Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова

Департамент электронной инженерии

Выпускная квалификационная работа

Разработка системы внутренней навигации

Уланов Александр Наранович

Москва 2019



Аннотация

В данной работе будет рассмотрена разработка системы внутренней навигации на основе Android приложения и маяка Bluetooth на базе микропроцессора nRF52832. Будет произведен анализ принципиальной электрической схемы маяка и его технической документации с целью улучшения его работы. На основе измененной схемы будет производиться разработка топология печатной платы. Android приложение будет создаваться в среде разработки Android Studio на языке программирования Java.

In this paper, we consider the development of the Indoor Navigation System by using the Android application and the Bluetooth beacon based on the nRF52832 microprocessor. The analysis of the electrical circuit of the beacon and its technical documentation will be made in order to improve its operation. The topology of the printed circuit board will be developed based on the modified scheme. Android application will be created in the Android Studio development environment by the Java programming language.



Содержание

Введение

1. Анализ существующих систем навигации

1.1 Обзор и анализ предметной области

1.2 Постановка задачи

2. Разработка маяка Bluetooth

2.1 Структурная схема маяка

2.2 Bluetooth чип nRF52832

2.3 Принципиальная электрическая схема маяка

2.4 Стабилизатор напряжения

2.5 Усилитель мощности сигнала

2.6 PCB антенна

2.7 Разработка топологии маяка

3. Передача данных от маяка

4. Android приложение

4.1 Создание приложения

4.2 Интерфейс приложения

5. Экспериментальная часть

5.1 Проведение замеров

5.2 Испытание прототипа

Заключение

Список литературы



Введение

В современном мире спутниковые системы покрывают большую часть планеты, делая возможным навигацию в открытом пространстве. Однако использование такой системы для зданий, ввиду особенностей их конструкции, становиться затруднительным. В нынешняя навигация в зданиях имеет тот же характер, что и более полувека назад - указательные стрелки и карта на стене. Возможно, это удовлетворительно для малых зданий, например, жилые дома, однако для стадионов или многоэтажных торговых центров этого недостаточно.

Множество инженеров-интеграторов могут столкнуться с проблемой навигации, когда монтажные работы производятся в массивных зданиях, таких как спортивные арены или многоэтажные учебные, торговые центры. Большое количество бетонных стен сильно снижало уровень мобильного сигнала, тем самым, даже если здание огромно, делало невозможным использование GPS, а при перемещении в технических помещениях и коридорах полностью не пропускало сигнал.

В данной работе в 1 главе рассмотрены существующие системы внутренней навигации, их преимущества и недостатки. Далее во 2-ой главе описывается разработка маяка Bluetooth, анализ его электрической схемы и способы модернизации, а также разработка топологии нового маяка. В 3-ей главе рассказаны особенности работы маяка - передаваемый пакет с данными. В 4-ой главе описано Android приложение и карта, созданные для работы с маяками, чьей задачей является определение местоположения пользователя. 5-ая глава содержит в себе экспериментальную часть и прототип системы.



1. Анализ существующих систем навигации

1.1 Обзор и анализ предметной области

Существуют несколько способов систем внутренней навигации [6]:

Системы спутниковой навигации значительно используются в наше время для определения местоположения в открытом пространстве. Также их можно использовать там, где периодически появляется сигнал, например пользователь вошел в подвальное помещение с одного входа, а вышел с другого. Но если пользователь постоянно находится в здании, даже если если это здание огромно, ввиду особенностей построения (сильное затухание сигнала из-за железобетонных конструкций) данный метод неэффективен. Яркими примерами данной системы является Google Maps, ЯндексКарты.

