Opcje określania odległości bliskiego zasięgu między dwoma obiektami

Mam na myśli pomysł na projekt, ale wymaga on obliczenia odległości między dwojgiem ludzi. Zajrzałem do Bluetooth, RFID i NFC (nie jestem pewien co do tego), ale wydaje się, że żaden nie zapewnia dokładności, której potrzebowałbym (jestem w najlepszym razie nowicjuszem, więc chętnie bym go poprawił).

Bluetooth: wydaje się być w stanie wykryć, że ktoś jest w zasięgu lub poza nim. I chociaż ten zakres działa dobrze dla tego, co chcę robić (~ 30 stóp jest powszechne?), Idealnie byłbym w stanie określić odległości w tym zakresie w odstępach 5 stóp.

RFID: wydaje się działać tylko przy bardzo krótkich odległościach (poniżej metra).

NFC: Nie jestem pewien

Czy jedna z tych opcji działałaby, czy też są inne, które mogłyby działać? A może GPS to jedyna trasa?

AKTUALIZACJA: Ideą jest „siatka” bezpieczeństwa dla dzieci. Dziecko miałoby na sobie jakiś sygnał nawigacyjny, który musi tylko wysłać sygnał, a odbiornik byłby na rodzicu. W ten sposób, jeśli dziecko przeniesie się o więcej niż x odległość od rodzica, rodzic zostanie powiadomiony.

Idealnie byłoby, gdyby rodzic mógł ustawić inną dopuszczalną odległość w zależności od środowiska, w którym przebywali (zatłoczona ulica miasta - mały promień, park - duży promień).

Pomysł ten może być opatentowany, więc może nie być odpowiedni dla projektu komercyjnego, ale można faktycznie zmierzyć pozycję i orientację jednego urządzenia elektronicznego względem drugiego, z rozsądną dokładnością, za pomocą pól magnetycznych. Tak działają trackery Polhemus i Ascension . Są one wykorzystywane w śledzeniu ruchu VR oraz w chirurgii do śledzenia położenia instrumentów chirurgicznych podczas operacji.

Podstawowa koncepcja polega na tym, że jeden zestaw cewek nadaje, a drugi odbiera. Cewki nadajnika emitują zmienne pola magnetyczne o częstotliwości akustycznej, a cewki odbiornika mierzą następnie amplitudę pól w trzech cewkach odbiornika.

Do wykonania tych obliczeń jest dostępny kod online. Możesz także zajrzeć na stronę projektu faceta: lokalizatory elektromagnetyczne typu open source za pomocą OpenIGTLink .

To może nie być system, którego szukasz, ponieważ jest dość złożony i daje ci znacznie więcej informacji, niż chciałeś. Można jednak zastosować prostszy algorytm, który właśnie zapewnił ci dystans.

Firma Sixense produkuje kontroler do gier z czujnikiem 6DOF. Nie wiem jednak, jak łatwo byłoby zintegrować tę technologię z twoim projektem.

Aktualizacja:

Teraz, gdy wiem, jaka jest twoja aplikacja, myślałem o bardzo podobnej aplikacji. Moja sugestia byłaby następująca:

Użyj podejścia z trzema ortogonalnymi cewkami. Zarówno matka, jak i dziecko mają zestaw cewek. Dziecko byłoby nadawcą. Co kilka sekund moduł potomny przesyła kolejno pole magnetyczne o częstotliwości akustycznej na każdą cewkę. Moduł macierzysty mierzyłby amplitudę napięcia indukowanego w cewkach. Jeśli amplituda jest zbyt niska lub jeśli przez kilka sekund nie słychać żadnego sygnału, włącza się alarm.

Możesz rozważyć wykonanie tej aplikacji za pomocą Bluetooth. Rynek jest bardziej motorem napędowym niż technologia. Pozwól mi wyjaśnić:

• BT będzie tańszy i łatwiejszy do wdrożenia
• W tej aplikacji bezprzewodowa jest lepsza niż inne (odmiany dźwięku, światła itp.), Ponieważ ruch dziecka nie wpłynie na działanie sieci bezprzewodowej, wszystkie inne są podatne na ruch dziecka
• Wszystkie telefony są wyposażone w BT, więc eliminujesz dodatkowe urządzenie, które musi nosić rodzic, aplikacja na telefon może zwiększyć wartość w sposób, w jaki jeszcze nie myślałem, ale są.

