Options pour la détermination de la distance à courte distance entre deux objets

J'ai une idée de projet en tête, mais il s'agit de calculer la distance entre deux personnes. J'ai étudié Bluetooth, RFID et NFC (incertain à propos de celui-ci), mais aucun ne semble offrir la précision dont j'aurais besoin (je suis au mieux un novice, donc je serais ravi d'être corrigé à ce sujet).

Bluetooth: semble seulement pouvoir détecter que quelqu'un est à portée ou pas à portée. Et bien que cette plage fonctionne bien pour ce que je veux faire (~ 30 pieds est commun?), Je serais idéalement capable de spécifier des distances dans cette plage à des intervalles de 5 pieds.

RFID: ne semble fonctionner qu'avec des distances très courtes (inférieures au mètre).

NFC: incertain

Est-ce que l'une de ces options fonctionnerait ou y en a-t-il d'autres qui pourraient fonctionner? Ou le GPS est-il le seul itinéraire?

MISE À JOUR: L'idée est un «filet» de sécurité pour enfants. Un enfant aurait une sorte de balise sur lui qui n'a qu'à envoyer un signal, puis le récepteur serait sur le parent. De cette façon, si l'enfant s'éloignait de plus de x distance du parent, le parent en serait informé.

Idéalement, le parent serait en mesure de définir une distance admissible différente en fonction de l'environnement dans lequel il se trouvait (rue urbaine bondée - petit rayon, parc - grand rayon).

Cette idée pourrait être brevetée, donc elle pourrait ne pas convenir à un projet commercial, mais vous pouvez réellement mesurer la position et l'orientation d'un appareil électronique par rapport à un autre, avec une précision raisonnable, en utilisant des champs magnétiques. C'est ainsi que fonctionnent les trackers Polhemus et Ascension . Ils sont utilisés dans le suivi de mouvement VR et en chirurgie pour suivre la position des instruments chirurgicaux pendant les opérations.

Le concept de base est d'avoir un ensemble de bobines émettant et un autre recevant. Les bobines émettrices émettent des champs magnétiques alternatifs en fréquence audio, et les bobines réceptrices mesurent ensuite l'amplitude des champs dans les trois bobines réceptrices.

Il existe du code disponible en ligne pour effectuer ces calculs. Vous pouvez également jeter un œil à la page du projet du gars: Trackers électromagnétiques open source utilisant OpenIGTLink .

Ce n'est peut-être pas tout à fait le système que vous recherchez, car il est assez complexe et vous donne beaucoup plus d'informations que vous ne le vouliez. Cependant, un algorithme plus simple pourrait être utilisé qui vous donnerait juste la distance.

Une entreprise appelée Sixense fabrique une manette de jeu avec un capteur 6DOF. Je ne sais pas à quel point il serait facile d'intégrer cette technologie dans votre projet.

Mise à jour:

Maintenant que je sais quelle est votre candidature, j'ai pensé à une candidature très similaire. Ma suggestion serait la suivante:

Utilisez l'approche à trois bobines orthogonales. La mère et l'enfant ont un ensemble de bobines. L'enfant serait l'émetteur. Toutes les quelques secondes, le module enfant transmettrait tour à tour un champ magnétique de fréquence acoustique sur chaque bobine. Le module mère mesurerait l'amplitude de la tension induite dans ses bobines. Si l'amplitude était trop faible ou si aucun signal n'a été entendu pendant plus de quelques secondes, l'alarme retentit.

Vous pouvez envisager de faire cette application avec Bluetooth. Le marché est plus le moteur que la technologie. Permettez-moi d'expliquer:

• BT sera moins cher et plus facile à mettre en œuvre
• Le sans fil est meilleur dans cette application que les autres (variations du son, de la lumière, etc.) car le mouvement de l'enfant n'affectera pas les performances du sans fil, tous les autres sont sensibles au mouvement de l'enfant
• Tous les téléphones sont livrés avec BT, donc vous éliminez un appareil secondaire que les parents doivent transporter, l'application sur le téléphone peut ajouter plus de valeur d'une manière que je ne pensais pas encore, mais ils sont là.

