Opciones para la determinación de distancias de corto alcance entre dos objetos

Esta idea podría estar patentada, por lo que podría no ser adecuada para un proyecto comercial, pero en realidad se puede medir la posición y la orientación de un dispositivo electrónico en relación con otro, con una precisión razonable, utilizando campos magnéticos. Así funcionan los rastreadores Polhemus y Ascension . Se utilizan en el seguimiento de movimiento VR y en cirugía para rastrear la posición de los instrumentos quirúrgicos durante las operaciones.

El concepto básico es tener un juego de bobinas transmitiendo y otro recibiendo. Las bobinas del transmisor emiten campos magnéticos alternos de frecuencia de audio, y las bobinas del receptor miden la amplitud de los campos en las tres bobinas del receptor.

Hay algún código disponible en línea para hacer estos cálculos. También puede echar un vistazo a la página del proyecto del tipo: Rastreadores electromagnéticos de código abierto que usan OpenIGTLink .

Es posible que este no sea el sistema que está buscando, ya que es bastante complejo y le brinda mucha más información de la que deseaba. Sin embargo, se podría usar un algoritmo más simple que solo le diera la distancia.

Una empresa llamada Sixense fabrica un controlador de juegos con un sensor 6DOF. Sin embargo, no sé qué tan fácil sería integrar esta tecnología en su proyecto.

Actualizar:

Ahora que sé cuál es su aplicación, he estado pensando en una aplicación muy similar. Mi sugerencia sería esta:

Utilice el enfoque de las tres bobinas ortogonales. Tanto la madre como el niño tienen un juego de espirales. El niño sería el transmisor. Cada pocos segundos, el módulo secundario transmitiría un campo magnético de frecuencia acústica en cada bobina por turno. El módulo madre mediría la amplitud del voltaje inducido en sus bobinas. Si la amplitud fue demasiado baja, o si no se escuchó ninguna señal durante más de unos segundos, entonces suena la alarma.

Puede considerar hacer esta aplicación con Bluetooth. El mercado es más el factor impulsor que la tecnología. Permítanme explicar:

• BT será más barato y fácil de implementar
• La conexión inalámbrica es mejor en esta aplicación que en las demás (variaciones de sonido, luz, etc.) ya que el movimiento del niño no afectará el rendimiento inalámbrico, todos los demás son susceptibles al movimiento del niño
• Todos los teléfonos vienen con BT, por lo que elimina un dispositivo secundario que los padres deben llevar, la aplicación en el teléfono puede agregar más valor de maneras que aún no pensé, pero están ahí.

En términos de implementación técnica:

• Construiría un dispositivo BT con potencia de salida controlable. Usando SPP o algo similar, puedo programar la potencia de salida deseada y tener cierto control sobre la distancia.

• El rendimiento en interiores y exteriores variará mucho, pero puede usar el teléfono para averiguar si está en interiores (usando GPS, o más bien si no lo tiene) y hacer los ajustes necesarios.

Necesita hacer muchos experimentos para que esto funcione al 100% (incluso en algunos casos no funcionará bien), pero mi corazonada es que será lo suficientemente bueno.

TI tiene un IC (CC240 o algo así, consulte el sitio de TI) que admite BT de baja energía (BTLE) con uC de 8 bits. Con una buena programación y un diseño de hardware decente, puede hacer que este sea del tamaño de un llavero (los que usan los bancos) por menos de 10 $. (No soportaría BT, sino BTLE), se carga vía USB y tiene una batería que funciona para una semana.

No conozco su aplicación, pero un dispositivo que puede medir distancias cortas con precisión es un telémetro acústico como la familia de dispositivos Maxbotics LV-MaxSonar-EZ. Proporciona salidas digitales y analógicas y puede resolver hasta una pulgada más o menos. Sin embargo, requeriría que una o ambas personas tengan el dispositivo consigo.

Es una buena idea. De hecho creo que la primera vez que lo escuché fue hace 25 años :-) y probablemente existió antes.

En términos muy generales, puedo pensar en dos enfoques para la medición de distancias (entre dos puntos, ignorando así la triangulación). Medir el tiempo de viaje y derivar la distancia al conocer la velocidad o medir la caída de potencia y derivar la distancia al conocer la fuente de energía. La gente ha usado luz, sonido (audible y ultrasónico) y RF en muchas encarnaciones diferentes de dispositivos de medición.

No quiero desanimarlos, pero señalaré algunas fuentes de complejidad:

• Interferencia: lo que sucede cuando muchas personas están usando su dispositivo en la misma área, los dispositivos no deben interferir entre sí.
• Línea de visión: lo que sucede cuando no hay línea de visión, por ejemplo, multitudes, en interiores, detrás de los estantes de los supermercados, etc. Medir la distancia puede ser bastante complicado. El GPS tampoco funcionará en situaciones en las que no tengas una señal de satélite.
• Preocupaciones regulatorias.

Si construye esto sobre otros dispositivos, por ejemplo, teléfonos, algunos de esos problemas se habrían resuelto. Aparte de un teléfono, no puedo pensar en una solución completa lista para usar.