Рисунок 1 - Карта Google

Навигация по Wi-Fi сети, с одной стороны, является самым малозатратным способом, так как для ее реализации используется ранее созданная сеть. Алгоритм определения местоположения, следующий: при подключении к Wi-Fi сети, определяется MAC-адрес точки доступа, далее этот адрес проверяется в базе данных, там узнается название места, в котором эта точка доступа расположена, а значит и местоположение пользователя. Однако этот способ имеет очень большую погрешность (может достигать до 25 метров и более, т. е. радиус действия Wi-Fi сети точки доступа) и абсолютно неточен в том случае, если точка была заменена или переставлена без изменений в базе данных. Увеличить точность навигации можно лишь увеличив количество точек доступа, что приведет к значительному увеличению стоимости такой системы, а также сделает ее нерентабельной. Примерами этой системы могут быть продукты таких компаний как Global Hotspot [12] и Alter Geo [11].

Рисунок 2 - Global Hotspot навигация по Wi-Fi

Самый малозатратный способ навигации в здании - это использование Quick Response Code. По периметру, на стенах или колоннах, расположены распечатанные листы с QR кодом. Пользователь сканирует этот код, а ранее установленное приложение на смартфоне определяет местоположение с высокой точностью до 1 метра. Хотя стоит заметить, что данный метод не в последнюю очередь зависит от внимательности клиента, т. е. от человеческого фактора. В переполненном здании весьма трудно увидеть небольшой листок с распечаткой.



Рисунок 3 - QR код «Sentinel»

К сожалению, в России отсутствуют компании по создании систем позиционирования на основе QR кода. Как правило, данный способ используется только внутри компании, т. е. если организация захочет облегчить перемещение по зданию, то она может дать разрешение на создание такой системы для сотрудников, но очень маловероятно на продажу.

1.2 Постановка задачи

Таким образом, использование Bluetooth маяков дает куда меньшую погрешность при использовании их в большом количестве, тем более если они имеют низкую себестоимость (от 2 $ до 10 $ за 1 шт.). А благодаря приложению на мобильные платформы, пользователю не нужно ничего искать. Ему достаточно активировать сервис Bluetooth на своем телефоне и запустить приложение, далее программа самостоятельно определит его местоположение.



Рисунок 4 - Решение компании Indoors Navigation

Примером Bluetooth навигации может служить российская компания Indoors Navigation [13].

Целью данной работы является обеспечение навигации в здании. Для этого поставлены следующие задачи:

1. Анализ существующих систем навигации

2. Анализ принципиальной электрической схемы маяка Bluetooth

3. Разработка принципиальной электрической схемы стабилизатора напряжения и усилителя сигнала

4. Разработка принципиальной схемы маяка с дополнительными элементами

5. Разработка топологии печатной платы маяка

6. Разработка Android приложения и карты навигации

7. Создание прототипа и проведение экспериментов



2. Разработка маяка Bluetooth

2.1 Структурная схема маяка

Рисунок 5 - Структурная схема маяка

Маяк будет состоять из следующих основных частей (см. Рисунок 5).

За основу был взят чип nRF52832. Его полное описание можно рассмотреть в пункте 2.2. Для улучшения работы маяка было решено использовать понижающий стабилизатор напряжения LM317, так как батарея быстро разряжается при передаче сигнала на максимальном уровне мощности, тем самым маяк можно питать при помощи блока питания на 12 В. Усилитель BGA2714 был использован для увеличения уровня мощности передаваемого сигнала. В качестве излучающего устройства была использована PCB антенна, более дешевый и простой вариант, чем SMD антенны. Поэтому разработка такого маяка позволит использовать его в качестве мощного передающего устройства, по которому будет производиться навигация в здании.

2.2 Bluetooth чип nRF52832

Чип nRF52832 [3] относится к Bluetooth Low Energy устройствам на базе процессора ARM Cortex M4 с рабочей частотой 64 МГц. Данный чип используется для рассылки пакетов с данными на частоте 2,4 ГГц. В работе был использован микропроцессор nRF52832-QFAA, его характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры чипа nRF52832

Характеристика	Значение	Размерность
Напряжение питания	от 1,7 до 3,6, рекомендуемое 3	В
Ток питания	DC 1,6	мкА
Ток потребления для антенны с встроенным регулятором DC/DC при напряжении питания 3 В	При максимальной мощности 7,5	мА
Диапазон рабочих температур	от -40 до +85, рекомендуемое +25	ОС
Объем оперативной памяти	64	кБ
Объем флеш-памяти	512	кБ
Количество выводов	48	-
Размер	6х6	мм