En termes de mise en œuvre technique:

• Je construirais un appareil BT avec une puissance de sortie contrôlable. En utilisant SPP ou quelque chose de similaire, je peux programmer la puissance de sortie souhaitée et avoir un certain contrôle sur la distance.

• Les performances à l'intérieur et à l'extérieur varieront beaucoup, mais vous pouvez utiliser le téléphone pour savoir si vous êtes à l'intérieur (en utilisant le GPS ou plutôt en manquer) et effectuer les ajustements nécessaires.

Vous devez faire beaucoup d'expériences pour que cela fonctionne à 100% (même si dans certains cas cela ne fonctionnera pas bien) mais mon intuition est que ce sera assez bon.

TI a un circuit intégré (CC240 ou quelque chose comme ça, veuillez consulter le site TI) qui prend en charge BT basse énergie (BTLE) avec 8 bits uC. Avec une bonne programmation et une conception matérielle décente, vous pouvez faire en sorte que le porte-clés (celui que les banques utilisent) soit inférieur à 10 $. (Il ne prendrait pas en charge BT, mais BTLE), chargé via USB et dispose d'une batterie qui fonctionne pendant une semaine.

Je ne connais pas votre application, mais un appareil capable de mesurer avec précision de courtes distances est un télémètre acoustique tel que la famille d'appareils Maxbotics LV-MaxSonar-EZ. Il fournit des sorties numériques et analogiques et peut se résorber jusqu'à un pouce environ. Cependant, cela nécessiterait qu'une ou les deux personnes aient l'appareil sur elles.

C'est une bonne idée. En fait, je pense que la première fois que j'ai entendu que c'était il y a 25 ans :-) et il existait probablement auparavant.

De manière très générale, je peux penser à deux approches de la mesure de distance (entre deux points, donc en ignorant la triangulation). Mesurer le temps de trajet et dériver la distance en connaissant la vitesse ou mesurer la chute de puissance et dériver la distance en connaissant la puissance de la source. Les gens ont utilisé la lumière, le son (audible et ultrason) et les radiofréquences dans de nombreuses incaranations d'appareils de mesure.

Je ne veux pas vous décourager mais je vais signaler quelques sources de complexité:

• Interférence - que se passe-t-il lorsque de nombreuses personnes utilisent votre appareil dans la même zone, les appareils ne doivent pas interférer les uns avec les autres.
• Ligne de vue - ce qui se passe lorsqu'il n'y a pas de ligne de vue, par exemple la foule, à l'intérieur, derrière les rayons des supermarchés, etc. La mesure de la distance peut devenir assez compliquée. Le GPS ne fonctionnera pas non plus dans les situations où vous n'avez pas de signal satellite.
• Préoccupations réglementaires.

Si vous le construisez sur d'autres appareils, par exemple des téléphones, certains de ces problèmes auraient été résolus pour vous. À part un téléphone, je ne peux pas penser à une solution complète prête à l'emploi.

Sinon, le choix de la technologie dépend de votre objectif de prix, du volume de fabrication, de la précision souhaitée et d'autres spécifications, il est difficile de donner une réponse générique. Ma première pensée est d'envisager l'utilisation des RF et de mesurer le temps d'aller-retour, peut-être pouvez-vous réutiliser certains composants des télémètres laser et / ou des combinés sans fil. La difficulté est que vous avez affaire à la vitesse de la lumière, vous avez donc besoin d'un très bon timing.

J'ai envisagé la triangulation des limites pour des applications similaires. J'ai écrit ma thèse de maîtrise sur le formation faisceaux , qui est une méthode utilisée pour déterminer la direction avec un réseau fixe de capteurs. Je travaillais avec la radiogoniométrie pour les sons continus, comme les moteurs de voiture, mais ce n'est probablement pas nécessaire dans ce cas. La formation de faisceaux fonctionne assez bien avec les signaux impulsionnels, simplement en mesurant la différence de temps d'arrivée à différents capteurs sur le nœud. Connaissant la configuration spatiale des capteurs, la direction d'origine peut être calculée. Assurez-vous que tous vos capteurs pour un nœud donné ne sont pas dans un seul plan, et vous pouvez même obtenir une direction de source 3D. Si vous avez plusieurs nœuds de capteur séparés à des emplacements connus, la triangulation de l'emplacement source est triviale. lesystème fonctionne très, très bien pour déterminer l'emplacement des tireurs d'élite. Donc, si votre enfant tire avec un fusil de sniper dans un champ de capteurs prédisposé, le problème est résolu! Bien que je ne garantisse pas les autres problèmes qui pourraient en résulter.

