Projekt 75: UWB Ortung - Versionsgeschichte

Stephan Marks: /* Einführung */

2018-01-19T21:49:07Z

Einführung

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2018, 23:49 Uhr
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	== Einführung ==		== Einführung ==
	Die Abkürzung UWB steht für Ultra-Wideband (deutsch: Ultrabreitband). Ein großer Vorteil dieser Technologie ist ihre hohe Übertragungssicherheit. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist, dass das Nutzungssignal nur schwer erkenn- und ortbar ist, da die spektrale Leistungsdichte unterhalb des thermischen Rauschens gehalten wird. Somit ist es ideal für den militärischen Einsatz geeignet. Mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz der Mittenfrequenz werden in der UWB-Ortung extrem große Frequenzbereiche (3,1 GHz bis 10,6 GHz) genutzt. Dadurch eröffnet sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Bei der UWB-Ortung wird die Information durch eine definierte Folge kurzer ~~digitaler~~ Impulse übertragen. Hierdurch erhält das Signal die gewünschte hohe Bandbreite und die übertragene Leistung verteilt sich auf einen großen spektralen Bereich.		Die Abkürzung UWB steht für Ultra-Wideband (deutsch: Ultrabreitband). Ein großer Vorteil dieser Technologie ist ihre hohe Übertragungssicherheit. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist, dass das Nutzungssignal nur schwer erkenn- und ortbar ist, da die spektrale Leistungsdichte unterhalb des thermischen Rauschens gehalten wird. Somit ist es ideal für den militärischen Einsatz geeignet. Mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz der Mittenfrequenz werden in der UWB-Ortung extrem große Frequenzbereiche (3,1 GHz bis 10,6 GHz) genutzt. Dadurch eröffnet sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Bei der UWB-Ortung wird die Information durch eine definierte Folge kurzer gaußförmiger Impulse übertragen. Hierdurch erhält das Signal die gewünschte hohe Bandbreite und die übertragene Leistung verteilt sich auf einen großen spektralen Bereich.
	<ref>[http://www.solcon-systemtechnik.de/produkte/rfid-und-ortung/ortungs-technologien-uwb-rtls-lps-rfid-gps/ ''UWB (Ultra Wide Band)'']. Abgerufen am 18. Januar 2018.</ref>		<ref>[http://www.solcon-systemtechnik.de/produkte/rfid-und-ortung/ortungs-technologien-uwb-rtls-lps-rfid-gps/ ''UWB (Ultra Wide Band)'']. Abgerufen am 18. Januar 2018.</ref>

Stephan Marks: /* YouTube Video */

2018-01-19T21:17:11Z

YouTube Video

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2018, 23:17 Uhr
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	== YouTube Video ==		== YouTube Video ==
	Das YouTube Video zu unserem Projekt ist ~~unter folgenden Link zu finden:~~ [~~https:~~//www.youtube.com/watch?v=g5k5p-7yJqU&feature=youtu.be]		Das YouTube Video zu unserem Projekt ist [//www.youtube.com/watch?v=g5k5p-7yJqU&feature=youtu.be hier] zu finden.

Stephan Marks: /* Einführung */

2018-01-19T21:12:59Z

Einführung

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2018, 23:12 Uhr
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	<ref>[http://www.solcon-systemtechnik.de/produkte/rfid-und-ortung/ortungs-technologien-uwb-rtls-lps-rfid-gps/ ''UWB (Ultra Wide Band)'']. Abgerufen am 18. Januar 2018.</ref>		<ref>[http://www.solcon-systemtechnik.de/produkte/rfid-und-ortung/ortungs-technologien-uwb-rtls-lps-rfid-gps/ ''UWB (Ultra Wide Band)'']. Abgerufen am 18. Januar 2018.</ref>

	Das Pozyx-System ist eine Hardwarelösung, die genaue Informationen zur Positionierung und Bewegung liefert. Das System besteht aus fünf Modulen, davon vier Anker, welche die Sender des Systems darstellen und einem Tag als ~~Ortungsempfänger~~. Um eine Positioniergenauigkeit von wenigen Zentimetern zu erreichen, setzt das pozyx-System auf eine neuartige drahtlose Funktechnologie namens Ultra-Wideband (UWB). Die mit dieser Ultra-Breitband-Technologie erreichte Genauigkeit ist um ein Vielfaches besser als bei herkömmlichen Positionierungssystemen, die auf WiFi, Bluetooth, RFID oder GPS-Signalen basieren. Darüber hinaus können die Signale Wände durchdringen und sie für Innenräume geeignet machen.		Die Positionsbestimmung wird nach dem Laufzeitverfahren (Time of Flight, ToF) durchgeführt. Dabei wird die Übertragungsdauer zwischen dem Senden und Empfangen von Signalen ermittelt.<ref>[https://www.infsoft.de/technologie/sensorik/ultra-wideband''Funktionsweise von Indoor Lokalisierung mit Ultra-wideband'']. Abgerufen am 19. Januar 2018.</ref> Zudem können durch ein so genanntes Impulsradio-Verfahren mit Pulsphasenmodulation Daten übertragen werden.<ref>[http://indoor-ortung.de/technik/impulsradio/''Impulsradio'']. Abgerufen am 19. Januar 2018.</ref>