Рисунок 6 - Bluetooth nRF52832 в оболочке QFN48

Таблица 2 - Обозначение выводов чипа nRF52832

Обозначение вывода	Описание
DEC1 - DEC4	Регуляторы питания
VDD	Питание
VSS	Земля
NFC1 - NFC2	Подключение NFC антенны
XL1 - XL2	Подключение дополнительного генератора с частотой 32,768 кГц, используется для отсчета времени
XC1 - XC2	Подключение основного генератора с частотой 32 МГц, используется для отсчета времени
SWDIO, SWDCLK	Основные выводы, используемые при программировании
ANT	Выход к антенне
GPIO	Дополнительные выводы для подключения различных интерфейсов

2.3 Принципиальная электрическая схема маяка

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема маяка

Данная электрическая схема была предоставлена производителем. На ней можно заметить следующие элементы: два кварцевых генератора на 32,768 кГц (Х2) и 32 МГц (Х1), которые используются для расчета времени; L3, L2 и С10 образуют встроенный автоматический регулятор постоянного тока.

Следующей задачей было упрощение схемы маяка Bluetooth c добавлением дополнительных элементов, улучшающих работу системы. Первым этапом станет удаление кварцевого генератора на 32,768 кГц, так как данная часть схемы является опциональной и используется для повышения точности отсчета времени, однако в моем случае, когда маяк используется только для позиционирования, данный элемент является излишним.

2.4 Стабилизатор напряжения

Схема маяка питается от батареи в 3 В, однако в случае, когда маяк запрограммирован на максимальную мощность передачи сигнала, батарея быстро разряжается. Поэтому было решено использовать блок питания DC 12 В, а в самой схеме маяка поставить понижающий стабилизатор напряжения с 12 В до 3 В на базе регулятора LM317 [4].

Рисунок 10 - LM317 в оболочке D2PAK CASE 936. 1 - Adjust, 2 - Vout, 3 - Vin

Рисунок 9 - Схема подключения LM317

Используя формулу:



,

где Iadj примерно равен 50 мкА

рассчитаем значение R2 так, чтобы Vout был равен 3 В. В итоге R2 равен 330 Ом.

В схеме данная часть выглядит следующим образом:

Рисунок 10 - LM317 в общей схеме маяка.

Также в эту часть схемы был вставлен фильтр в виде конденсатора на 0,1 мкФ. Задача фильтра - устранить помехи идущие от блока питания, вызванные выпрямлением напряжения. Параметры элементов расписаны в пункте 2.7 в Таблице 6.

2.5 Усилитель мощности сигнала

Этот маяк в своей работе имеет недостаток по мощности передаваемого сигнала и, как следствие, сильное затухание на расстоянии более 10 - 15 метров. Для решения этой задачи была собрана схема усилителя сигнала на базе широкополосного усилителя BGA2714 [5] в оболочке SOT363. Ниже рассмотрены его параметры и характеристики.

Рисунок 11 - Оболочка и символ в электрической схеме операционного усилителя BGA2714

Таблица 3 - Описание выводов усилителя BGA2714

Номер вывода	Описание
1	Vsup - питание
2, 4, 5	GND - земля
3	RF_out - выход
6	RF_in - вход

Таблица 4 - Параметры усилителя BGA2714

Символ	Параметр	MIN	MAX	Размерность
Vsup	Напряжение питания	-	4	В
Isup	Ток потребления	-	100	мА
Ptot	Полная рассеиваемая мощность	-	200	мВт
Tstg	Температура хранения	-60	+150	ОС
Pdrive	Мощность усиления	-	-20	дБ

Таблица 5 - Усиление мощности передаваемого сигнала

Частота	MIN, дБ	TYP, дБ	MAX, дБ
100 МГц	20	20,8	21
250 МГц	20	20,7	21
950 МГц	20	20,4	21
2150 МГц	20	20,8	22
2500 МГц	19	19,5	21
3000 МГц	16	16,8	18



Рисунок 12 - График усиления мощности

Из этих данных можно сделать вывод, что устройство на частоте 2,4 ГГц может дает усиление от 19 до 21 дБ.

