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Badge Admin - KKS P240/P241 蓝牙工牌管理系统

项目概览

KKS P240/P241 蓝牙工牌管理后台，基于 FastAPI + SQLAlchemy + asyncio TCP 服务器。 支持设备管理、实时定位、告警、考勤打卡、蓝牙记录、指令下发、TTS语音播报等功能。

项目结构

/home/gpsystem/
├── run.py                      # 启动脚本 (uvicorn)
├── requirements.txt            # Python 依赖
├── frpc.toml                   # FRP 客户端配置 (TCP隧道)
├── badge_admin.db              # SQLite 数据库
├── server.log                  # 服务器日志
│
├── app/
│   ├── main.py                 # FastAPI 应用入口, 挂载静态文件, 启动TCP服务器
│   ├── config.py               # 配置 (端口8088 HTTP, 5000 TCP)
│   ├── database.py             # SQLAlchemy async 数据库连接
│   ├── models.py               # ORM 模型 (Device, LocationRecord, AlarmRecord, HeartbeatRecord, AttendanceRecord, BluetoothRecord, BeaconConfig, CommandLog)
│   ├── schemas.py              # Pydantic 请求/响应模型
│   ├── tcp_server.py           # TCP 服务器核心 (~2400行), 管理设备连接、协议处理、数据持久化
│   ├── geocoding.py            # 地理编码服务 (基站/WiFi → 经纬度) + 逆地理编码 (经纬度 → 地址)
│   │
│   ├── protocol/
│   │   ├── constants.py        # 协议常量 (协议号、告警类型snake_case、信号等级等)
│   │   ├── parser.py           # 二进制协议解析器
│   │   ├── builder.py          # 响应包构建器
│   │   └── crc.py              # CRC-ITU (CRC-16/X-25, 多项式 0x8408)
│   │
│   ├── services/
│   │   ├── device_service.py   # 设备 CRUD
│   │   ├── command_service.py  # 指令日志 CRUD
│   │   ├── location_service.py # 位置记录查询
│   │   └── beacon_service.py   # 蓝牙信标 CRUD
│   │
│   ├── routers/
│   │   ├── devices.py          # /api/devices (含 /stats 统计接口)
│   │   ├── commands.py         # /api/commands (含 /send, /message, /tts)
│   │   ├── locations.py        # /api/locations (含 /latest, /track)
│   │   ├── alarms.py           # /api/alarms (含 acknowledge)
│   │   ├── attendance.py       # /api/attendance
│   │   ├── bluetooth.py        # /api/bluetooth
│   │   └── beacons.py          # /api/beacons (信标管理 CRUD)
│   │
│   └── static/
│       └── admin.html          # 管理后台 SPA (暗色主题, 8个页面)
│
└── doc/
    └── KKS_Protocol_P240_P241.md  # 协议文档 (从PDF转换)

架构设计

网络拓扑

[P241 工牌] --TCP--> [152.69.205.186:5001 (frps)]
                            |
                        FRP Tunnel
                            |
                      [Container:5000 (frpc)]
                            |
                      [TCP Server (asyncio)]
                            |
                      [FastAPI :8088] --CF Tunnel--> [Web 访问]

端口说明

• 8088: FastAPI HTTP API + 管理后台 UI
• 5000: TCP 服务器 (KKS 二进制协议)
• 5001: 远程服务器 FRP 映射端口 (152.69.205.186)
• 7000: FRP 服务端管理端口
• 7500: FRP Dashboard (admin/PassWord0325)