			Das in diesem Projekt verwendete Pozyx-System ist eine Hardwarelösung, die genaue Informationen zur Positionierung und Bewegung liefert. Das System besteht aus fünf Modulen, davon vier Anker, welche die Sender des Systems darstellen und einem Tag als Empfänger. Um eine Positioniergenauigkeit von wenigen Zentimetern zu erreichen, setzt das pozyx-System auf eine neuartige drahtlose Funktechnologie namens Ultra-Wideband (UWB). Die mit dieser Ultra-Breitband-Technologie erreichte Genauigkeit ist um ein Vielfaches besser als bei herkömmlichen Positionierungssystemen, die auf WiFi, Bluetooth, RFID oder GPS-Signalen basieren. Darüber hinaus können die Signale Wände durchdringen und sie für Innenräume geeignet machen.

	Einige Anwendungsmöglichkeiten, die mit dem Pozyx-System realisiert werden können:		Einige Anwendungsmöglichkeiten, die mit dem Pozyx-System realisiert werden können:

Stephan Marks: /* Verwendete Bauteile */

2018-01-19T20:43:07Z

Verwendete Bauteile

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2018, 22:43 Uhr
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Stephan Marks am 19. Januar 2018 um 16:42 Uhr

2018-01-19T16:42:18Z

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2018, 18:42 Uhr
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	== YouTube Video ==		== YouTube Video ==
			Das YouTube Video zu unserem Projekt ist unter folgenden Link zu finden: [https://www.youtube.com/watch?v=g5k5p-7yJqU&feature=youtu.be]

Stephan Marks: /* Ergebnisse und Herausforderungen */

2018-01-18T18:01:26Z

Ergebnisse und Herausforderungen

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 20:01 Uhr
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	In den obrigen Abbildungen sind mit MATLAB erstellte Plots der Ortungskoordinaten aus verschiedenen Perspektiven dargestellt. Dort ist eine starke Streuung der Koordinaten zu erkennen. Die Koordinaten aus der Betrachtungsrichtung der xz-Ebene (links) stellen eine gradlinige Bewegung des Empfängers parallel zur xy-Ebene dar. Es ist ein Anstieg der z-Kompnente im mittleren Bewegungsbereich erkennbar. Bei der Betrachtung der Koordinaten in der yz-Ebene (mitte) ist ab einem Wert von y = 200 mm eine extreme diagonale Streuung zu beobachten. Beim Blick auf die xy-Ebene (rechts) wurde eine kreuzartige Bewegung druchgeführt. Es ist zu erkennen, dass mittig ein Abfall der y-Komponente stattfindet. Zudem wurden teilweise in den Rangbereichen der Achsen keine Koordinaten bestimmt.		In den obrigen Abbildungen sind mit MATLAB erstellte Plots der Ortungskoordinaten aus verschiedenen Perspektiven dargestellt. Dort ist eine starke Streuung der Koordinaten zu erkennen. Die Koordinaten aus der Betrachtungsrichtung der xz-Ebene (links) stellen eine gradlinige Bewegung des Empfängers parallel zur xy-Ebene dar. Es ist ein Anstieg der z-Kompnente im mittleren Bewegungsbereich erkennbar. Bei der Betrachtung der Koordinaten in der yz-Ebene (mitte) ist ab einem Wert von y = 200 mm eine extreme diagonale Streuung zu beobachten. Beim Blick auf die xy-Ebene (rechts) wurde eine kreuzartige Bewegung druchgeführt. Es ist zu erkennen, dass mittig ein Abfall der y-Komponente stattfindet. Zudem wurden teilweise in den Rangbereichen der Achsen keine Koordinaten bestimmt.

