Tùy chọn để xác định khoảng cách phạm vi ngắn giữa hai đối tượng

Tôi có một ý tưởng dự án trong đầu, nhưng nó liên quan đến việc tính toán khoảng cách giữa hai người. Tôi đã xem xét Bluetooth, RFID và NFC (không chắc chắn về điều này), nhưng không ai có thể cung cấp độ chính xác mà tôi cần (tôi là người mới tốt nhất, vì vậy tôi rất hoan nghênh việc sửa lỗi này).

Bluetooth: dường như chỉ có thể phát hiện ai đó ở trong phạm vi hoặc không ở trong phạm vi. Và mặc dù phạm vi đó hoạt động tốt cho những gì tôi muốn làm (~ 30 feet là phổ biến?), Lý tưởng nhất là tôi có thể chỉ định khoảng cách trong phạm vi đó trong khoảng thời gian 5 feet.

RFID: dường như chỉ hoạt động với khoảng cách rất ngắn (mét phụ).

NFC: Không chắc chắn

Một trong những lựa chọn này sẽ hoạt động, hoặc có những lựa chọn khác có thể làm việc? Hay GPS là tuyến đường duy nhất?

CẬP NHẬT: Ý tưởng là một "mạng" an toàn cho trẻ em. Một đứa trẻ sẽ có một số đèn hiệu trên chúng mà chỉ cần gửi tín hiệu, và sau đó người nhận sẽ ở trên cha mẹ. Theo cách đó, nếu đứa trẻ di chuyển cách xa cha mẹ hơn x, cha mẹ sẽ được thông báo.

Lý tưởng nhất là phụ huynh sẽ có thể đặt một khoảng cách cho phép khác nhau tùy thuộc vào môi trường họ ở (đường thành phố đông đúc - bán kính nhỏ, công viên - bán kính lớn).

Ý tưởng này có thể được cấp bằng sáng chế, vì vậy nó có thể không phù hợp cho một dự án thương mại, nhưng bạn thực sự có thể đo vị trí và hướng của một thiết bị điện tử so với thiết bị khác, với độ chính xác hợp lý, sử dụng từ trường. Đây là cách các máy theo dõi Polhemus và Thăng thiên hoạt động. Chúng được sử dụng trong theo dõi chuyển động VR, và trong phẫu thuật để theo dõi vị trí của các dụng cụ phẫu thuật trong quá trình phẫu thuật.

Khái niệm cơ bản là có một bộ cuộn dây truyền và một bộ nhận khác. Các cuộn dây máy phát phát ra các từ trường xen kẽ tần số âm thanh, và các cuộn dây máy thu sau đó đo biên độ của các trường trong ba cuộn dây máy thu.

Có một số mã có sẵn trực tuyến để thực hiện các tính toán này. Bạn cũng có thể xem trang dự án của anh chàng: Trình theo dõi điện từ nguồn mở bằng OpenIGTLink .

Đây có thể không hoàn toàn là hệ thống mà bạn đang tìm kiếm, vì nó khá phức tạp và đang cung cấp cho bạn nhiều thông tin hơn bạn muốn. Tuy nhiên, một thuật toán đơn giản hơn có thể được sử dụng mà chỉ cho bạn khoảng cách.

Một công ty có tên Sixense chế tạo bộ điều khiển chơi game với cảm biến 6DOF trong đó. Tôi không biết việc tích hợp công nghệ này vào dự án của bạn sẽ dễ dàng như thế nào.

Cập nhật:

Bây giờ tôi biết ứng dụng của bạn là gì, tôi đã nghĩ về một ứng dụng rất giống nhau. Đề nghị của tôi sẽ là thế này:

Sử dụng ba cách tiếp cận cuộn dây trực giao. Cả mẹ và con đều có một bộ cuộn dây. Đứa trẻ sẽ là người truyền tin. Cứ sau vài giây, mô đun con sẽ lần lượt truyền một từ trường tần số âm thanh trên mỗi cuộn dây. Mô đun mẹ sẽ đo biên độ của điện áp cảm ứng trong cuộn dây của nó. Nếu biên độ quá thấp hoặc nếu không nghe thấy tín hiệu nào trong hơn vài giây thì âm báo sẽ vang lên.

Bạn có thể xem xét để làm ứng dụng này với Bluetooth. Thị trường là yếu tố thúc đẩy hơn là công nghệ. Cho phép tôi giải thích:

• BT sẽ rẻ hơn và dễ thực hiện hơn
• Không dây trong ứng dụng này tốt hơn so với các ứng dụng khác (âm thanh, ánh sáng, v.v.) vì chuyển động của trẻ sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng không dây, tất cả các ứng dụng khác đều dễ bị chuyển động của trẻ
• Tất cả các điện thoại đều có BT để bạn loại bỏ một thiết bị thứ cấp mà cha mẹ cần mang theo, ứng dụng trên điện thoại có thể tăng thêm giá trị theo cách tôi chưa nghĩ đến, nhưng chúng ở đó.