W zakresie realizacji technicznej:

• Zbudowałbym urządzenie BT z kontrolowaną mocą wyjściową. Używając SPP lub czegoś podobnego, mogę zaprogramować pożądaną moc wyjściową i mieć pewną kontrolę nad odległością.

• Wydajność w pomieszczeniu i na zewnątrz będzie się bardzo różnić, ale możesz użyć telefonu, aby dowiedzieć się, czy jesteś w pomieszczeniu (używając GPS, a raczej go brakuje) i dokonać niezbędnych zmian.

Musisz wykonać wiele eksperymentów, aby to działało w 100% (nawet w niektórych przypadkach nie będzie dobrze), ale moje przeczucie, że będzie wystarczająco dobre.

TI ma układ scalony (CC240 lub coś w tym rodzaju, proszę spojrzeć na stronę TI), który obsługuje BT o niskiej energii (BTLE) z 8-bitowym uC. Dzięki dobremu programowaniu i przyzwoitemu projektowi sprzętu możesz sprawić, że rozmiar tego breloka (używanego przez banki) będzie mniejszy niż 10 $. (Nie obsługuje BT, ale BTLE), ładowany przez USB i ma baterię, która działa przez tydzień.

Nie znam twojej aplikacji, ale urządzeniem, które może dokładnie mierzyć krótkie odległości, jest akustyczny dalmierz, taki jak rodzina urządzeń Maxbotics LV-MaxSonar-EZ. Zapewnia zarówno cyfrowe, jak i analogowe wyjścia i może być przetwarzany z dokładnością do jednego cala. Wymagałoby to jednak, aby jedna lub obie osoby miały na sobie urządzenie.

To dobry pomysł. Wydaje mi się, że pierwszy raz słyszałem to 25 lat temu :-) i prawdopodobnie istniało wcześniej.

Bardzo ogólnie mogę myśleć o dwóch podejściach do pomiaru odległości (między dwoma punktami, więc ignorując triangulację). Mierzenie czasu podróży i określanie odległości poprzez znajomość prędkości lub pomiar spadku mocy i określanie odległości poprzez poznanie mocy źródła. Ludzie stosowali światło, dźwięk (dźwięk i ultradźwięki) i RF w wielu różnych inkarnacjach urządzeń pomiarowych.

Nie chcę cię zniechęcać, ale wskażę kilka źródeł złożoności:

• Zakłócenia - co się dzieje, gdy wiele osób korzysta z Twojego urządzenia w tym samym obszarze, urządzenia nie powinny się ze sobą kolidować.
• Linia wzroku - co dzieje się, gdy nie ma linii wzroku, np. Tłumy, wnętrze, za półkami supermarketów itp. Pomiar odległości może być dość skomplikowany. GPS również nie będzie działać w sytuacjach, gdy nie masz sygnału satelitarnego.
• Obawy prawne

Jeśli zbudujesz to na kilku innych urządzeniach, np. Telefonach, niektóre z tych problemów zostałyby dla Ciebie rozwiązane. Poza telefonem nie mogę wymyślić kompletnego, gotowego rozwiązania.

W przeciwnym razie wybór technologii zależy od docelowej ceny, wielkości produkcji, pożądanej dokładności i innych specyfikacji, trudno jest udzielić ogólnej odpowiedzi. Moją pierwszą myślą jest przyjrzenie się wykorzystaniu RF i pomiarowi czasu podróży w obie strony, być może możesz ponownie wykorzystać niektóre elementy z dalmierzy laserowych i / lub bezprzewodowych słuchawek. Trudność polega na tym, że masz do czynienia z prędkością światła, więc potrzebujesz dość dobrego pomiaru czasu.

Rozważałem triangulację limitów dla podobnych zastosowań. Swoją pracę magisterską napisałem o formowaniu wiązki , która jest metodą stosowaną do określania kierunku za pomocą stałej matrycy czujników. Pracowałem nad ustalaniem kierunku ciągłych dźwięków, takich jak silniki samochodowe, ale prawdopodobnie nie jest to w tym przypadku konieczne. Formowanie wiązki działa całkiem dobrze z sygnałami impulsowymi, po prostu poprzez pomiar różnicy czasu przybycia do różnych czujników w węźle. Znając konfigurację przestrzenną czujników, można obliczyć kierunek pochodzenia. Upewnij się, że wszystkie czujniki dla danego węzła nie znajdują się w jednej płaszczyźnie, a możesz nawet uzyskać trójwymiarowy kierunek źródła. Jeśli masz wiele oddzielnych węzłów czujnikowych w znanych lokalizacjach, triangulacja lokalizacji źródłowej jest banalna. Thesystem działa bardzo, bardzo dobrze do określania lokalizacji snajperów. Więc jeśli twoje dziecko strzela karabinem snajperskim we wcześniej ustawionym polu czujników, problem został rozwiązany! Chociaż nie daje żadnych gwarancji na inne problemy, które mogą powodować.

