Optionen zur Nahbereichsbestimmung zwischen zwei Objekten

Ich habe eine Projektidee, aber es geht darum, den Abstand zwischen zwei Personen zu berechnen. Ich habe mich mit Bluetooth, RFID und NFC befasst (unsicher), aber anscheinend bietet keiner die Genauigkeit, die ich benötigen würde (ich bin bestenfalls ein Neuling, daher würde ich es begrüßen, wenn ich diesbezüglich korrigiert werde).

Bluetooth: Scheint nur in der Lage zu sein, zu erkennen, dass sich jemand in Reichweite befindet oder nicht. Und obwohl dieser Bereich für das, was ich tun möchte, gut funktioniert (~ 30 Fuß ist üblich?), Kann ich idealerweise Entfernungen innerhalb dieses Bereichs in Abständen von 5 Fuß angeben.

RFID: scheint nur mit sehr kurzen Entfernungen (unter einem Meter) zu funktionieren.

NFC: Unsicher

Würde eine dieser Optionen funktionieren, oder gibt es andere, die funktionieren könnten? Oder ist GPS die einzige Route?

UPDATE: Die Idee ist ein Kindersicherheitsnetz. Ein Kind würde eine Art Leuchtfeuer haben, das nur ein Signal aussenden muss, und dann wäre der Empfänger beim Elternteil. Auf diese Weise wird der Elternteil benachrichtigt, wenn sich das Kind mehr als x vom Elternteil entfernt.

Im Idealfall kann der Elternteil je nach Umgebung einen anderen zulässigen Abstand festlegen (überfüllte Stadtstraße - kleiner Radius, Park - großer Radius).

Diese Idee ist möglicherweise patentiert, sodass sie möglicherweise nicht für ein kommerzielles Projekt geeignet ist. Sie können jedoch mithilfe von Magnetfeldern die Position und Ausrichtung eines elektronischen Geräts relativ zu einem anderen mit angemessener Genauigkeit messen. So funktionieren die Tracker Polhemus und Ascension . Sie werden in der VR-Bewegungsverfolgung und in der Chirurgie zum Verfolgen der Position von chirurgischen Instrumenten während Operationen verwendet.

Das Grundkonzept besteht darin, einen Satz von Spulen zu senden und einen anderen zu empfangen. Die Sendespulen senden magnetische Wechselfelder mit Audiofrequenz aus, und die Empfängerspulen messen dann die Amplitude der Felder in den drei Empfängerspulen.

Für diese Berechnungen steht online ein Code zur Verfügung. Sie könnten auch einen Blick auf die Projektseite des Typen werfen: Open Source Elektromagnetische Tracker mit OpenIGTLink .

Dies ist möglicherweise nicht ganz das System, das Sie suchen, da es ziemlich komplex ist und Ihnen viel mehr Informationen bietet, als Sie wollten. Es könnte jedoch ein einfacherer Algorithmus verwendet werden, der nur die Distanz angibt.

Eine Firma namens Sixense stellt einen Gaming-Controller mit einem 6DOF-Sensor her. Ich weiß jedoch nicht, wie einfach es wäre, diese Technologie in Ihr Projekt zu integrieren.

Aktualisieren:

Jetzt, da ich weiß, was Ihre Bewerbung ist, habe ich über eine sehr ähnliche Bewerbung nachgedacht. Mein Vorschlag wäre:

Verwenden Sie den Ansatz mit drei orthogonalen Spulen. Sowohl die Mutter als auch das Kind haben einen Satz Spulen. Das Kind wäre der Sender. Alle paar Sekunden übertrug das Kindermodul der Reihe nach ein akustisches Frequenzmagnetfeld auf jede Spule. Das Muttermodul würde die Amplitude der in seinen Spulen induzierten Spannung messen. War die Amplitude zu niedrig oder war länger als einige Sekunden kein Signal zu hören, ertönt der Alarm.

Möglicherweise möchten Sie diese Anwendung mit Bluetooth ausführen. Der Markt ist mehr der treibende Faktor als die Technologie. Lassen Sie mich erklären:

• BT wird billiger und einfacher zu implementieren sein
• Wireless ist in dieser App besser als die anderen (Ton-, Licht- usw. Variationen), da die Bewegung des Kindes die Leistung des Wireless nicht beeinträchtigt. Alle anderen sind für Bewegungen des Kindes anfällig
• Alle Telefone sind mit BT ausgestattet, sodass Sie kein zweites Gerät mehr benötigen, das die Eltern mit sich führen müssen. Die App auf dem Telefon bietet möglicherweise einen Mehrwert, den ich noch nicht gedacht habe, aber sie ist vorhanden.