Về mặt kỹ thuật thực hiện:

• Tôi sẽ xây dựng một thiết bị BT với công suất đầu ra có thể kiểm soát. Sử dụng SPP hoặc một cái gì đó tương tự, tôi có thể lập trình công suất đầu ra mong muốn và có một số kiểm soát khoảng cách.

• Hiệu suất trong nhà và ngoài trời sẽ thay đổi rất nhiều nhưng bạn có thể sử dụng điện thoại để tìm hiểu xem bạn có ở trong nhà không (sử dụng GPS hay đúng hơn là thiếu nó) và thực hiện các điều chỉnh cần thiết.

Bạn cần thực hiện nhiều thử nghiệm để thực hiện công việc này 100% (thậm chí trong một số trường hợp nó sẽ không hoạt động tốt) nhưng linh cảm của tôi là nó sẽ đủ tốt.

TI có IC (CC240 hoặc đại loại như thế, vui lòng xem trang TI) hỗ trợ BT năng lượng thấp (BTLE) với 8 bit uC. Với lập trình tốt và thiết kế phần cứng hợp lý, bạn có thể biến kích thước của khóa fob (ngân hàng sử dụng) dưới 10 đô la. (Nó không hỗ trợ BT, nhưng BTLE), được sạc qua USB và có pin hoạt động trong một tuần.

Tôi không biết ứng dụng của bạn nhưng một thiết bị có thể đo khoảng cách chính xác là một công cụ tìm phạm vi âm thanh, chẳng hạn như dòng thiết bị Maxbotics LV-MaxSonar-EZ. Nó cung cấp cả đầu ra kỹ thuật số và analog và có thể phân giải xuống một inch hoặc hơn. Tuy nhiên, nó sẽ yêu cầu một hoặc cả hai người có thiết bị trên đó.

Đó là một ý tưởng tốt. Trong thực tế tôi nghĩ rằng lần đầu tiên tôi nghe nó là 25 năm trước :-) và nó có lẽ đã tồn tại trước đó.

Rất rộng, tôi có thể nghĩ về hai cách tiếp cận để đo khoảng cách (giữa hai điểm, vì vậy bỏ qua phép đo tam giác). Đo thời gian chuyến đi và khoảng cách xuất phát bằng cách biết vận tốc hoặc đo năng lượng giảm và khoảng cách xuất phát bằng cách biết công suất nguồn. Mọi người đã sử dụng ánh sáng, âm thanh (âm thanh và siêu âm) và RF trong nhiều thiết bị đo khác nhau.

Tôi không muốn làm bạn nản lòng nhưng tôi sẽ chỉ ra một số nguồn phức tạp:

• Can thiệp - điều xảy ra khi nhiều người đang sử dụng thiết bị của bạn ở cùng một khu vực, các thiết bị không được can thiệp lẫn nhau.
• Đường ngắm - điều xảy ra khi không có đường ngắm, ví dụ như đám đông, trong nhà, phía sau kệ siêu thị, v.v ... Đo khoảng cách có thể trở nên khá phức tạp. GPS cũng sẽ không hoạt động trong trường hợp bạn không có tín hiệu vệ tinh.
• Quan tâm pháp lý.

Nếu bạn xây dựng cái này trên một số thiết bị khác, ví dụ như điện thoại, một số vấn đề đó sẽ được giải quyết cho bạn. Khác với một chiếc điện thoại tôi không thể nghĩ ra một giải pháp hoàn chỉnh.

Mặt khác, sự lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào mục tiêu giá, khối lượng sản xuất, độ chính xác mong muốn và các thông số kỹ thuật khác, thật khó để đưa ra câu trả lời chung chung. Suy nghĩ đầu tiên của tôi là xem xét việc sử dụng RF và đo thời gian khứ hồi, có lẽ bạn có thể sử dụng lại một số thành phần từ các công cụ tìm phạm vi laser và / hoặc thiết bị cầm tay không dây. Khó khăn là bạn đang xử lý tốc độ ánh sáng nên bạn cần thời gian khá tốt.

Tôi đã xem xét việc giới hạn tam giác cho các ứng dụng tương tự. Tôi đã viết luận văn thạc sĩ về chùm tia , đây là một phương pháp được sử dụng để xác định hướng với một loạt các cảm biến cố định. Tôi đã làm việc với việc tìm hướng cho âm thanh liên tục, như động cơ xe hơi, nhưng điều đó có lẽ không cần thiết trong trường hợp này. Beamforming hoạt động khá tốt với các tín hiệu xung, chỉ đơn giản bằng cách đo sự khác biệt về thời gian đến tại các cảm biến khác nhau trên nút. Biết cấu hình không gian của các cảm biến, hướng gốc có thể được tính toán. Đảm bảo tất cả các cảm biến của bạn cho một nút nhất định không nằm trong một mặt phẳng và thậm chí bạn có thể nhận được hướng nguồn 3 chiều. Nếu bạn có nhiều nút cảm biến tách biệt tại các vị trí đã biết, thì tam giác của vị trí nguồn là không đáng kể. Cáchệ thống hoạt động rất, rất tốt để xác định vị trí của lính bắn tỉa. Vì vậy, nếu con bạn đang bắn một khẩu súng bắn tỉa trong một lĩnh vực cảm biến được sắp xếp trước, vấn đề đã được giải quyết! Mặc dù tôi không đảm bảo về các vấn đề khác có thể tạo ra.