启动服务

# 启动服务
cd /tmp/badge-admin
nohup python3 -m uvicorn app.main:app --host 0.0.0.0 --port 8088 > server.log 2>&1 &

# 启动 FRP 客户端 (TCP隧道)
nohup /tmp/frpc -c /home/gpsystem/frpc.toml > /tmp/frpc.log 2>&1 &

# 检查服务状态
curl http://localhost:8088/health
curl http://localhost:8088/api/devices

管理后台 UI

访问 /admin 路径，包含以下页面：

1. 仪表盘 - 设备统计、告警概览、在线状态
2. 设备管理 - 添加/编辑/删除设备
3. 位置追踪 - Leaflet 地图、轨迹回放、地址显示
4. 告警管理 - 告警列表、确认处理、位置/地址显示
5. 考勤记录 - 上下班打卡记录 (0xB0/0xB1 GPS+LBS+WiFi)
6. 蓝牙记录 - 蓝牙打卡(0xB2)/定位(0xB3)记录，含信标MAC/UUID/RSSI等
7. 信标管理 - 蓝牙信标注册、位置配置（MAC/UUID/楼层/区域/经纬度）
8. 指令管理 - 发送指令/留言/TTS语音

协议详情

KKS 二进制协议，详见 doc/KKS_Protocol_P240_P241.md

已支持协议号

协议号	名称	方向
0x01	Login 登录	终端→服务器
0x13	Heartbeat 心跳	双向
0x1F	Time Sync 时间同步	双向
0x22	GPS 定位	终端→服务器
0x26	Alarm ACK 告警确认	服务器→终端
0x28	LBS 多基站	终端→服务器
0x2C	WiFi 定位	终端→服务器
0x36	Heartbeat Extended 扩展心跳	双向
0x80	Online Command 在线指令	服务器→终端
0x81	Online Command Reply	终端→服务器
0x82	Message 留言	服务器→终端
0x94	General Info (ICCID/IMSI等)	双向
0xA0	4G GPS 定位	终端→服务器
0xA1	4G LBS 多基站	终端→服务器
0xA2	4G WiFi 定位	终端→服务器
0xA3-0xA5	4G 告警 (围栏/LBS)	终端→服务器
0xA9	WiFi 告警	终端→服务器
0xB0-0xB1	考勤打卡	双向
0xB2	蓝牙打卡	双向
0xB3	蓝牙定位	终端→服务器

数据包格式

[Start 0x7878/0x7979] [Length 1-2B] [Protocol 1B] [Content NB] [Serial 2B] [CRC 2B] [Stop 0x0D0A]

当前设备

字段	值
IMEI	868120334031363
型号	P241
名称	测试
DB ID	1
ICCID	89860848102570005286
IMSI	460240388355286
SIM卡	中国移动 IoT (MCC=460, MNC=0)
位置	成都地区 (~30.605°N, 103.936°E)

重要实现细节

IMEI 解析

• BCD 编码: 8字节 = 16 hex digits, 首位为填充 0
• 使用 raw_hex[1:] 只移除首位填充0 (不用 lstrip 避免移除多个)

设备登录

• 登录时不覆盖用户设置的 device_type (避免被覆盖为 raw hex)
• 重连时先关闭旧连接再建立新连接
• 断开连接时检查 writer 是否匹配，避免误将新连接标记为 offline

告警处理

• 告警响应使用 0x26 ACK (非原始协议号回复)
• 告警类型常量使用 snake_case (如 sos, vibration, enter_fence)
• 4G 告警包解析:
  • 0xA3/0xA4 (围栏告警): datetime(6) + gps(12) + lbs_length(1) + MCC/MNC + LAC(4) + CellID(8) + terminal_info(1) + voltage_level(1字节) + gsm_signal(1) + alarm_code(1) + language(1)
  • 0xA5 (LBS告警): 无datetime, 无GPS — 直接从 MCC 开始
  • 0xA9 (WiFi告警): datetime(6) + MCC/MNC + cell_type(1) + cell_count(1) + 基站列表 + timing_advance(1) + WiFi列表 + alarm_code(1) + language(1)
• MCC 高位 0x8000 标志: 表示 MNC 为 2 字节 (非默认1字节)
• voltage_level 是 1字节 (0x00-0x06 等级)，不是2字节毫伏值
• LBS/WiFi 报警自动执行前向地理编码（基站→经纬度）+ 逆地理编码（经纬度→地址）