La limite est que tout nœud unique ne peut calculer que la direction de la source, par rapport à son point d'origine. Cependant, comme chaque nœud possède plusieurs capteurs, les calculs peuvent être effectués à plusieurs reprises, en utilisant chaque capteur sur le nœud comme point d'origine. Quatre capteurs, quatre directions. Dans un monde parfait, c'est plus que suffisamment d'informations pour trianguler un emplacement sur trois espaces. Connectez un appareil à votre enfant qui émet un signal d'impulsion unique de temps en temps, concevez un nœud de capteur approprié, et vous devriez être sans domicile.

Mais ensuite, vous entrez dans les parties amusantes. Quels types de signaux? À quoi ressemble le nœud du capteur? Si vous utilisez le rayonnement EM comme signal, vous devez avoir une synchronisation très précise de l'arrivée du signal, ou un espacement très large des capteurs, ou les deux. Puisque vous voulez portable, ce n'est probablement pas pratique; la différence d'heure d'arrivée serait inférieure à une demi-nanoseconde! Je considérerais le son. Il est beaucoup plus facile de chronométrer les heures d'arrivée de cette façon. Demandez à l'enfant de porter un appareil qui émet occasionnellement une impulsion ultrasonore, disons une impulsion de 10 uS 100 kHz chaque seconde. Assez haut, aucun humain et la plupart des animaux ne pourront l'entendre. Vous transportez une gamme de microphones avec des filtres passe-haut sur eux, câblés dans un microprocesseur ou FPGA approprié pour exécuter les calculs de formation de faisceaux et de triangulation.

Maintenant, tout cela fonctionne en théorie. En pratique, les variations locales de la vitesse du son, des taux d'échantillonnage, etc. vont introduire des erreurs. Combien d'erreur, je ne me suis pas assis pour calculer. Je soupçonne cependant que cela repousse les limites de l'efficacité de ce genre de chose. Il serait cependant très bon marché, probablement sans brevet, et éviterait tout problème avec l'octroi de licences de spectre EM.

Je ne sais pas s'il existe une licence de spectre audio ...

Votre application semble parfaitement adaptée aux systèmes de télémétrie ultra-large bande (UWB) fabriqués par des fabricants tels que:

• Bespoon
• Decawave

Les deux fabricants vendent des kits d'évaluation. Ils vendent également des modules, certains avec des antennes intégrées, qui sont plus faciles à intégrer dans un produit que leurs puces (mais finissent par coûter plus cher).

Ces systèmes fonctionnent en mesurant le temps de vol d'un signal radio pulsé entre un "interrogateur" et une "étiquette" (chaque fabricant utilise une terminologie différente). Ils sont beaucoup plus précis et fiables que tout ce qui utilise la puissance du signal reçu (généralement, toutes les solutions de télémétrie basées sur Wifi ou Bluetooth). À courte portée, la précision peut être d'environ un centimètre, diminuant à plus longue distance. La portée peut être de 20 à 70 m, spécialement dans un cadre «facile» tel qu'un parc en plein air.

Comme avec tous les systèmes RF, tout est compromis, et le fait qu'une technologie puisse atteindre une très grande précision ou une longue portée ne signifie pas qu'elle le fera avec un petit budget de puissance et / ou une antenne compacte sous-optimale.

Le GPS est une option mais la précision peut être médiocre lorsque l'antenne n'a pas une bonne vue du ciel (par exemple au fond d'un sac, avec des trucs au-dessus, ou lorsqu'elle est tenue dans une main fermée). Certains modules GPS très compacts à faible consommation d'énergie sont disponibles sur le marché, vous devriez probablement faire une évaluation comparative avant de vous engager dans l'une ou l'autre technologie.