	Mögliche Gründer der abweichenden Ortungskoordinaten können zum einen der kompakte Testaufbau sein. Eventuell müssen für eine ~~geanauere~~ Ortung die Sender weiter voneinander entfernt angebracht werden. Zum Anderen sollten die Koordinaten der Sender durch eine noch genauere Vermessung ermittelt werden.		Mögliche Gründer der abweichenden Ortungskoordinaten können zum einen der kompakte Testaufbau sein. Eventuell müssen für eine genauere Ortung die Sender weiter voneinander entfernt angebracht werden. Zum Anderen sollten die Koordinaten der Sender durch eine noch genauere Vermessung ermittelt werden.

	Als herausfordernd stellte sich die kabellose Übertragung der Ortungsdaten heraus. Durch eine zunächst irreführende Beschreibung eines ~~so genannten~~ Remote-Modus durch die Dokumentation des Herstellers Pozyx stellte sich heraus, dass eine kabellose Übertragung der Koordinaten nur durch ein zusätzliches Bluetoothmodul möglich ist. Diese Erkenntnis entstand nach verschiedenen Testansätzen und wurde durch Kontaktaufnahmen mit dem Hersteller bestätigt. So wurde der Empfängeraufbau um ein HC-05-Bluetoothmoduls erweitert. Problematisch war zudem, dass das Pozxy-Empfändershield die einzige serielle Schnittstelle des Aurduino Unos verwendet. Somit konnte das Bluetoothmodul nicht an diese angeschlossen werden. Die Problematik wurde durch das Verwenden der SoftwareSerial-Library gelöst, welche mittels zwei digitalen Ein- beziehungsweise Ausgängen eine weitere serielle Schnittstelle nachbildet.		Als herausfordernd stellte sich die kabellose Übertragung der Ortungsdaten heraus. Durch eine zunächst irreführende Beschreibung eines sogenannten Remote-Modus durch die Dokumentation des Herstellers Pozyx stellte sich heraus, dass eine kabellose Übertragung der Koordinaten nur durch ein zusätzliches Bluetoothmodul möglich ist. Diese Erkenntnis entstand nach verschiedenen Testansätzen und wurde durch Kontaktaufnahmen mit dem Hersteller bestätigt. So wurde der Empfängeraufbau um ein HC-05-Bluetoothmoduls erweitert. Problematisch war zudem, dass das Pozxy-Empfändershield die einzige serielle Schnittstelle des Aurduino Unos verwendet. Somit konnte das Bluetoothmodul nicht an diese angeschlossen werden. Die Problematik wurde durch das Verwenden der SoftwareSerial-Library gelöst, welche mittels zwei digitalen Ein- beziehungsweise Ausgängen eine weitere serielle Schnittstelle nachbildet.


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	Im folgenden Abschnitt wird nun der Testaufbau grafisch dargestellt.Das linke Bild zeigt die Ankerpositionierung und den Tag in der Mitte auf der Grundplatte. Nach den Regeln der Ankerpositionierung, die im Abschnitt 7.3.1 erläutert wurden, werden nun die Anker im folgenden Aufbau in verschiedenen Höhen an den Balken festgeschraubt. Des Weiteren besteht der Tag aus einem Pozyx Shield, dass auf den Arduino gesteckt wurde. Das Bluetooth Modul ist ebenfalls mit dem Shield verbunden, um die Koordinaten drahtlos zu senden. Ausgehend vom Aufbau wird der Tag nun auf der Grundplatte bewegt, die den Raum darstellt. Dieser Raum wird dann in einem Koordinatenkreuz in Matlab geplottet. Das mittlere Bild, zeigt einen Anker von nahen und das rechte Bild verdeutlicht noch mal den Matlab Plot, der auf dem Notebook zusehen ist. Die ungefähren Koordinaten stellen somit die Mitte der Grundplatte grafisch dar.		Im folgenden Abschnitt wird nun der Testaufbau grafisch dargestellt.Das linke Bild zeigt die Ankerpositionierung und den Tag in der Mitte auf der Grundplatte. Nach den Regeln der Ankerpositionierung, die im Abschnitt 7.3.1 erläutert wurden, werden nun die Anker im folgenden Aufbau in verschiedenen Höhen an den Balken festgeschraubt. Des Weiteren besteht der Tag aus einem Pozyx Shield, dass auf den Arduino gesteckt wurde. Das Bluetooth Modul ist ebenfalls mit dem Shield verbunden, um die Koordinaten drahtlos zu senden. Ausgehend vom Aufbau wird der Tag nun auf der Grundplatte bewegt, die den Raum darstellt. Dieser Raum wird dann in einem Koordinatenkreuz in Matlab geplottet. Das mittlere Bild, zeigt einen Anker von nahen und das rechte Bild verdeutlicht noch mal den Matlab Plot, der auf dem Notebook zusehen ist. Die ungefähren Koordinaten stellen somit die Mitte der Grundplatte grafisch dar.
	-->		-->