位置数据与地理编码

• GPS 定位 (0x22/0xA0): 直接包含经纬度坐标，精度最高 (~10m)
• LBS 基站定位 (0x28/0xA1): 包含 MCC/MNC/LAC/CellID，需要地理编码转换为经纬度
• WiFi 定位 (0x2C/0xA2): 包含基站数据 + WiFi AP MAC地址列表，需要地理编码
• 前向地理编码 (geocode_location): 基站/WiFi → 经纬度
  • 高德智能硬件定位 (待接入): apilocate.amap.com/position，需企业认证，WiFi+基站混合定位精度 ~30m
  • Mylnikov.org (当前使用): 免费无需Key，中国基站精度较差 (~16km)
  • Google Geolocation API / Unwired Labs API (备选，需配置Key)
• 逆地理编码 (reverse_geocode): 经纬度 → 中文地址
  • 天地图 (已接入): 免费1万次/天，WGS84原生坐标系，无需坐标转换
  • 缓存策略: 坐标四舍五入到3位小数 (~100m) 作为缓存key
  • 地址格式: 省市区街道路门牌号 (附近POI)
• 内置缓存机制，避免重复请求相同基站/坐标

天地图 API

• 服务端 Key: 439fca3920a6f31584014424f89c3ecc (用于逆地理编码)
• 浏览器端 Key: 1918548e81a5ae3ff0cb985537341146 (用于前端地图瓦片，暂未使用)
• API地址: http://api.tianditu.gov.cn/geocoder?postStr={JSON}&type=geocode&tk={KEY}
• 坐标系: WGS84 (与GPS/Leaflet一致，无需转换)
• 配额: 免费 10,000 次/天
• 注意: postStr 参数需使用双引号JSON并URL编码

API 分页

• page_size 最大限制为 100 (schema 层校验)
• 前端设备选择器使用 page_size=100 (不能超过限制)

CRC 算法

• CRC-ITU / CRC-16/X-25
• Reflected polynomial: 0x8408
• Initial value: 0xFFFF
• Final XOR: 0xFFFF

TCP 指令下发

• 0x80 (Online Command): ASCII 指令 + 2字节语言字段 (0x0001=中文)
• 0x81 (Command Reply): 设备回复，格式 length(1) + server_flag(4) + content(n) + language(2)
• 0x82 (Message): UTF-16 BE 编码的文本消息 (非UTF-8)
• TTS: 通过 0x80 发送 TTS,<文本> 格式
• 常用指令: GPSON# 开启GPS, BTON# 开启蓝牙, BTSCAN,1# 开启BLE扫描
• 已验证可用指令: BTON#, BTSCAN,1#, GPSON#, MODE,1/3#, PARAM#, CHECK#, VERSION#, TIMER#, WHERE#, STATUS#, RESET#
• 重要: TCP 层 (send_command/send_message) 只负责发送，不创建 CommandLog。CommandLog 由 API 层 (commands.py) 管理
• 重要: 服务器启动时自动将所有设备标记为 offline，等待设备重新登录

蓝牙信标管理

• BeaconConfig 表: 注册蓝牙信标，配置 MAC/UUID/Major/Minor/楼层/区域/经纬度/地址
• 自动关联: 0xB2 打卡和 0xB3 定位时，根据 beacon_mac 查询 beacon_configs 表
• 位置写入: 将已注册信标的经纬度写入 BluetoothRecord 的 latitude/longitude
• 多信标定位: 0xB3 多信标场景，取 RSSI 信号最强的已注册信标位置
• 设备端配置: 需通过 0x80 指令发送 BTON# 开启蓝牙、BTSCAN,1# 开启扫描
• 已知有效指令: BTON#(btON:1), BTSCAN,1#(btSCAN:1) — 设备确认设置成功
• 当前状态: 设备接受BT指令但尚未上报0xB2/0xB3数据，可能需要信标UUID匹配或通过Tracksolid平台配置
• 制造商: 几米物联 (Jimi IoT / jimiiot.com.cn)，P240/P241 智能电子工牌系列