De lo contrario, la elección de la tecnología depende de su precio objetivo, el volumen de fabricación, la precisión deseada y otras especificaciones; es difícil dar una respuesta genérica. Mi primer pensamiento es considerar el uso de RF y medir el tiempo de ida y vuelta, tal vez pueda reutilizar algunos componentes de telémetros láser y/o teléfonos inalámbricos. La dificultad es que estás lidiando con la velocidad de la luz, por lo que necesitas un tiempo bastante bueno.

He estado considerando la triangulación de límites para aplicaciones similares. Escribí mi tesis de maestría sobre formación de haces , que es un método utilizado para determinar la dirección con una matriz fija de sensores. Estaba trabajando con búsqueda de dirección para sonidos continuos, como los motores de los automóviles, pero eso probablemente no sea necesario en este caso. La formación de haces funciona bastante bien con señales de impulso, simplemente midiendo la diferencia en el tiempo de llegada en diferentes sensores en el nodo. Conociendo la configuración espacial de los sensores, se puede calcular la dirección de origen. Asegúrese de que todos sus sensores para un nodo determinado no estén en un solo plano, e incluso puede obtener una dirección de fuente tridimensional. Si tiene varios nodos de sensores separados en ubicaciones conocidas, la triangulación de la ubicación de origen es trivial. ÉlEl sistema funciona muy, muy bien para determinar la ubicación de los francotiradores. Entonces, si su hijo está disparando un rifle de francotirador en un campo de sensores preestablecido, ¡problema resuelto! Aunque no doy garantías sobre los otros problemas que podrían crear.

El límite es que cualquier nodo único solo puede calcular la dirección de la fuente, en relación con su punto de origen. Sin embargo, dado que cada nodo tiene varios sensores, los cálculos se pueden realizar repetidamente, utilizando cada sensor del nodo como punto de origen. Cuatro sensores, cuatro direcciones. En un mundo perfecto, esa es información más que suficiente para triangular una ubicación en tres espacios. Conecte un dispositivo a su hijo que emita una señal de impulso única de vez en cuando, diseñe un nodo sensor apropiado y debería estar libre de su hogar.

Pero luego te metes en las partes divertidas. ¿Qué tipo de señales? ¿Cómo es el nodo del sensor? Si está utilizando radiación EM como su señal, debe tener una sincronización muy precisa de la llegada de la señal, o un espacio muy amplio de sensores, o ambos. Ya que quieres portátil, eso probablemente no sea práctico; ¡la diferencia en el tiempo de llegada sería de menos de medio nanosegundo! Yo consideraría el sonido. Mucho más fácil cronometrar los tiempos de llegada de esa manera. Haga que el niño lleve consigo un dispositivo que ocasionalmente emita un pulso ultrasónico, digamos un pulso de 10 uS 100 kHz cada segundo. Lo suficientemente alto para que ningún ser humano y la mayoría de los animales puedan escucharlo. Usted lleva una serie de micrófonos con filtros de paso alto, conectados a un microprocesador apropiado o FPGA para ejecutar los cálculos de formación de haces y triangulación.

Ahora, todo esto funciona en teoría. En la práctica, las variaciones locales en la velocidad del sonido, frecuencias de muestreo, etc. van a introducir errores. Cuanto error, no me he sentado a calcular. Sin embargo, sospecho que está superando los límites de lo bien que este tipo de cosas pueden funcionar. Sin embargo, sería muy barato, probablemente sin patentes, y evitaría cualquier problema con las licencias de espectro EM.

No estoy seguro de si hay licencias de espectro de audio...

Su aplicación parece ideal para sistemas de alcance de banda ultraancha (UWB) fabricados por fabricantes como:

• Bespoon
• onda deca

Ambos fabricantes venden kits de evaluación. También venden módulos, algunos con antenas integradas, que son más fáciles de integrar en un producto que sus chips (pero terminan costando más).

Esos sistemas funcionan midiendo el tiempo de vuelo de una señal de radio pulsada entre un "interrogador" y una "etiqueta" (cada fabricante usa una terminología diferente). Son mucho más precisos y fiables que cualquier cosa que utilice la potencia de la señal recibida (por lo general, todas las soluciones de alcance basadas en Wifi o Bluetooth). A corta distancia, la precisión puede ser de alrededor de un centímetro, disminuyendo a mayor distancia. El alcance puede ser de 20 a 70 m, especialmente en un entorno "fácil", como un parque al aire libre.

Al igual que con todos los sistemas de RF, todo es compensación, y el hecho de que una tecnología pueda alcanzar una precisión muy alta o un largo alcance no significa que lo hará con un presupuesto de energía pequeño y/o una antena compacta subóptima.

El GPS es una opción, pero la precisión puede ser pobre cuando la antena no tiene una buena vista del cielo (por ejemplo, en el fondo de una bolsa, con cosas encima o cuando se sostiene con la mano cerrada). Algunos módulos GPS de bajo consumo muy compactos están disponibles en el mercado, probablemente debería hacer una evaluación comparativa antes de comprometerse con una tecnología u otra.