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Thema: Ortung über Funk? (RFID) Kartierung von Räumen

  1. #1

    Ortung über Funk? (RFID) Kartierung von Räumen

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    Hallo,
    bin neu hier und muss erstmal mein Lob für die super Seite und das super Forum aussprechen!!!

    Also ich möchte für die Schule als Arbeit einen Roboter bauen.
    In Sachen Roboter habe ich noch keine Erfahrungen, in Sachen µc proggen schon etwas.

    Ich stecke also noch in den Grundüberlegungen.

    Meine Frage:
    Ich möchte gerne einen Roboter bauen, der von einem zimmer in ein anderes finden soll. Dabei habe ich mir gedacht, das man zum beispiel in dem Ziel-zimmer 2 Sender aufbauen kann. Der Roboter sollte das Signal auch durch Wände empfangen können. Und nun möchte ich halt, das er zu einem Sender findet und ihn direkt anfahren kann.

    Wie wäre das möglich, ich hatte erst die Idee mit Bluetooth, aber habe schon gelesen das mit Bluetooth keine Entfernungsmessung möglich ist. Diese sollte aber irgendwie möglich sein, könnte man ja mit Ultraschall realisieren, Da wäre dann aber nur das Problem mit den Wänden, das funktioniert dann ja nicht mehr.

    Hat da vielleicht jemand eine Idee, wie man die Entfernung durch die
    Wände wenigstens ca. messen kann? Oder ist dies über Funk einfach nicth möglich?

    mfg

    edit: Die Messung muss ziemlich genau erfolgen, also so ca. +-3cm.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von i_make_it
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    Lass in deinem Experimentellem Aufbau zuerst mal so Sachen wie Wände und andere Hindernisse weg.

    Dein Aubau besteht also aus:
    S1 = Sender1
    S2 = Sender2
    R = Roboter

    Geometrisch bilden diese die Eckpunkte eines (beliebigen) Dreiecks.

    S1 sendet ein Signal. R empfängt es. Die Signalstärke (Amplitude) fällt als zu messendes Merkmal aus. Da muß die Ausgangsleistung und die Dämpfung über die Entfernung bekannt sein (was später bei wiedereinführen von Wänden und anderen Funksenken. zu nicht verwertbaren Ergebnissen führt.)

    Wenn R nun das Signal von S1 reflektiert, könnte S1 die Entfernung zu R über eine Laufzeitmessung bestimmen.

    Also haben wir ein Ergebniss, aber an der falschen Stelle.

    Also sollte R, S1 und S2 anhand von Senderkennungen (wird bei jedem Funkfeuer in der Luftfahrt so gemacht) identifizieren.

    Mit einer Richtantenne z.B.: Quadrantenantenne kann R den Winkel von S1 und S2 zueinander und zu sich selbst ermitteln.

    Für die Entfernungsmessung hast du jetzt zwei Möglichkeiten.
    1- S1, S2 und R bekommen ein DCF77 Empfänger, S1 und S2 modulieren eine Zeitinformation in ihre Senderkennung und R kann durch Vergleichen mit der eigenen Zeit eine Laufzeitmessung durchführen.

    2- R besitzt ein "Radar" oder anderes für Funkortung geeignetes Gerät und setzt ein "Ping" auf die angepeilten Positionen von S1 und S2 ab.
    Diese Methode ist unabhängig von Fremdsystemen und somit der Autonomie eher förderlich. Allerdings technisch aufwendiger.

    Je nach Beschaffenheit der Wände und anderer Hindernisse, kommen noch Einflüsse wie Sekundärechos und 100%ige Dämpfung hinzu, die zu anspruchsvollen Aufgabenstellungen zur Datenverabeitung über den Zeitverlauf führen (ausfiltern von Sekundärechos durch verändern der eigenen Position und vergleichen mit früheren Messungen)
    Eine Kartierung wird da vermutlich nicht zu umgehen sein.

    Dopplerradar fällt aus, damit bekommst du nur die Relativgeschweindigkeit zwichen S1 und R raus.
    FMCW hilft als eine Methode um nicht nur Pingen und warten zu müssen.
    Duch die Frequenzmodulierung kannst du kontinuierlich senden und empfangen und zu jeder zeit jedes eingehende Echo einem Sendezeitpunkt zuordnen. Was das Meßsystem und somit die mögliche Robotergeschwindigkeit erhöht.