0x94 General Info 子协议

• 子协议 0x0A: IMEI(8字节) + IMSI(8字节) + ICCID(10字节)
• 子协议 0x09: GPS 卫星状态
• 子协议 0x00: ICCID(10字节)

前端字段映射 (admin.html)

• 设备信号: d.gsm_signal (非 d.signal_strength)
• 指令响应: c.response_content (非 c.response)
• 响应时间: c.response_at || c.sent_at (非 c.updated_at)
• 位置地址: l.address (天地图逆地理编码结果)
• 卫星数: l.gps_satellites (非 l.accuracy)
• 记录时间: l.recorded_at (非 l.timestamp)
• 报警来源: a.alarm_source (非 a.source)
• 报警信号: a.gsm_signal (非 a.signal_strength)
• 报警类型: snake_case (如 vibration, power_cut, voice_alarm)

FRP 配置

# frpc.toml (容器端)
serverAddr = "152.69.205.186"
serverPort = 7000
auth.method = "token"
auth.token = "PassWord0325"

[[proxies]]
name = "badge-tcp"
type = "tcp"
localIP = "127.0.0.1"
localPort = 5000
remotePort = 5001

外部服务器

• IP: 152.69.205.186
• OS: Ubuntu 20.04, Python 3.11, 24GB RAM
• FRP Server: frps v0.62.1 (1panel Docker, network_mode: host)
• Config: /opt/1panel/apps/frps/frps/data/frps.toml

高德地图 API

已有 Key

• Web服务 Key: a9f4e04f5c8e739e5efb07175333f30b
• 安全密钥: bfc4e002c49ab5f47df71e0aeaa086a5
• 账号类型: 个人认证开发者 (正在申请企业认证)

已验证可用的 API

• 反地理编码 (restapi.amap.com/v3/geocode/regeo): 经纬度 → 地址文本
• 坐标转换 (restapi.amap.com/v3/assistant/coordinate/convert): WGS-84 → GCJ-02

待企业认证后启用

• 智能硬件定位 (apilocate.amap.com/position): WiFi+基站 → 经纬度 (需企业认证, 错误码 10012)
  • v1.0 GET: apilocate.amap.com/position
  • v2.0 POST: restapi.amap.com/v5/position/IoT
  • 参数格式: bts=mcc,mnc,lac,cellid,signal / macs=mac,signal,ssid|mac,signal,ssid|

配额 (个人认证开发者)

• 基础LBS服务: 5,000 次/日 (反地理编码、坐标转换等)
• 在线定位: 50,000 次/日

接入步骤 (企业认证通过后)

1. 在 app/geocoding.py 中设置 AMAP_KEY
2. 实现 _geocode_amap() 函数调用智能硬件定位 API
3. 注意返回坐标为 GCJ-02，需转换为 WGS-84 用于 Leaflet 地图
4. 高德数字签名: 参数按key排序拼接 + 安全密钥 → MD5 → sig 参数

已知限制

1. IoT SIM 卡不支持 SMS - 144 号段的物联网卡无法收发短信，需通过平台或 TCP 连接配置设备
2. Cloudflare Tunnel 仅代理 HTTP - TCP 流量必须通过 FRP 转发
3. SQLite 单写 - 高并发场景需切换 PostgreSQL
4. 设备最多 100 台列表 - 受 page_size 限制，超过需翻页查询
5. 基站定位精度差 - 当前 Mylnikov API 中国基站精度 ~16km，待接入高德智能硬件定位后可达 ~30m
6. 天地图逆地理编码使用 HTTP - API不支持HTTPS，Key在URL中明文传输 (低风险: 免费Key)

已修复的问题 (Bug Fix 记录)

数据链路修复

1. IMEI 解析 - 修复 BCD 解码逻辑，确保正确提取 15 位 IMEI
2. 设备类型覆盖 - 登录时不再覆盖用户设置的 device_type
3. 设备重连 - 新连接建立前先关闭旧连接，断开时检查 writer 身份
4. 告警类型提取 - 修正 alarm byte 位置，从 terminal_info+voltage+gsm_signal 之后读取