Giới hạn là bất kỳ nút đơn nào chỉ có thể tính hướng của nguồn, liên quan đến điểm gốc của nó. Tuy nhiên, vì mỗi nút có nhiều cảm biến trên đó, việc tính toán có thể được thực hiện lặp đi lặp lại, sử dụng mỗi cảm biến trên nút làm điểm gốc. Bốn cảm biến, bốn hướng. Trong một thế giới hoàn hảo, đó là quá đủ thông tin để sắp xếp một vị trí trong ba không gian. Thường xuyên gắn thiết bị cho con bạn phát ra tín hiệu xung duy nhất, thiết kế một nút cảm biến thích hợp và bạn nên ở nhà miễn phí.

Nhưng sau đó bạn có được vào những phần thú vị. Những loại tín hiệu? Nút cảm biến trông như thế nào? Nếu bạn đang sử dụng bức xạ EM làm tín hiệu của mình, bạn phải có thời gian đến tín hiệu rất chính xác hoặc khoảng cách rất rộng của cảm biến hoặc cả hai. Vì bạn muốn di động, điều đó có lẽ không thực tế; sự khác biệt về thời gian đến sẽ dưới nửa nano giây! Tôi sẽ xem xét âm thanh. Thời gian đến dễ dàng hơn nhiều theo cách đó. Cho trẻ mang theo một thiết bị thỉnh thoảng phát ra xung siêu âm, giả sử xung 10 uS 100 kHz mỗi giây. Đủ cao để không có con người và hầu hết động vật sẽ không thể nghe thấy nó. Bạn mang theo một loạt các micrô có bộ lọc đường cao trên chúng, được nối vào một bộ vi xử lý hoặc đồ họa thích hợp để chạy các phép tính định dạng tia và tam giác.

Bây giờ, tất cả điều này hoạt động trong lý thuyết. Trong thực tế, các biến thể cục bộ về tốc độ âm thanh, tốc độ lấy mẫu, v.v ... sẽ gây ra lỗi. Bao nhiêu lỗi, tôi không ngồi xuống để tính toán. Tuy nhiên, tôi nghi ngờ rằng nó đang đẩy các giới hạn về loại công cụ này có thể hoạt động tốt như thế nào. Tuy nhiên, nó sẽ rất rẻ, có thể không có bằng sáng chế và tránh mọi vấn đề với việc cấp phép phổ EM.

Không chắc chắn nếu có cấp phép phổ âm thanh ...

Ứng dụng của bạn có vẻ phù hợp lý tưởng cho các hệ thống băng tần cực rộng (UWB) được sản xuất bởi các nhà sản xuất như:

• Xe ô tô
• Decawave

Cả hai nhà sản xuất bán bộ dụng cụ đánh giá. Họ cũng bán các mô-đun, một số có ăng-ten tích hợp, dễ tích hợp trong sản phẩm hơn chip của họ (nhưng cuối cùng có giá cao hơn).

Các hệ thống này hoạt động bằng cách đo thời gian bay của tín hiệu vô tuyến xung giữa "bộ dò tín hiệu" và "thẻ" (mỗi nhà sản xuất sử dụng một thuật ngữ khác nhau). Chúng chính xác và đáng tin cậy hơn bất cứ thứ gì đang sử dụng sức mạnh của tín hiệu thu được (thông thường, tất cả các giải pháp khác nhau dựa trên Wifi hoặc Bluetooth). Ở phạm vi ngắn, độ chính xác có thể khoảng một centimet, giảm ở phạm vi dài hơn. Phạm vi có thể là 20-70m, đặc biệt trong một thiết lập "dễ dàng" như công viên ngoài trời.

Như với tất cả các hệ thống RF, mọi thứ đều được đánh đổi và thực tế là một công nghệ có thể đạt độ chính xác rất cao hoặc tầm xa không có nghĩa là nó sẽ có ngân sách năng lượng nhỏ và / hoặc ăng ten nhỏ gọn tối ưu.

GPS là một tùy chọn nhưng độ chính xác có thể kém khi ăng-ten không có tầm nhìn tốt về bầu trời (ví dụ: ở dưới cùng của túi, với các vật dụng phía trên nó hoặc khi nó được giữ trong một bàn tay kín). Một số mô-đun GPS công suất thấp rất nhỏ gọn có sẵn trên thị trường, có lẽ bạn nên đánh giá so sánh trước khi cam kết với công nghệ này hay công nghệ kia.