In Bezug auf die technische Umsetzung:

• Ich würde ein BT-Gerät mit steuerbarer Ausgangsleistung bauen. Mit SPP oder ähnlichem kann ich die gewünschte Ausgangsleistung programmieren und die Entfernung steuern.

• Die Leistung in Innenräumen und im Freien ist sehr unterschiedlich, aber Sie können das Telefon verwenden, um herauszufinden, ob Sie sich in Innenräumen befinden (mit GPS oder wenn dies nicht der Fall ist) und die erforderlichen Anpassungen vornehmen.

Sie müssen eine Menge Experimente machen, um diese Funktion zu 100% zu erreichen (auch wenn dies in einigen Fällen nicht gut funktioniert), aber ich vermute, es wird gut genug sein.

TI verfügt über einen IC (CC240 oder ähnliches, siehe TI-Site), der BT Low Energy (BTLE) mit 8 Bit uC unterstützt. Mit guter Programmierung und anständigem Hardware-Design können Sie die Größe des von den Banken verwendeten Schlüsselanhänger auf weniger als 10 US-Dollar reduzieren. (Es würde nicht BT, sondern BTLE unterstützen), über USB aufgeladen und mit einem Akku ausgestattet, der eine Woche lang funktioniert.

Ich kenne Ihre Anwendung nicht, aber ein Gerät, das kurze Entfernungen genau messen kann, ist ein akustischer Entfernungsmesser wie die Maxbotics LV-MaxSonar-EZ-Gerätefamilie. Es bietet sowohl digitale als auch analoge Ausgänge und kann bis zu einem Zoll oder so auflösen. Es würde jedoch voraussetzen, dass eine oder beide Personen über das Gerät verfügen.

Es ist eine gute Idee. Tatsächlich glaube ich, dass ich es zum ersten Mal vor 25 Jahren gehört habe :-) und es gab es wahrscheinlich schon einmal.

Ganz allgemein kann ich mir zwei Ansätze für die Entfernungsmessung vorstellen (zwischen zwei Punkten, also ohne Berücksichtigung der Triangulation). Messung der Auslösezeit und Ableitung der Entfernung durch Kenntnis der Geschwindigkeit oder Messung des Leistungsabfalls und Ableitung der Entfernung durch Kenntnis der Quellleistung. Menschen haben Licht, Ton (hörbar und Ultraschall) und HF in vielen verschiedenen Inkarnationen von Messgeräten verwendet.

Ich möchte Sie nicht entmutigen, aber ich werde auf einige Ursachen der Komplexität hinweisen:

• Interferenzen - Was passiert, wenn sich viele Benutzer Ihres Geräts im selben Bereich befinden, sollten sich die Geräte nicht gegenseitig stören.
• Sichtlinie - Was passiert, wenn keine Sichtlinie vorhanden ist, z. B. Menschenmassen, Innenräume, Supermarktregale usw. Die Entfernungsmessung kann ziemlich kompliziert werden. GPS funktioniert auch dann nicht, wenn Sie kein Satellitensignal empfangen.
• Rechtliche Bedenken.

Wenn Sie dies auf einige andere Geräte aufbauen, z. B. Telefone, wären einige dieser Probleme für Sie gelöst worden. Anders als bei einem Telefon kann ich mir keine Komplettlösung von der Stange vorstellen.

Ansonsten hängt die Wahl der Technologie von Ihrem Preisziel, dem Herstellungsvolumen, der gewünschten Genauigkeit und anderen Spezifikationen ab. Es ist schwierig, eine generische Antwort zu geben. Mein erster Gedanke ist die Verwendung von HF und die Messung der Umlaufzeit. Vielleicht können Sie einige Komponenten von Laser-Entfernungsmessern und / oder schnurlosen Mobilteilen wiederverwenden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Sie mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun haben und daher ein ziemlich gutes Timing benötigen.

Ich habe die Grenzwert-Triangulation für ähnliche Anwendungen in Betracht gezogen. Ich habe meine Masterarbeit über Beamforming geschrieben , eine Methode zur Richtungsbestimmung mit einer festen Anordnung von Sensoren. Ich habe mit der Peilerfindung für Dauerton gearbeitet, wie bei Automotoren, aber in diesem Fall ist das wahrscheinlich nicht erforderlich. Beamforming funktioniert sehr gut mit Impulssignalen, indem einfach der Unterschied in der Ankunftszeit an verschiedenen Sensoren am Knoten gemessen wird. In Kenntnis der räumlichen Konfiguration der Sensoren kann die Ursprungsrichtung berechnet werden. Stellen Sie sicher, dass sich alle Ihre Sensoren für einen bestimmten Knoten nicht in einer einzigen Ebene befinden und Sie sogar eine 3D-Quellrichtung erhalten können. Wenn Sie an bekannten Orten mehrere getrennte Sensorknoten haben, ist die Triangulation des Quellorts trivial. DasDas System funktioniert sehr, sehr gut, um den Standort von Scharfschützen zu bestimmen. Wenn Ihr Kind also ein Scharfschützengewehr auf ein vorbestimmtes Feld von Sensoren abfeuert, ist das Problem gelöst! Obwohl ich keine Garantie für die anderen Probleme gebe, die entstehen könnten.