协议修复

5. 0x80 指令包 - 添加缺失的 2 字节语言字段 (0x0001)
6. 0x82 消息编码 - 从 UTF-8 改为 UTF-16 BE (协议要求)
7. 0x94 通用信息 - 完善子协议 0x0A (IMEI+IMSI+ICCID) 和 0x09 (GPS卫星状态) 解析

前端修复

8. 设备选择器为空 - page_size=500 超过 API 最大限制 100，返回 422 错误
9. 位置页面崩溃 - API 返回 data: null 时未做空值检查
10. 轨迹查询失败 - 缺少必填的 start_time/end_time 参数
11. 字段名不匹配 - 修复 signal_strength→gsm_signal, response→response_content, source→alarm_source 等

定位功能修复

12. WiFi/LBS 无坐标 - 添加 wifi/wifi_4g 解析分支 (原代码缺失)
13. 地理编码集成 - 集成 Mylnikov.org API，LBS/WiFi 定位数据自动转换为经纬度坐标
14. 邻近基站和WiFi数据 - 存储到 LocationRecord 的 neighbor_cells 和 wifi_data 字段

告警功能修复

15. 告警响应协议 - 改为使用 0x26 ACK 响应 (原来错误使用地址回复)
16. voltage_level 解析 - 从2字节改为1字节 (0x00-0x06等级)
17. 0xA5 LBS告警格式 - 移除错误的 datetime/lbs_length 前缀，直接从 MCC 开始
18. 0xA9 WiFi告警 - 独立解析器 (非GPS格式)，支持 cell_type/cell_count/WiFi AP 列表
19. MNC 2字节标志 - _parse_mcc_mnc_from_content 正确处理 MCC 高位 0x8000 标志
20. 告警类型常量 - 改为 snake_case，新增 voice_alarm(0x16), fake_base_station(0x17), cover_open(0x18), internal_low_battery(0x19)
21. LBS/WiFi 报警定位 - 为无GPS的报警添加前向地理编码

逆地理编码

22. 天地图集成 - 位置和报警记录自动获取中文地址 (天地图逆地理编码)
23. 地址字段 - LocationRecord 新增 address 字段，前端位置表/报警表/地图弹窗显示地址

蓝牙与考勤功能

24. 0xB0/0xB1 考勤解析 - 完整解析 GPS+LBS+WiFi 考勤包，含基站邻区、WiFi AP、前向+逆地理编码
25. 0xB2 蓝牙打卡解析 - 解析 iBeacon 数据 (RSSI/MAC/UUID/Major/Minor/电池/打卡类型)
26. 0xB3 蓝牙定位解析 - 解析多信标数据，每信标 30 字节，支持电压(V)/百分比(%)电池单位
27. 考勤类型检测 - 从 terminal_info 字节 bits[5:2] 判断 clock_in(0001)/clock_out(0010)
28. 信标管理系统 - BeaconConfig CRUD，注册信标物理位置，TCP 自动关联信标经纬度

指令发送修复

29. server_flag_str 未定义 - send_command 中记录日志时变量未定义导致 NameError
30. TCP 层重复创建日志 - 简化 send_command/send_message 只负责发送，CommandLog 由 API 层管理
31. IMEI lstrip 问题 - lstrip("0") 可能删除多个前导零，改为 raw_hex[1:]
32. 设备启动状态 - 服务器启动时重置所有设备为 offline，避免显示在线但实际未连接
33. 0x81 回复解析 - 去除末尾 2 字节语言字段，正确提取回复文本

协议全面审计修复 (2026-03-16)

