防丢设备。相信在物联网的发展下，无线互联通信技术的提升会为生活物品防丢带来一些更好更便利的产品，大大提高生活便捷。