Ograniczeniem jest to, że dowolny pojedynczy węzeł może jedynie obliczyć kierunek źródła w stosunku do jego punktu początkowego. Ponieważ jednak każdy węzeł ma wiele czujników, obliczenia mogą być wykonywane wielokrotnie, wykorzystując każdy czujnik w węźle jako punkt początkowy. Cztery czujniki, cztery kierunki. W idealnym świecie to więcej niż wystarczająca informacja, aby triangulować lokalizację w trójprzestrzeni. Podłącz do swojego dziecka urządzenie, które co jakiś czas emituje unikalny sygnał impulsowy, zaprojektuj odpowiedni węzeł czujnika i powinieneś być w domu.

Ale potem wchodzisz w zabawne części. Jakie rodzaje sygnałów? Jak wygląda węzeł czujnika? Jeśli używasz promieniowania elektromagnetycznego jako sygnału, musisz mieć bardzo precyzyjny czas nadejścia sygnału, bardzo szeroki odstęp czujników lub oba te elementy. Ponieważ chcesz mieć urządzenie przenośne, prawdopodobnie nie jest to praktyczne; różnica w czasie przyjazdu wynosiłaby mniej niż pół nanosekundy! Rozważę dźwięk. W ten sposób czas przybycia jest znacznie łatwiejszy. Poproś dziecko, aby nosiło urządzenie, które od czasu do czasu emituje impuls ultradźwiękowy, np. Co 10 uS 100 kHz. Wystarczająco wysoki, żaden człowiek i większość zwierząt nie będzie w stanie go usłyszeć. Nosisz szereg mikrofonów z filtrami górnoprzepustowymi, podłączonych do odpowiedniego mikroprocesora lub FPGA, aby uruchomić obliczenia formowania wiązki i triangulacji.

To wszystko działa w teorii. W praktyce lokalne zmiany prędkości dźwięku, częstotliwości próbkowania itp. Wprowadzą błąd. Ile błędów nie usiadłem, żeby obliczyć. Podejrzewam jednak, że przesuwa granice tego, jak dobrze tego rodzaju rzeczy mogą działać. Byłoby to jednak bardzo tanie, prawdopodobnie wolne od patentów i pozwalało uniknąć problemów z licencjonowaniem widma EM.

Nie jestem pewien, czy istnieje licencja na spektrum audio ...

Twoja aplikacja wydaje się idealnie pasować do systemów szerokopasmowych (UWB) takich producentów, jak:

• Bespoon
• Decawave

Obaj producenci sprzedają zestawy testowe. Sprzedają również moduły, niektóre z wbudowanymi antenami, które łatwiej jest zintegrować z produktem niż ich układy (ale ostatecznie kosztują więcej).

Systemy te działają poprzez pomiar czasu przelotu impulsowego sygnału radiowego między „interrogatorem” a „tagiem” (każdy producent stosuje inną terminologię). Są znacznie dokładniejsze i bardziej niezawodne niż cokolwiek, co wykorzystuje moc odbieranego sygnału (zazwyczaj wszystkie rozwiązania oparte na Wi-Fi lub Bluetooth). W przypadku bliskiego zasięgu dokładność może wynosić około centymetra, zmniejszając się w większym zasięgu. Zasięg może wynosić 20-70 m, szczególnie w „łatwym” otoczeniu, takim jak park na zewnątrz.

Podobnie jak w przypadku wszystkich systemów RF, wszystko jest kompromisowe, a fakt, że technologia może osiągnąć bardzo wysoką dokładność lub duży zasięg, nie oznacza, że będzie to miało niewielki budżet mocy i / lub nieoptymalną kompaktową antenę.

GPS jest opcją, ale dokładność może być niska, gdy antena nie ma dobrego widoku nieba (np. Na dnie torby, z przedmiotami nad nią lub gdy jest trzymana w zamkniętej dłoni). Niektóre bardzo kompaktowe moduły GPS małej mocy są dostępne na rynku, prawdopodobnie powinieneś dokonać oceny porównawczej przed zastosowaniem jednej lub drugiej technologii.