34. 0x1F 时间同步格式 - 从6字节(YY MM DD HH MM SS)改为4字节Unix时间戳+2字节语言字段
35. 地址回复完整格式 - 重写 _send_address_reply，实现完整格式: server_flag(4)+ADDRESS/ALARMSMS(7-8)+&&+UTF16BE地址+&&+电话(21)+##
36. 报警地址回复 - 报警包在发送0x26 ACK后，额外发送0x17地址回复(含ALARMSMS标记)
37. 0x82 留言格式 - 添加 server_flag(4字节) + language(2字节) 字段
38. 0x22 GPS Cell ID - 从2字节改为3字节解析 (2G基站CellID为3字节)
39. 登录包时区/语言 - 解析 content[10:12] 提取时区(bit15-04)和语言(bit00)，存入Device
40. 0x94 不需回复 - 移除服务器响应，从 PROTOCOLS_REQUIRING_RESPONSE 中删除
41. WiFi缓存+LRU淘汰 - 新增 LRUCache(OrderedDict, maxsize=10000)，替换所有dict缓存，修复WiFi缓存未写入
42. 前端4G筛选 - 位置类型筛选添加 gps_4g/wifi_4g/lbs_4g 选项
43. DATA_REPORT_MODES - 修正所有模式名称匹配协议文档

0x94 子协议 0x04

• 设备配置上报: ALM2=40;ALM4=E0;MODE=03;IMSI=460240388355286
• 在设备重连/重启后上报

待完成功能

1. ⭐ 接入高德智能硬件定位 - 企业认证通过后，替换 Mylnikov，大幅提升 WiFi/基站定位精度
2. 天地图瓦片底图 - 使用浏览器端 Key 替换 OpenStreetMap 瓦片 (中国地区显示更准确)
3. 心跳扩展模块解析 - 计步器、外部电压等模块未解析
4. 蓝牙信标调试 - P241 接受 BTON/BTSCAN 但未上报BLE数据，需确认信标iBeacon广播格式及UUID匹配

调试技巧

# 查看实时日志
tail -f /home/gpsystem/server.log | grep -aE "TCP|login|heartbeat|error|geocod|Tianditu" --line-buffered

# 检查数据库
python3 -c "
import sqlite3
conn = sqlite3.connect('/home/gpsystem/badge_admin.db')
cur = conn.cursor()
cur.execute('SELECT id, imei, device_type, status, battery_level FROM devices')
for row in cur.fetchall(): print(row)
cur.execute('SELECT id, location_type, latitude, longitude, address, recorded_at FROM location_records ORDER BY id DESC LIMIT 5')
for row in cur.fetchall(): print(row)
"

# 测试 API
curl -s http://localhost:8088/api/devices | python3 -m json.tool
curl -s http://localhost:8088/api/locations/latest/1 | python3 -m json.tool
curl -s http://localhost:8088/health

# 发送指令
curl -s -X POST http://localhost:8088/api/commands/send \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"device_id":1,"command_type":"online_cmd","command_content":"GPSON#"}' | python3 -m json.tool

# 开启蓝牙扫描
curl -s -X POST http://localhost:8088/api/commands/send \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"device_id":1,"command_type":"online_cmd","command_content":"BTON#"}' | python3 -m json.tool

# 管理信标
curl -s http://localhost:8088/api/beacons | python3 -m json.tool
curl -s -X POST http://localhost:8088/api/beacons \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"beacon_mac":"AA:BB:CC:DD:EE:FF","name":"前台","floor":"1F","latitude":30.27,"longitude":120.15}' | python3 -m json.tool

# 检查 FRP 连接
ps aux | grep frpc
# FRP Dashboard: http://152.69.205.186:7500 (admin/PassWord0325)

# 检查端口
python3 -c "
with open('/proc/net/tcp') as f:
    for line in f:
        parts = line.split()
        if len(parts)>=2 and ':' in parts[1]:
            port = int(parts[1].split(':')[1], 16)
            if port in (8088, 5000): print(f'Port {port}: listening')
"

# 测试地理编码
python3 -c "
import asyncio
from app.geocoding import geocode_location, reverse_geocode
async def test():
    lat, lon = await geocode_location(mcc=460, mnc=0, lac=32775, cell_id=205098688)
    print(f'lat={lat}, lon={lon}')
    if lat: print(await reverse_geocode(lat, lon))
asyncio.run(test())
"