Варианты определения расстояния между двумя объектами

Я имею в виду идею проекта, но она включает в себя расчет расстояния между двумя людьми. Я изучил Bluetooth, RFID и NFC (не уверен насчет этого), но, похоже, ни один из них не обеспечивает необходимой точности (в лучшем случае я новичок, поэтому буду рад, если меня поправят).

Bluetooth: кажется, только в состоянии обнаружить, что кто-то находится или в зоне действия, или в зоне действия. И хотя этот диапазон хорошо подходит для того, что я хочу сделать (~ 30 футов - это обычное дело?), Я бы идеально мог указать расстояния в этом диапазоне с интервалами в 5 футов.

RFID: кажется, работает только с очень короткими (менее метра) расстояниями.

NFC: не уверен

Будет ли один из этих вариантов работать, или есть другие, которые могут работать? Или GPS единственный маршрут?

ОБНОВЛЕНИЕ: Идея - "сеть безопасности детей". У ребенка будет какой-то маяк, который должен только послать сигнал, и тогда получатель будет на родителе. Таким образом, если ребенок отошел от родителя более чем на x, родитель получит уведомление.

В идеале родитель мог бы установить другое допустимое расстояние в зависимости от среды, в которой он находился (многолюдная улица города - маленький радиус, парк - большой радиус).

Эта идея может быть запатентована, поэтому она может не подходить для коммерческого проекта, но вы можете фактически измерить положение и ориентацию одного электронного устройства относительно другого с разумной точностью, используя магнитные поля. Так работают трекеры Polhemus и Ascension . Они используются для отслеживания движения VR и в хирургии для отслеживания положения хирургических инструментов во время операций.

Основная концепция заключается в том, чтобы один набор катушек передавал, а другой принимал. Передающие катушки излучают переменные магнитные поля звуковой частоты, а затем приемные катушки измеряют амплитуду полей в трех приемных катушках.

В Интернете есть некоторый код для выполнения этих вычислений. Вы также можете взглянуть на страницу проекта этого парня: электромагнитные трекеры с открытым исходным кодом, использующие OpenIGTLink .

Это может быть не совсем та система, которую вы ищете, поскольку она довольно сложна и дает вам гораздо больше информации, чем вы хотели. Однако можно использовать более простой алгоритм, который просто даст вам расстояние.

Компания Sixense создала игровой контроллер с датчиком 6DOF. Я не знаю, насколько легко было бы интегрировать эту технологию в ваш проект.

Обновить:

Теперь, когда я знаю, какое у вас приложение, я подумал об очень похожем приложении. Мое предложение будет таким:

Используйте подход с тремя ортогональными катушками. У матери и ребенка есть набор катушек. Ребенок будет передатчиком. Каждые несколько секунд дочерний модуль будет передавать магнитное поле акустической частоты на каждой катушке по очереди. Материнский модуль будет измерять амплитуду напряжения, наведенного в его катушках. Если амплитуда была слишком низкой или если в течение нескольких секунд не было слышно никакого сигнала, звучит сигнал тревоги.

Вы можете рассмотреть возможность сделать это приложение с Bluetooth. Рынок является более движущим фактором, чем технология. Позвольте мне объяснить:

• BT будет дешевле и проще в реализации
• Беспроводная связь лучше в этом приложении, чем в других (изменения звука, света и т. Д.), Поскольку движение ребенка не влияет на производительность беспроводной сети, все остальные чувствительны к движению ребенка
• Все телефоны поставляются с BT, поэтому вы избавляетесь от дополнительного устройства, которое должен нести родитель. Приложение на телефоне может принести больше пользы способами, о которых я пока не думал, но они есть.

С точки зрения технической реализации:

• Я бы построил устройство BT с управляемой выходной мощностью. Используя SPP или что-то подобное, я могу запрограммировать желаемую выходную мощность и иметь некоторый контроль над расстоянием.

• Производительность в помещении и на улице будет сильно различаться, но вы можете использовать телефон, чтобы узнать, находитесь ли вы в помещении (с помощью GPS или, скорее, его нет), и внести необходимые корректировки.

Вам нужно провести много экспериментов, чтобы сделать эту работу на 100% (даже в некоторых случаях это не будет работать хорошо), но я догадываюсь, что это будет достаточно хорошо.

TI имеет микросхему (CC240 или что-то в этом роде, пожалуйста, посмотрите на сайте TI), которая поддерживает BT с низким энергопотреблением (BTLE) с 8-битным uC. С хорошим программированием и приличным дизайном оборудования вы можете сделать размер брелока (который использует банк) менее 10 $. (Он не будет поддерживать BT, но BTLE), заряжается через USB и имеет аккумулятор, который работает в течение недели.

Я не знаю вашего применения, но устройство, которое может точно измерять короткие расстояния, представляет собой акустический дальномер, такой как семейство приборов Maxbotics LV-MaxSonar-EZ. Он обеспечивает как цифровые, так и аналоговые выходы и может разрешать до одного дюйма или около того. Однако для этого потребуется, чтобы устройство было у одного или обоих лиц.

Это хорошая идея. На самом деле я думаю, что впервые услышал это 25 лет назад :-) и, вероятно, существовал раньше.

Очень широко я могу думать о двух подходах к измерению расстояния (между двумя точками, игнорируя триангуляцию). Измерение времени в пути и определение расстояния путем определения скорости или измерения падения мощности, а также определение расстояния путем определения мощности источника. Люди использовали свет, звук (слышимый и ультразвук) и радиочастоту во многих различных вариантах измерительных приборов.

