Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Układ do lokalizacji INDOOR

Harahido 06 Maj 2017 20:15 6801 12
  • Układ do lokalizacji INDOOR

    Witam,

    Chciałbym Wam pokazać system do lokalizacji wewnątrz pomieszczeń. Do projektu użyłem modułów DW1000. W polskojęzycznym Internecie na temat tego układu za wiele nie ma. Szkoda, bo wydają mi się one bardzo ciekawe. Przedstawiłem już mój projekt na jednym z forów, ale chciałbym poznać też opinię użytkowników elektrody.
    Moduły wyposażone są w anteny, które wysyłają sygnały w postaci fali elektromagnetycznej. Czujniki mierzą czas lotu sygnału (ToF -Time of Flight). Jak wiemy ze szkoły, fale radiowe poruszają się z prędkością światła (c = 299 792 458 m/s). Znając czas lotu sygnału jesteśmy w stanie obliczyć pokonana odległość (droga= prędkość * czas).
    Układ do lokalizacji INDOOR
    Moduły są oparte na technologii UWB (Ultra-wideband). Największą zaleta tej technologii jest to, ze potrafi przesyłać sygnały nawet przez przeszkody (tzn. brak LOS -line of sight). Drewno, tworzywa sztuczne, cienkie warstwy metalu nie stanowią żadnego problemu. Oczywiście przy odpowiednio grubych betonowych ścianach nie da się dalej mierzyć :(
    Tutaj macie małe zdjęcie poglądowe:
    Układ do lokalizacji INDOOR
    Nie chce Was dalej zanudzać teoria. Przejdźmy do samego projektu.
    Czujniki obsługiwane są przez atmega328. Częstotliwość z jaka udało mi się zbierać pomiary to około 25 na sekundę. Cały układ składa się z 3 kotwic (Anchor), które są umieszczone na stale w znanych punktach oraz Tag’ów, czyli sensorów, których położenie chcemy znaleźć.
    Z samej płytki PCB nie jestem dumny, ale to miał być tylko prototyp. W przyszłości chciałbym zastąpić atmegę czymś o lepszych parametrach i nie ma sensu rozwijać projektu przy użyciu tego uC. Na płytce jest układ zasilania atmegi 3,3V z 5V od powerbanka. uC jest przylutowane z drugiej strony.
    Układ do lokalizacji INDOOR
    Zamknąłem układ w obudowie wydrukowanej w technologii druku 3D. Niestety mam dostęp tylko do starej drukarki i jakoś wydruku nie jest oszałamiająca.
    Układ do lokalizacji INDOOR
    Widzicie tam port MicroUSB do zasilania, diodę kontrolna, przycisk włącz/wyłącz oraz otwór na RS232 (po lewej).

    Przez RS232 wysyłam dane pomiarowe do środowiska Matlab. Tam opracowuje wyniki. Tutaj np. wyniki lokalizacji 3 sensorów (każdy po 150 pomiarów). Jak widać zdarzają się odchylenia, ale jest to dość stabilny pomiar.
    Układ do lokalizacji INDOOR

    Moduły podają tylko odległość od jednej anteny do drugiej w metrach. W takim razie potrzebujemy przynajmniej 3 kotwic i 1 Tagu żeby wyznaczyć położenie we współrzędnych x,y. Na diagramie widać, ze szukany obiekt powinien znajdować się w miejscu przecięcia trzech kręgów (ang. trilateration).
    Układ do lokalizacji INDOOR
    Zbudowany układ ma zasięg do 150m (chociaż według noty katalogowej 250m). Możliwa jest lokalizacja max. 10 Tagów (niestety kosztem częstotliwości zbierania pomiarów).

    Poniżej załączam filmik z pomiaru. Odświeżanie jest na filmie dość słabe, ale to jest wina tylko i wyłącznie Matlaba, który nie nadąża z nadpisywaniem wykresu.

    Link


    Czekam na wasze komentarze i zachęcam do zabawy z DW1000.


    Fajne!
  • #2 06 Maj 2017 22:24
    dymb
    Poziom 2  

    Witam

    Świetny projekt. Mam pytanie odnośnie zasilania która zastosowałeś oraz poboru energii. Jak szacujesz czas pracy jednego takiego tag-a ?

  • #3 06 Maj 2017 23:08
    Harahido
    Poziom 10  

    Ciężko jest prosto odpowiedzieć na twoje pytanie. Pobór prądu silnie zależy od tego, co akurat moduł wykonuje, tzn. jak w non stop wysyła sygnały to może nawet 200mA pobrać. Jeżeli jest w trybie SLEEP to tylko kilka mA. Czas pracy zależy od zastosowanej baterii oraz programu (jak często wysyłamy). Jutro mogę coś więcej napisać, bo aktualnie jestem poza warsztatem.

  • #4 06 Maj 2017 23:44
    szymon122
    Poziom 35  

    Jaką dokładność jesteś w stanie uzyskać? Ile potrzeba kotwic aby uzyskać odczyt 3D (x,y,z)?