Die Grenze ist, dass jeder einzelne Knoten nur die Richtung der Quelle relativ zu ihrem Ursprungspunkt berechnen kann. Da sich jedoch auf jedem Knoten mehrere Sensoren befinden, können die Berechnungen wiederholt durchgeführt werden, wobei jeder Sensor auf dem Knoten als Ursprungspunkt verwendet wird. Vier Sensoren, vier Richtungen. In einer perfekten Welt sind das mehr als genug Informationen, um einen Ort im Dreiraum zu triangulieren. Schließen Sie ein Gerät an Ihr Kind an, das von Zeit zu Zeit ein eindeutiges Impulssignal ausgibt, entwerfen Sie einen geeigneten Sensorknoten, und Sie sollten frei von Zuhause sein.

Aber dann kommst du in die lustigen Teile. Welche Arten von Signalen? Wie sieht der Sensorknoten aus? Wenn Sie EM-Strahlung als Signal verwenden, müssen Sie einen sehr genauen Zeitpunkt für den Eingang des Signals oder einen sehr großen Abstand von Sensoren oder beides haben. Da Sie tragbar sein möchten, ist dies wahrscheinlich nicht praktikabel. Der Unterschied in der Ankunftszeit würde unter einer halben Nanosekunde liegen! Ich würde Sound in Betracht ziehen. Viel einfacher zu Ankunftszeiten auf diese Weise Zeit. Lassen Sie das Kind ein Gerät tragen, das gelegentlich einen Ultraschallimpuls abgibt, z. B. 10 uS 100 kHz pro Sekunde. Hoch genug, kein Mensch und die meisten Tiere werden es nicht hören können. Sie führen eine Reihe von Mikrofonen mit Hochpassfiltern, die mit einem geeigneten Mikroprozessor oder FPGA verbunden sind, um die Beamforming- und Triangulationsberechnungen durchzuführen.

Nun, das funktioniert alles in der Theorie. In der Praxis führen lokale Schwankungen der Schallgeschwindigkeit, der Abtastraten usw. zu Fehlern. Wie viel Fehler, habe ich nicht gesetzt, um zu berechnen. Ich vermute jedoch, dass es die Grenzen dessen, wie gut so etwas funktionieren kann, sprengt. Es wäre jedoch sehr billig, wahrscheinlich patentfrei und würde Probleme mit der Lizenzierung von EM-Frequenzen vermeiden.

Ich bin mir nicht sicher, ob es eine Lizenz für das Audiospektrum gibt ...

Ihre Anwendung scheint ideal für Ultra-Wide-Band-Systeme (UWB) geeignet zu sein, die von Herstellern wie den folgenden hergestellt werden:

• Bespoon
• Decawave

Beide Hersteller verkaufen Evaluierungskits. Sie verkaufen auch Module, einige mit eingebauten Antennen, die einfacher in ein Produkt zu integrieren sind als ihre Chips (aber am Ende mehr kosten).

Diese Systeme messen die Laufzeit eines gepulsten Funksignals zwischen einem "Interrogator" und einem "Tag" (jeder Hersteller verwendet eine andere Terminologie). Sie sind viel genauer und zuverlässiger als alles, was die Leistung des empfangenen Signals nutzt (normalerweise alle auf Wifi oder Bluetooth basierenden Entfernungsmessungslösungen). Auf kurze Entfernung kann die Genauigkeit etwa einen Zentimeter betragen und auf größere Entfernung abnehmen. Die Reichweite kann zwischen 20 und 70 m liegen, besonders in einer "einfachen" Umgebung wie einem Park im Freien.

Wie bei allen HF - Systemen, ist alles Abwägen, und die Tatsache , dass eine Technologie , kann eine sehr hohe Genauigkeit oder große Reichweite bedeutet nicht erreicht es wird mit einem kleinen Leistungsbudget und / oder einer suboptimalen Kompaktantenne.

GPS ist eine Option, aber die Genauigkeit kann schlecht sein, wenn die Antenne keine gute Sicht auf den Himmel hat (z. B. am Boden einer Tasche, mit Dingen darüber oder wenn sie in einer geschlossenen Hand gehalten wird). Einige sehr kompakte GPS-Module mit geringem Stromverbrauch sind auf dem Markt erhältlich. Sie sollten wahrscheinlich eine vergleichende Bewertung vornehmen, bevor Sie sich auf die eine oder andere Technologie festlegen.