Я не хочу вас расстраивать, но я укажу на некоторые источники сложности:

• Помехи - что происходит, когда многие люди используют ваше устройство в одной зоне, устройства не должны мешать друг другу.
• Линия прямой видимости - что происходит, когда нет прямой видимости, например, толпы людей, в помещении, за полками супермаркетов и т. Д. Измерение расстояния может быть довольно сложным. GPS также не будет работать в ситуациях, когда у вас нет спутникового сигнала.
• Нормативные вопросы.

Если вы создадите это поверх некоторых других устройств, например телефонов, некоторые из этих проблем были бы решены для вас. Кроме телефона, я не могу придумать полноценного готового решения.

В противном случае выбор технологии зависит от вашей цены, объема производства, желаемой точности и других характеристик, сложно дать общий ответ. Моя первая мысль - рассмотреть использование радиочастот и измерение времени прохождения сигнала в оба конца, возможно, вы сможете повторно использовать некоторые компоненты из лазерных дальномеров и / или беспроводных телефонов. Сложность в том, что вы имеете дело со скоростью света, поэтому вам нужно довольно хорошее время.

Я рассматривал триангуляцию пределов для подобных приложений. Я написал магистерскую диссертацию по формированию луча , которая используется для определения направления с помощью фиксированного набора датчиков. Я работал с поиском направления для непрерывных звуков, таких как автомобильные двигатели, но это, вероятно, не нужно в этом случае. Формирование луча довольно хорошо работает с импульсными сигналами, просто измеряя разницу во времени прибытия на разные датчики на узле. Зная пространственную конфигурацию датчиков, можно рассчитать направление происхождения. Убедитесь, что все ваши датчики для данного узла не находятся в одной плоскости, и вы даже можете получить трехмерное направление источника. Если у вас есть несколько отдельных узлов датчиков в известных местоположениях, триангуляция местоположения источника тривиальна. Система работает очень и очень хорошо для определения местоположения снайперов. Так что, если ваш ребенок стреляет из снайперской винтовки в заранее установленном поле датчиков, проблема решена! Хотя я не даю никаких гарантий относительно других проблем, которые могут создать.

Ограничение состоит в том, что любой отдельный узел может вычислять только направление источника относительно его начальной точки. Однако, поскольку на каждом узле имеется несколько датчиков, вычисления могут выполняться многократно, используя каждый датчик на узле в качестве исходной точки. Четыре датчика, четыре направления. В идеальном мире этой информации более чем достаточно для триангуляции местоположения в трехмерном пространстве. Прикрепите к ребенку устройство, которое время от времени излучает уникальный импульсный сигнал, сконструируйте соответствующий сенсорный узел, и вы должны быть дома.

Но потом вы попадаете в забавные моменты. Какие виды сигналов? Как выглядит узел датчика? Если вы используете электромагнитное излучение в качестве сигнала, вы должны иметь очень точную синхронизацию прихода сигнала или очень широкий интервал между датчиками или и тем, и другим. Поскольку вы хотите портативный, это, вероятно, не практично; Разница во времени прибытия будет меньше половины наносекунды! Я бы посчитал звук. Гораздо проще время прибытия таким образом. Попросите ребенка носить устройство, которое время от времени излучает ультразвуковой импульс, скажем, импульс 10 мкСм 100 кГц каждую секунду. Достаточно высоко ни один человек, и большинство животных не смогут его услышать. Вы несете массив микрофонов с высокочастотными фильтрами на них, подключенных к соответствующему микропроцессору или ПЛИС для выполнения расчетов формирования луча и триангуляции.

Теперь все это работает в теории. На практике локальные изменения в скорости звука, частотах дискретизации и т. Д. Приводят к ошибкам. Сколько ошибок я не подсчитал. Я подозреваю, однако, что это раздвигает границы того, насколько хорошо такие вещи могут работать. Однако это будет очень дешево, возможно, не будет патентовано и позволит избежать каких-либо проблем с лицензированием электромагнитного спектра.

Не уверен, что есть лицензирование аудио спектра ...

Похоже, что ваше приложение идеально подходит для сверхширокополосных (UWB) систем ранжирования таких производителей, как:

• Bespoon
• Decawave

Оба производителя продают оценочные комплекты. Они также продают модули, некоторые со встроенными антеннами, которые легче интегрировать в продукт, чем их чипы (но в итоге стоят дороже).

Эти системы работают путем измерения времени прохождения импульсного радиосигнала между «запросчиком» и «меткой» (каждый производитель использует свою терминологию). Они намного более точны и надежны, чем все, что использует мощность принимаемого сигнала (как правило, все решения для определения дальности, основанные на Wi-Fi или Bluetooth). На близком расстоянии точность может составлять около сантиметра, уменьшаясь на большем расстоянии. Радиус действия может быть 20-70 м, особенно в «легкой» обстановке, такой как парк на улице.

Как и во всех радиочастотных системах, все является компромиссом, и тот факт, что технология может достигать очень высокой точности или большой дальности, не означает, что она будет достигнута с крошечным бюджетом мощности и / или неоптимальной компактной антенной.

GPS является опцией, но точность может быть плохой, когда антенна не имеет хорошего обзора неба (например, на дне сумки, с вещами над ней или когда она находится в закрытой руке). Некоторые очень компактные GPS-модули с низким энергопотреблением доступны на рынке, и вам, вероятно, следует провести сравнительную оценку, прежде чем переходить на одну или другую технологию.