  • #5 07 Maj 2017 00:19
    Harahido
    Poziom 10  

    W idealnych warunkach (tzn. duże pomieszczenie, brak przeszkód itp.) do +- 5cm. Gdy coś stoi na przeszkodzie sygnału wynik jest zakłamany do 50cm. W celu usunięcia tych błędów wprowadziłem funkcję korektujące. Nie napisałem tego w opisie, ale czujniki poza odlegloscia w metrach mierzą siłę całego otrzymanego sygnału(Receive Power w dB) oraz siłę pierwszego otrzymanego sygnału (First path power ). Zebrałem trochę pomiarów i zredukowałem błąd do max.20cm. Na filmie możesz zauważyć jak chowam czujnik do szafy. Przez moment na grafie widać jakby był poza pokojem. Co nie jest oczywiście prawdą.
    Potrzebujesz przynajmniej 4 kotwic żeby móc lokalizować 3D. Wieksza liczba oznacza lepszą dokładność, ale też więcej obliczeń i niższą częstotliwość .

  • #6 08 Maj 2017 20:43
    szakamason
    Poziom 13  

    Jaką odległość maksymalną można mierzyć, tzn. w jakiej odległości od siebie mogą być kotwice? Myślę, że Onion2 nadał by się do tego zamiast atmegi, jest mały i ma linuxa oraz wifi na pokładzie. Można by wtedy zbudować już jakieś mądrzejsze urządzenie.

  • #7 09 Maj 2017 20:04
    Harahido
    Poziom 10  

    Kotwice nie komunikują się między sobą. Zatem maksymalny odstęp między kotwicami to do 300m (w promieniu 150m) jeśli nie ma żadnych przeszkód na drodze sygnału.

    Kotwica1 ----150m-------Tag------150m------Kotwica2

    Dzięki za radę @szakamason. Chciałem użyć czegoś z rodziny Cortex M4 w Tagach żeby maksymalnie obniżyć zapotrzebowanie na prąd. Wifi według moich zamysłów miałoby zastąpić RS232.

  • #8 09 Maj 2017 20:58
    TvWidget
    Poziom 29  

    Czy jesteś pewien, że te urządzenia rzeczywiście mierzą czas propagacji sygnału a nie jedynie jego poziom ? Czy dokładność zależy od odległości tag-kotwica ?

  • #9 09 Maj 2017 23:21
    szymon122
    Poziom 35  

    szakamason napisał:
    Myślę, że Onion2 nadał by się do tego zamiast atmegi

    Albo ESP32 ;)
    2 rdzenie, WiFi+Bt, cena od ~20zł.

  • #10 10 Maj 2017 07:35
    mkusz
    Poziom 1  

    Jeśli myślicie o wykorzystaniu tej technologii i myślicie o przetestowaniu jej w danych warunkach to warto zapoznać się z devkitem na indoornavi.me. Do devkitu jest dołączony soft pozwalający na zrzut danych raw oraz przetworzonych przez algorytm lokalizacyjny. Dodatkowo kotwice komunikują się ze sobą.

  • #11 10 Maj 2017 17:22
    Harahido
    Poziom 10  

    @TvWiddget
    Tak. Układ mierzy czas propagacji fali ORAZ siłę sygnału. Do obliczania odległości używany jest tylko czas lotu. A nie jak np. w przypadku lokalizscji WLAN przy uzyciu tylko sily sygnalu. Timestamp ma długość 15,6 pikosekundy, co odpowiada 1,2cm pokonanej odległości ( prędkość światła ). Sprawdzałem zawartość MAC frame (zakodowanych sygnałów) i wszystko się zgadza.
    Generalnie układy nie radzą sobie dobrze przy odległościach mniejszych niż 2m. W każdym innym wypadku jest ok. Do 50m mogę powiedzieć, że offsetu nie ma. Przy większych odległościach np. 150m nie jestem w stanie sprawdzić czy pomiar przy użyciu modułu jest o 10cm zafalszowany, czy odległość która odmierzylem to nie jest przypadkiem 150,1m.


    @mkusz
    Fajnie wiedzieć, że ktoś w Polsce też się tym zajmuje. Sprawdzę później ich stronę. Dzięki

  • #12 21 Maj 2017 23:24
    saumon
    Poziom 2  

    Interesowałoby mnie coś takiego ale na inną skalę. Powiedzmy, że chodzi o lokalizację w płaskiej przestrzeni, wstępie około 200m x 200m. Jaką wtedy możemy uzyskać dokładność lokalizacji i częstotliwość odświeżania?

  • #13 23 Maj 2017 21:39
    Harahido
    Poziom 10  

    Jaki jest to rodzaj pomieszczenia? Przy takim obszarze pasowaloby ustawić czujniki co 50-80 m. Co do dokładności to przy LOS (bez przeszkód w linii wzroku między sensorami) można do 20 cm dokładności dość łatwo osiągnąć. Odświeżanie wyniki do 5 razy na sekundę (to nie jest sensor do bardzo dynamicznych pomiarów).

 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME