Utveckling och implementering av ettpositioneringssystem för inomhusbruksom kan användas för styrning av belysning

• Main Author: Nilsson, Rickard
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2012
• Subjects: smart lighting
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-103813

SammanfattningDetta examensarbete behandlar ett ämne det forskats mycket på de senaste åren, positioneringinomhus. Utomhus är GPS standard men för positionering inomhus finns det än så länge ingenstandard. Syftet med lokaliseringssystemet som utvecklats i detta projekt är att lokaliserapersoner och andra föremål i rörelse i kontorsliknande miljöer. För ett sådant system finns mångamöjliga användningsområden. Ett av dessa är styrning av belysning.Inledningsvis gjordes en litteraturstudie vars syfte var att undersöka vilka teknologier samtmetoder som finns tillgängliga för positionering av personer och objekt inomhus. En mängdolika teknologier hittades. Många valdes bort då de inte uppfyllde de krav som ställts påkomplexitet, pris samt energiförbrukning. Ett system baserat på radiosignaler valdes,huvudsakligen för att hårdvaran fanns tillgänglig och för att ingen annan teknologi evalueradestill att vara bättre än ett radiobaserat system. Det system som utvecklats använderradiosignalernas styrka, mätt mellan den portabla enhet som ska positioneras samt noder medfast position placerade i taket. Dessa enheter är utvecklade för användning i sensornätverk.Nätverket använder sig av protokollet 802.15.4e. Detta är en standard utvecklad för enheter medlåg energiförbrukning och bandbredd.För ett positioneringssystem baserat på radiosignaler finns två nyckelfaktorer: radiosignalernasbeteende i olika situationer och vid användning av olika antenner samt valet avpositioneringsalgoritm som används för att beräkna en position utifrån tillgänglig data. Denförstnämnda faktorn har noga undersökts genom analys av sambandet mellan radiosignalersstyrka och avstånd. Denna analys har visat att mängden interferens från andra enheter samtanvänd antenntyp i stor utsträckning påverkar detta samband.Det positioneringssystem som implementerats har testats för olika förhållanden och parametrar.De huvudparametrar som varierats är antenntyp, typ av kalibreringssystem för förhållandetmellan signalstyrka och avstånd, mängd radiotrafik från andra enheter, positioneringsalgoritmsamt filtrering. När fyra noder med fast position och cirkulärpolariserade antenner användsuppnås en noggrannhet på 1,7 m som tack vare dessa antenner inte påverkas nämvärt av miljönomkring. Denna noggrannhet kan med stor sannolikhet förbättras om fler noder samt en bättreanpassad filtreringsmetod används. Det arbete som presenteras i denna rapport har godaförutsättningar att bli grunden till ett kommersiellt system riktat både till företag ochprivatpersoner. === AbstractThis Master thesis treats a subject in which a lot of research has been carried out during the lastcouple of years: indoor positioning. Outdoors GPS has been a standard for a long time but thereis still no standard available for indoor positioning. The purpose of the positioning systemdeveloped during this project is to localize humans and other moving objects inside officebuildings, with many potential applications including light control.A literature study with the purpose to investigate what different technologies that could possiblybe used for this positioning system has been conducted. Many technologies met needs from afunctionality point of view but cost, complexity and power consumption filtered out most ofthem. A radio signal based system was chosen mainly because the required hardware wasavailable and no technology was evaluated to be able to out-perform a radio signal based system.The positioning system that has been developed uses the signal strength of the radio link betweena portable device and a number of devices fixed in the ceiling. These devices are developed forbeing used in a sensor network and they use the 802.15.4e protocol. This is a standard that hasbeen developed for low power devices that do not demand a high bandwidth.In a positioning system based on radio signals there are two key factors. These are the behaviorof the radio signals and antennas in different environments and also the algorithm used tocalculate the position from the information available. Regarding the first factor, dependenciesbetween signal strength and distance have been thoroughly analyzed. Tests show that the antennatype used and the amount of interference caused by other electronic devices significantlyinfluence this dependency.The implemented positioning system has been tested under various circumstances. The mainones are antenna type, calibration of the relation between signal strength and distance, amount ofradio traffic from other devices, positioning algorithm and filtering. When four fixed devices andcircularly polarized antennas are used an accuracy of 1.7 m is achievable. This accuracy could befurther improved if more fixed devices and a better filtering method are used. The usage ofcircularly polarized antenna makes the accuracy less dependent on the environment. Workpresented in this report is a good foundation for a system that later could be released as acommercial system available both for companies and private individuals.