    Am besten mal mit den Stichworten Funkortung und Funkpeilung googeln.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Re: Ortung über Funk?

    Zitat Zitat von Spyro08
    Oder ist dies über Funk einfach nicth möglich?
    edit: Die Messung muss ziemlich genau erfolgen, also so ca. +-3cm.
    Einfach ist es nicht möglich! Für 3cm Weg kann man mit etwa 0,1 Nanosekunden Laufzeit rechnen. Das heißt, du musst mit zehn bis zwanzig Gigahertz das Signal abtasten, und diese Auflösung zu erreichen!

  4. #4
    Also erstmal danke für die Antworten.

    Zitat Zitat von i_make_it

    Für die Entfernungsmessung hast du jetzt zwei Möglichkeiten.
    1- S1, S2 und R bekommen ein DCF77 Empfänger, S1 und S2 modulieren eine Zeitinformation in ihre Senderkennung und R kann durch Vergleichen mit der eigenen Zeit eine Laufzeitmessung durchführen.

    Aber die Entfernungsmessung ist doch praktisch deswegen trotzdem nicht über Funk lösbar, oder? Weil die Funkwellen sich zu schnell ausbreiten und dadurch ist die Laufzeit ja extrem kurz.
    Sonst ist das mit dem DCF77 schon ne sehr gute Idee, mal überlegen was man damit noch so alles hinbekommt.

    edit: Habe jetzt noch das mit dem RFID gefunden, klingt relativ interessant, aml sehen wenn ich mich damit ein bisschen auskenne was sich da machen lässt. Auf jeden Fall klingt das schon mal relativ vielversprechend.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von i_make_it
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    Hab noch mal nachgedacht, die Nummer mit DCF77 funktioniert nicht.
    Da sich das DCF77 Funksignal ja auch mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, ist es bei einer Funkortung nicht als Referenz zugebrauchen.
    Bei Ultraschall sieht das schon anders aus.

    Die kurze Laufzeit stellt bei Verwendung von FMCW kein Problem da.
    Frequency modulated continuous wave.
    Funktioniert mit einer gewobbelten Frequenz.
    Der Ganze Sender und Empfänger wird diskret aufgebaut. Der Wobbelgenerator sollte ein nicht zu schnell steigender Sägezahn sein.
    Per Fensterdiskriminator wird vor erreichen der höchsten Sägezahnspannung der Empfänger von der Auswertung getrennt und oberhalb der unteren Sägezahnspannung wieder eingekoppelt.
    So hat der Sender wärend eines Messzyklus eine monoton steigende Frequenz Die Auswertung erfolgt durch Bildung einer Differenzfrequenz der Sender- und Empfängerfrequenz.
    Ein Frequenz/Spannungswandler erzeugt dann eine zur Entfernung propertionale Spannung die für einen Messzyklus ansteht und dann kurz auf null fällt.
    Du brauchst dann nur einen schnellen ADC mit entsprechender Auflösung.
    für +-3cm könnte aber ein spezieller 24Bit ADC notwendig werden z.B. LTC2400.
    Damit wären wenn das System auf 1cm je Digit abgeglichen wird, eine maximale Messreichweite von 16,7 km möglich.
    Allerdings reden wir hier von einem Funkortungssystem mit Laborqualität.
    Da Jedes Bauteil HF tauglich sein muß und sehr enge Toleranzen haben muß, wird das ganze recht teuer und du solltest auf dem Stand eines Elektrotechnkers für Funkanlagen sein.

    Übrigens wird die Antennenanlage recht groß.
    Millimeter und Zentimeterwellen werden wohl von den meisten Baustoffen reflektiert Bzw. absorbiert. Also benötigst du vermutlich mindestens mal dezimeterwellen.
    Die Antennen und Reflektoren müssen dann mindestens mal Lambda 1/4 groß sein.

  6. #6
    Also ich liebäugle ja so zu dem RIFD.
    Das klingt überall ganz gut, man kann andauernd lesen, dass man die RFID-Chips gut bestimmen kann, ab welchem Ort sie sich befinden oder besser gesagt an welchem Ort sich dann der Robo befindet.
    Nur finde ich nirgends wie die Ortung per RFID funktioniert.