Схему этого усилителя можно рассмотреть ниже.

Рисунок 13 - Электрическая схема усилителя сигнала BGA2714

Конденсаторы С12 и С13 на 100 пФ необходимы для согласования 50 Ом антенны. Параметры элементов расписаны в пункте 2.7 в Таблице 6.



2.6 PCB антенна

Использование PCB-антенны, т. е. напечатанная на плате антенна в виде медной дорожки, обосновано низкой стоимостью и простотой конструкции по сравнению с SMD керамическими антеннами, пусть и занимают больше места на плате. Однако затраты на площадь для печати PCB-антенны гораздо ниже, чем стоимость SMD-антенны.

Рисунок 14 - Геометрические размеры PCB-антенны 50 Ом [2]

Рисунок 15 - Диаграмма направленности антенны. 3D модель [2]



2.7 Разработка топологии маяка

Рисунок 16 - Полная принципиальная электрическая схема маяка Bluetooth c стабилизатором напряжения и усилителем мощности сигнала

Используя все ранее разработанные принципиальные схемы усилителя, стабилизатора и схема маяка от производителя, была разработана полная электрическая схема модернизированного маяка Bluetooth (см. Рисунок 16).

Следующим этапом работы, была разработка топологии. Для этого нужно было составить элементную базу и выбрать соответствующие параметры платы [1]. спутниковый навигация печатный плата

Параметры печатной платы:

· Стеклотекстолит фольгированный ГОСТ 10316-70, СФ-1-35

· Толщина печатной платы 1.5 мм

· Толщина фольги 40 мкм

· Эпоксидно-уретановый лак УР-231-ВТУ ГИПИ-4 № 366-62

· Минимальная ширина проводников и расстояние между ними 6 мил - 0,1524 мм. Ширина шины питания 16 мил - 0,4064 мм

· Расстояние между проводником и краем платы 40 мил - 1,016 мм

· Минимальный диаметр отверстия 0,35 мм. Диаметр крепежного отверстия 3 мм

· Геометрические размеры платы 29х41х1,58 мм

Таблица 6 - Элементная база

Элемент	Значение	Описание	Упаковка
C1, C2, С15, C16	12 пФ	Конденсатор, NPO, ±2%	0402
C3	0,8 пФ	Конденсатор, NPO, ±5%	0402
C4, C5, C8	100 нФ	Конденсатор, NPO, ±10%	0402
C7	100 пФ	Конденсатор, NPO, ±5%	0402
С9	4,7 мкФ	Конденсатор, X5R, ±10%	0603
C10	1,0 мкФ	Конденсатор, X7R, ±10%	0603
С11	22 нФ	Конденсатор, X7R, ±10%	0805

Таблица 6 - Элементная база. Продолжение

Элемент	Значение	Описание	Упаковка
С12, С13	100 пФ	Конденсатор, NPO, ±5%	0805
C14	0,1 мкФ	Конденсатор, X7R, ±10%	0603
L1	3,9 нГн	Высокочастотная катушка индуктивности ±5%	0402
L2	10 мкГн	Катушка индуктивности, мин. ток = 50 мА, ±20%	0603
L3	15 нГн	Высокочастотная катушка индуктивности ±5%	0402
X1	32 МГц	Кварцевый генератор, XTAL SMD 2016, 32 МГц, Cl = 8 пФ, Total Tol: ±40ppm	XTAL_2016
R1	240 Ом	Резистор WSC0001 ±1 %	2515
R2	330 Ом	Резистор WSC0001 ±1 %	2515
IC1		Стабилизатор напряжения LM317BD2T	D2PAK
U1		Микропроцессор nRF52832	QFN48
U2		Усилитель мощности сигнала BGA2714	SOT363
SL1		Коннектор Amp quick connector M05	05P



После того, как были подобраны элементная база и параметры печатной платы, производилась разработка топологии в программе EagleCAD на основе принципиальной электрической схемы на рисунке 11.

