triangulación de señales

Quiero poder determinar la ubicación de un objeto que se moverá en un rectángulo de aproximadamente 15" X 10"

La ubicación debe tener una precisión de aproximadamente 1/4" y medirse al menos 100 veces por segundo.

La primera idea que tuve para lograr esto es hacer que el objeto transmita una señal de pulso cada 10 ms y tener un receptor en cada esquina conectado a un microcontrolador y medir la diferencia de tiempo entre el momento en que cada receptor recibe la señal para triangular su fuente.

Mi primer pensamiento fue usar receptores y transmisores IR, pero no tenía idea de cómo hacer la triangulación con señales que se mueven tan rápido.

Entonces mi segundo pensamiento fue usar el sonido. Me gustaría transmitir a una frecuencia por encima del rango auditivo humano. Y me parece que a mayor hercio = mayor precisión. La velocidad del sonido es de unas 13.400 pulgadas por segundo. Eso significa que para obtener una resolución de 1/4", necesitaría 56 kHz o más.

En primer lugar, nunca he tratado con sonidos por encima del rango auditivo humano. Esto probablemente estará encendido por períodos de aproximadamente una hora, y puede estar a solo unos pies de distancia de los oídos. Siempre que use poca potencia, ¿hay alguna forma de que esto pueda ser un peligro?

En segundo lugar, ¿qué tipo de altavoces son capaces de transmitir 56 kHz? Y de manera similar, ¿qué tipo de micrófonos podrían captar 56 kHz?

También se apreciarían otros métodos de triangulación.

Para los altavoces, a menudo escuché el término "cápsulas de ultrasonido" para referirse a los altavoces que emiten un sonido por encima del rango audible.
@AndrejaKo: oultrasonic transmitter/receiver
"mida la diferencia de tiempo entre el momento en que cada receptor recibe la señal para triangular su fuente" Eso sería multilateración, no triangulación. :) en.wikipedia.org/wiki/Multilateración
@endolith: Está bien. Entonces, ¿hay un término general que abarque todos los métodos para identificar el origen de una señal?
No sé. ¿Geolocalización?
"Fijar una posición" o "tomar un arreglo". Su caso es el inverso del problema de navegación más típico, el de fijar la propia posición por referencia a varios conocidos: transmisores, puntos de referencia o satélites GPS. Pero las matemáticas funcionan en cualquier dirección.

Respuestas (4)

Acerca de RF:

La idea es emitir, digamos, una señal de 100 Mhz y medir el cambio de fase entre las señales recibidas en diferentes puntos. Entonces podrás calcular la ubicación.

Medir la diferencia de tiempo directamente puede ser complicado, ya que necesitará una precisión de 0,1 ns o superior (1 ns = 30 cm en el aire).

Los emisores piezoeléctricos son muy capaces de entrar en el rango de sonido sub-Mhz. Casi cualquier micrófono (probablemente excepto uno de carbón) puede recibir un sonido de 50-100Khz con la amplificación adecuada. La seguridad generalmente no es un problema siempre que esté por debajo del rango de 1 W, y dudo que necesite más de 0.01 :-)

La forma de RF es mucho más difícil de implementar, pero creo que es más confiable.

Gracias por el consejo de cambio de fase. De hecho, iba a elegir una onda de audio cuadrada por simplicidad, pero podría obtener una resolución mucho más alta con frecuencias más bajas que podrían ser captadas por micrófonos típicos si uso diferentes formas de onda y mido el cambio de fase en su lugar.
Lo siento, pero solo puedes usar onda sinusoidal. Otras formas de onda tienen un espectro ilimitado y esto significa que siempre transmitirá basura que es un poco ilícita. Además, nunca recibirá la misma forma de onda que está transmitiendo.
@BarsMonster: si nunca recibiré la misma forma de onda que transmito, ¿cómo puedo calcular el cambio de fase? (Perdón por mi falta de conocimiento en esta área...)
@BarsMonster - ¿Qué es un micrófono de carbón?
@wallacoloo Es por eso que necesitas onda sinusoidal) Será lo mismo.
@BarsMonster Para cada ciclo de una onda sinusoidal, hay 2 x ubicaciones (tiempo) que comparten la misma altura. ¿Es posible hacer una triangulación con ondas sinusoidales muestreando solo en un punto en el tiempo? ¿O tendré que tomar varias muestras?
Bueno, será mejor que elijas freq para que estés solo en el primer trimestre. Pero, tengo una idea aún mejor: en una escala tan pequeña, puede medir la amplitud de la señal detectada (es decir, diodo + condensador) con ADC de baja frecuencia de precisión. Esto va a ser mucho más fácil y más preciso.
@BarsMonster: ¿Cuánta interferencia es probable que tenga con frecuencias de 100-200 MHz, o incluso debo preocuparme por esto?
No deberías conseguir mucho. Con emisores y receptores tan cercanos, su señal será miles de veces más fuerte.

Sin más detalles sobre su aplicación, aquí hay algunas puñaladas al problema:

1) haz que tu objeto se mueva en papel digital . Tiene un patrón de puntos tal que una cámara muy simple puede determinar la posición evaluando una pequeña cantidad de puntos. Esto es lo que usan algunos dispositivos de entrada de lápiz.

2) Si la superficie sobre la que viaja el objeto es suave, puede usar un mouse conectado al objeto. Interpretar las actualizaciones desde el mouse le daría los cambios de posición, pero también necesitaría un punto de referencia.

3) Tenga una cámara estacionaria montada sobre su objeto y un patrón objetivo o luz sobre el objeto en movimiento. Con una resolución suficiente y un procesamiento de imagen simple, puede determinar la ubicación.

4) Un esquema que utilice transductores ultrasónicos tendría un transmisor en el objeto en movimiento y al menos 3 receptores estacionarios. El transmisor envía pulsos periódicos y usted calcula la ubicación triangulando usando las diferencias en los tiempos de llegada entre pares de receptores y las posiciones conocidas de los receptores.

5) Si desea una resolución mucho mayor a un costo significativo, existen sistemas de interferometría láser que se usan comúnmente para calibrar equipos CNC. Aquí hay un ejemplo que encontré.

Fui con el #4. Actualmente estoy esperando que lleguen mis materiales :-) Mi proyecto es en realidad crear un sistema de entrada basado en lápiz de tamaño variable. Quiero poder usarlo en una mesa o adjuntarlo a una pantalla LCD de cualquier tamaño (razonable) sin tener que hacer modificaciones importantes.

La visión podría ser una mejor solución. Podrías rastrear tu objeto con cámaras.

Echa un vistazo a OpenCV.

O mejor aún, use un Kinect para rastrear el objeto.
Una cosa de la que preocuparse: opencv requiere mucha potencia de la CPU y necesitaría dos cámaras para la percepción de profundidad

Acabo de ver un artículo sobre un lápiz óptico de Qualcomm que se utiliza para escribir en un teléfono Android. El lápiz óptico emite un pulso ultrasónico y luego el software del teléfono puede localizar el lápiz. Aquí hay un enlace;

http://seat12f.blogspot.com/2011/02/finger-input-just-cant-keep-good-stylus.html

También recuerdo haber leído hace unos años sobre un bolígrafo digitalizador que usaba ultrasonidos para localizar el bolígrafo. Se conectó un pequeño receptor por USB, e incluso tenía una memoria para que pudiera sujetar el dispositivo a cualquier bloc de notas para registrar su escritura para luego ingresarla a la computadora. Sin embargo, acabo de mirar algunas de las tiendas de suministros de oficina y parece que ya no existe.

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