    Mein Lösungsansatz:
    An markanten Stellen in einem Gebäude kann man die Chips anbringen, welche dann von dem Lesegerät, welches sich am Robo befindet, identifizeirt werden. Mit der Nummer, verbindet der Robo dann z.B. noch 10cm und dann 70° rechts abbiegen.
    So könnte man dann ein Netzwerk aus den "Wege-Chips" aufbauen und der µc kommt dann halt von der Nummer 1 zur Nummer 7.

    sicherlich wäre die Orientierung im Raum auch besser lösen zu sein?

    Ein 2. Problem wäre dann ja, das der Robo dann nicht wirklich autonom wäre, denn er soll sich ja eigentlich auch in einer unbekannten Umgebung ein Bild vom Raum machen können.

    Habt ihr noch andere Lösungsansätze und was sagt ihr zu meinem?

    mfg

    Damit meine Frage nochmal richtig klar wird:
    Bis jetzt habe ich nur den Lösungsansatz wie oben beschrieben, mit den Art Hinweisschildern.
    Es heißt aber auch:
    mittels RFID kann man in einem Lager auch die Position eines Artikels feststellen.
    Und genau das möchte ich gerne wissen wie das funktioniert, weil wenn man zum Beispiel mit der Feldstärke misst, kann man ja keine große Genauigkeit erreichen.

  7. #7
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    In einem Lager Wo die Euro Palette das Maß aller Dinge ist sieht die Ortung etwas anders aus wie bei einem Roboter.
    Das Lagerregal ist in Spalten und Zeilen eingeteilt.
    Also Empfindlichkeit des Lesegerätes runter um immer nur die Chips eines Lagerplatzes zu erfassen und abfahren.
    Wenn der Lagerplatz erreicht ist, Empfindlichkeit rauf, alle Signale einlesen und nur die mit der richtigen Artikelnummer zählen. Fertig ist die Erfassung.

    Mit stufenweiser Erhöhung und Absenkung der Sendeleistung des Lesers lässt sich bestimmt in 10 cm Auflösung die Position bestimmen.
    Da der RFID Chip duch das Lesegerät überhaupt erst mit Energie versorgt wird, ist mehr vermutlich nicht ohne weiteres möglich.

  8. #8
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    Du könntest das ganze versuchen mit Licht zu realisieren...

    Ich weiß ist nicht so elegant...

    Du stattest Turm 1 mit einer starken, roten LED und Turm 2 mit einer starken blauen LED aus.

    Mit einerm Farbsensor kannst du dann Feststellen wo welcher Turm ist.

    In das andere Zimmer gelangst du indem du mit einerm Ultraschallsensor die Wand abtastest.

    Evtl kannst du einen Turm so plazieren, dass sie vom Anfangsraum zu sehen ist, so kann der Roboter "umschauen".

  9. #9
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    Ja, eine Infrarotbake (statt rot/blau, mit unterschiedlicher Codierung und Frequenz pro Sender) ist das einzige wirklich machbare. Ohne sehr viel Wissen, Ausrüstung, Erfahrung, Zeit und Budget wird man keine Funkpeilung realisieren können.

    Infrarot-Baken sind seit langem eine bewährte Lösung im Bereich der Hobby-Robotik. Sie lassen sich relativ leicht und billig aufbauen, man braucht keine Funkzulassung, und eine Reichweite von maximal 10 bis 15m (je nach Sendeleistung) ist für den Innenbereich auch genug.

  10. #10
    Ok, also geht bei RFID die Orung auch nur höchstens über die Feldstärke.

    Aber das Prinzip, wie ich es gesagt habe mit dem Chips auslegen als Wegweiser müsste gehen, oder.
    Wenn über die Feldstärke die Chips bis auf 10cm Genauigkeit geortet werden können, klingt das ja nicht schlecht.
    Nur ist dann sicherlich bei passiven Transpondern das Problem, das sie eben erst ab den 10cm überhaupt erkannt werden, oder?
    Mit den Wegeweisern als Cjip werde ich es mir noch überlegen.

    Welche andere Kartierungsarten gibt es denn noch, das der Robo alleine sich ein Bild von zum Beispiel einen Raumsystem machen kann.
    Ich hatte zwar schon eine Diplomarbeit gesehen, wo eine ziemlich gute Karte erstellt wrude, aber wie es genau funktioniert stand nirgends.

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