Рисунок 17 - Топология печатной платы с PCB-антенной. Полная схема

Все элементы располагались как можно ближе друг к другу, чтобы сделать плату с меньшими размерами. Разводка проводилась вручную, так как автоматический способ создавал большое количество ненужных металлизированных отверстий. Все пустое пространство было залито медью для создания большой шины земли, кроме области, где расположена PCB антенна. Основные выводы, такие как питание VCC +12 В, GND и для загрузки прошивки VSUP +3 В, SWDIO и SWDCLK, были выведены на коннектор SL1, к которому можно подключить соответствующие провода. В углах платы были созданы металлизированные отверстия для крепления к корпусу.

Рисунок 18 - Топология печатной платы с PCB-антенной. Верхняя часть

Рисунок 19 - Топология печатной платы с PCB-антенной. Нижняя часть



3. Передача данных от маяка

Маяки Bluetooth будут работать следующим образом - в определенной области устанавливаются маяки, чьи координаты нам известны [6, 7]. Через определенные моменты времени они передают свой идентификационный код, который используется для определения местоположение этого маяка, а уровень показателя принимаемого сигнала позволяет определить удаленность от этой точки. Дальность действия маяков этой серии составляет до 10 метров, а периодичность (от 100 мс до 10 с) задается при настройке.

Рисунок 20 - Общая структура пакета Bluetooth

На рисунке 20 показана структура пакета с данными [6, 7]. Preamble (Преамбула) - используется для синхронизации в приемнике и так как пакет широковещательный это значение равно 0хАА. Access Address (Адрес доступа) также фиксирован для широковещательного пакета и равен 0х8E89BED6. CRC (Cyclic redundancy check - Циклический избыточный код) используется для проверки целостности пакета с данными.

Однако в данном случае необходимо рассмотреть полезную нагрузку пакета - PDU (Protocol Data Unit). Header (Заголовок) описывает тип пакета и назначение устройства. MAC address - уникальны идентификатор любой единицы оборудования. Фрагмент Data описан ниже.



Рисунок 21 - Набор передаваемых данных

Маяк с определенным периодом передает один и тот же набор данных.

Преамбула или префикс пакета позволяет определить, что данный набор принадлежит маяку Bluetooth. Почти всегда он равен 4с000215. Размер преамбулы составляет 4 байта.

Proximity UUID обозначает идентификационный номер группы маяков. Это позволяет отличить одну большую группу от другой. Например, все маяки в здании имеют одинаковый UUID, мы будем знать, что эти маяки принадлежат нам. Размер составляет 16 байт.

Мажор позволяет выделить в большой группе подгруппу маяков (2 байта). Например, мажор может отвечать за номер этажа, где расположена данная подгруппа.

Минор позволяет определить в маяк в подгруппе (2 байта). Тем самым, при помощи использования UUID, мажора и минора идентифицируется один маяк. Например, комната на этаже.

TX Power или K - это эталонное значение уровня мощности сигнала на 1 метр. Данное значение задается самим производителем. Благодаря этому параметру вычисляется расстояние до маяка. Также используется RSSI (Received Signal Strength Indicator) - уровень принимаемого сигнала, который вычисляется самим устройством, в нашем случае смартфоном. Используются следующие условия:

Если RSSI равен нулю, то определить расстояние невозможно.

Если отношение , то расстояние Н равно , иначе



.

Однако стоит заметить, что определение расстояния, даже в условиях прямой видимости маяка, не всегда точно ввиду таких факторов как диаграмма направленности маяка, помехи, экранирующие или отражающие объекты. В результате показатель RSSI непрерывно меняется. Поэтому данный параметр усредняется.