	== Projektfortführung ==		== Projektfortführung ==
	*Verbesserung der Genauigkeit		*Verbesserung der Genauigkeit

Stephan Marks: /* Bluetooth Modul */

2018-01-18T17:59:06Z

Bluetooth Modul

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 19:59 Uhr
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	==== Bluetooth Modul ====		==== Bluetooth Modul ====

	Im Folgenden wird nun das Bluetooth Modul nähert erläutert. Für das Projekt wird das Bluetooth Modul HC-05, welches ~~Kompatibel~~ mit einem Arduino ist, verwendet. Dieses Modul dient dazu, dass die Positionsdaten des Tags drahtlos übertragen werden. In der folgenden Abbildung wird der Verdrahtungsplan des Moduls mit dem Arduino Uno gezeigt.		Im Folgenden wird nun das Bluetooth Modul nähert erläutert. Für das Projekt wird das Bluetooth Modul HC-05, welches kompatibel mit einem Arduino ist, verwendet. Dieses Modul dient dazu, dass die Positionsdaten des Tags drahtlos übertragen werden. In der folgenden Abbildung wird der Verdrahtungsplan des Moduls mit dem Arduino Uno gezeigt.
	[[Datei:Schaltplan.JPG\|300px\|thumb\|left\|Schaltplan Bluetooth Modul]]		[[Datei:Schaltplan.JPG\|300px\|thumb\|left\|Schaltplan Bluetooth Modul]]

Stephan Marks am 18. Januar 2018 um 17:58 Uhr

2018-01-18T17:58:31Z

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 19:58 Uhr
Zeile 221:		Zeile 221:

	Im nachfolgend wird nun der Programm Code erläutert. Der Code wurde in einem Sketch in der Arduino Software geschrieben.		Im nachfolgend wird nun der Programm Code erläutert. Der Code wurde in einem Sketch in der Arduino Software geschrieben.
	In diesem ersten Abschnitt wurden nun die Koordinaten der Ankers eingefügt. Des Weiteren wurde die Bluetooth Schnittstelle eingebunden um später die Koordinaten ~~Drahtlos~~ zu empfangen.		In diesem ersten Abschnitt wurden nun die Koordinaten der Ankers eingefügt. Des Weiteren wurde die Bluetooth Schnittstelle eingebunden, um später die Koordinaten drahtlos zu empfangen.

	==== Arduino Sketch ====		==== Arduino Sketch ====

Stephan Marks: /* Das Koordinatensystem */

2018-01-18T17:56:41Z

Das Koordinatensystem

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 19:56 Uhr
Zeile 165:		Zeile 165:

	==== Das Koordinatensystem ====		==== Das Koordinatensystem ====
	Ausgehend von der Abbildung „Positionierung der Anker“, wird nun ein Koordinatensystem erzeugt um die Koordinaten der Anker zu bestimmen. Die Nachfolgende "Das Koordinatensystem" beschreibt nun diese Darstellung.		Ausgehend von der Abbildung „Positionierung der Anker“, wird nun ein Koordinatensystem erzeugt, um die Koordinaten der Anker zu bestimmen. Die Nachfolgende "Das Koordinatensystem" beschreibt nun diese Darstellung.
	[[Datei: Koordinatensystem.jpg\|300px\|thumb\|left\|Koordinatensystem]]		[[Datei: Koordinatensystem.jpg\|300px\|thumb\|left\|Koordinatensystem]]

Stephan Marks: /* Das Koordinatensystem */

2018-01-18T17:55:54Z

Das Koordinatensystem

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 19:55 Uhr
Zeile 165:		Zeile 165:

	==== Das Koordinatensystem ====		==== Das Koordinatensystem ====
	Ausgehend von der ~~Abb.1~~ „Positionierung der Anker“, wird nun ein Koordinatensystem erzeugt um die Koordinaten der Anker zu bestimmen. Die Nachfolgende ~~Abbildung 2~~ Das Koordinatensystem beschreibt nun diese Darstellung.		Ausgehend von der Abbildung „Positionierung der Anker“, wird nun ein Koordinatensystem erzeugt um die Koordinaten der Anker zu bestimmen. Die Nachfolgende "Das Koordinatensystem" beschreibt nun diese Darstellung.
	[[Datei: Koordinatensystem.jpg\|300px\|thumb\|left\|Koordinatensystem]]		[[Datei: Koordinatensystem.jpg\|300px\|thumb\|left\|Koordinatensystem]]