При настройке маяка можно задать периодичность сигнала, а именно установить самый минимальный по длительности период, тем самым увеличив количество принимаемых пакетов за одно сканирование телефоном. Этот параметр напрямую влияет на заряд батареи, однако в нашем случае питание идет от сети. Далее высчитывается среднее значение RSSI для каждого маяка и выбираются три самых больших по значению. После на 2D плоскости идет расчет расстояний до 3-х точек (маяки с самым сильным RSSI) и определение местоположения пользователя. Тем не менее, использование даже такого метода не дает высокую точность, как правило, погрешность составляет около 3-х метров, но этого вполне достаточно, если речь идет о небольших комнатах или об аудиториях.



4. Android приложение

4.1 Создание приложения

AndroidManifest.xml - это файл, отвечающий за доступ к элементам смартфона. Например, камера. В нашем случае это будут необходимые команды на разрешение использования Bluetooth [8].

Рисунок 22 - Команда user-premission

Используя команду user-premission, дается разрешение приложению Android на использование Bluetooth сервисов.

Рисунок 23 - Основные файлы программы

Также в манифесте описываются основные файлы приложения, такие как MainActivity, BTReciver, BService. MainActivity отвечает за запуск и работу приложения. BTReceiver необходим для мониторинга состояния Bluetooth в смартфоне. BService - файл отвечающий за поиск маяков Bluetooth.



Рисунок 24 - Код файла MainActivity

Этот файл отвечает за запуск приложения. При его включении он обрабатывает команду отправки события на включение следующего файла приложения - BTReceiver.

Рисунок 25 - Код файла BTReciver

В этой файле идет работа с двумя действиями - включение и выключение Bluetooth. В зависимости от состояния работы Bluetooth, отправляется соответствующий запрос на работу следующего файла BService. BService - это файл, содержащий в себе поток, который ищет маяки Bluetooth.

Рисунок 26 - Создание потока



Рисунок 27.1 - Код файла BService

Здесь создаются экземпляры BluetoothAdapter и BluetoothLeScanner, которые необходимы для поиска маяков. Объект BluetoothAdapter - это устройство Bluetooth на нашем телефоне. Объект BluetoothLeScanner отвечает за поиск BLE устройств.

Рисунок 27.2 - Код файла BService

После обнаружения устройства Bluetooth, т. е. маяка, будет использована функция обратного вызова (CallBack - передача исполняемого кода в качестве одного из параметров другого кода). Полученные данные будут записаны в строку - адрес устройства, RSSI (показатель уровня принимаемого сигнала) и имя устройства соответственно. Поиск будет повторяться снова, пока не будет остановлен пользователем.



4.2 Интерфейс приложения

Рисунок 28 - Интерфейс программы

Это первоначальный вид интерфейса программы. Информация о маяках будет приходить в качестве уведомлений. Далее планируется установка карты в данное приложение [9].

Рисунок 29 - Карта навигации на примере Кунцево Плаза

Была разработана карта навигации в помещении на основе онлайн платформы mapwize [10]. Навигация происходит следующим образом: на карте выбирается местонахождение пользователя, после выбирается пункт назначения, и программа строит маршрут между этими двумя точками. Карта представлена в виде сетки с точками, на которой создаются полигоны, т. е. комнаты, коридоры, залы и т. д. Также программа выводит длину маршрута и примерное время в пути.

Маяки Bluetooth будут привязаны к сетке на этой карте. У каждого маяка имеется свой идентификационный номер, который уже разработанное приложение может определить. Тем самым пользователь может определить свое местоположение на карте. Каждый полигон будет иметь 1 или более маяков в зависимости от размеров полигона.



5. Экспериментальная часть

5.1 Проведение замеров

Испытание прототипа навигационной системы проводилось при помощи маяка Bluetooth W908N на базе микропроцессора nRF51822 [14].

Рисунок 30 - Bluetooth маяк W908N

Ниже в таблице описаны его технические характеристики.

Таблица 7 - Технические характеристики маяка

Параметр	Описание
Прошивка	Eddystone/iBeacon
Батарея	CR2477 3.0 В
Ток питания	мин. 100 мкА, зависит от настроек работы маяка
Напряжение питания	от 2.0 до 3.6 В
Рабочая частота	2.4 ГГц
Мощность сигнала	от - 40 дБ до + 4 дБ
Антенна	50 Ом PCB антенна
Дальность	от 50 до 100 метров
Размеры	83х58х33 мм



После настройки маяка через специальное приложение для конфигурирования LightBlue, были проведены замеры сигнала при помощи приложения Beacon Scanner. Были установлены максимальные значения для мощности сигнала +4 Дб и частоты отправки сообщений 0.1 секунда. К сожалению, программа не совсем верно определяет расстояние до маяка. Замеры проводились в коридорах общежития ВШЭ «Дубки», т. е. зона c сетью Wi-Fi.

1. Замер на расстоянии до 5 метров

Рисунок 31 - Замер RSSI до 5 метров

Приложение показывало RSSI (Уровень принимаемого сигнала) равным от -75 дБ до -40 дБ исключая пиковые значения, в среднем выдавая около -60 дБ. Это соответствует нормальному уровню принимаемого сигнала в зданиях [15].

2. Замер на расстоянии от 5 до 10 метров



Рисунок 32 - Замер RSSI от 5 до 10 метров

На расстоянии от 5 до 10 метров RSSI принимает значения от -84 дБ до -69 дБ, в среднем колеблется около -80 дБ. Тем самым давая вполне приемлемый уровень сигнала.

3. Замер на расстоянии от 10 метров и выше

При замерах на расстоянии равном 10 - 15 метров, RSSI принимало значение от -93 до -87 дБ. Если же дистанция превышает 15 метров, то уровень сигнала становиться равным менее -95 дБ и появляются задержки, около 1 - 2 секунды.

В итоге, как сказано в паспорте устройства [14], маяк в открытом пространстве может иметь дальность действия сигнала более 50 метров, но при этом иметь очень низкий RSSI. А в закрытом пространстве эффективная дальность действия падает до 5 - 10 метров. Поэтому установка усилителя сигнала необходима, для увеличения области действия маяка.



Рисунок 33 - Замер RSSI от 10 метров

5.2 Испытание прототипа

Данные маяки могут быть настроены для передачи ссылки. Это возможно благодаря протоколу Eddystone. Протокол Eddyston был создан Google в 2015 году. Этот стандарт, в отличие от iBeacon (от Apple), поддерживается устройствами на базе любых операционных систем.

При помощи приложения LightBlue, которое упоминалось ранее, можно настроить маяк для передачи ссылки Eddystone-URL. В пункте 4.2 было написано о разработке онлайн карты навигации

Однако эта ссылка очень большая, так как Eddystone-URL способен передать ссылку размером до 20 байт, поэтому ее нужно сократить при помощи любого онлайн сервиса.

Далее сокращенная ссылка переводится в 16-ый формат и загружается в маяк. Ее можно видеть в любом приложении для работы с маяками (см. Рисунок 33, внизу по середине). Если нажать на ссылку, то откроется карта с навигацией по зданию.

Назовем маяк H&M. Откроем карту и найдем этот магазин:

Рисунок 34 - Испытание прототипа

Далее выбираем место, куда нужно добраться и смотрим маршрут:

Рисунок 35 - Построение маршрута



Заключение

В рамках данной работы была выполнена поставленная цель - обеспечение навигации внутри здания. Для этого была рассмотрена разработка системы внутренней навигации на основе маяка Bluetooth и Android приложения. Были выполнены поставленные задачи, такие как анализ существующих систем навигации, разработка топологии маяка, создание приложения и карты.

Такая система может применяться к любым типам зданий, так как будет зависеть лишь от количества используемых маяков и настроек карты. Улучшенные маяки не будут зависеть от батареи и имеют более высокую выходную мощность по сравнении с оригиналом. Благодаря приложению, участие пользователя в определении его местоположения сведено к минимуму, а понятный интерфейс с интуитивным управлением не станет дополнительной преградой при использовании.



Список литературы

1. Проектирование функционального узла электронной аппаратуры на печатной плате. Методические указания и задания к курсовому проекту по дисциплине «Основы проектирования электронных средств». Часть II. Методические указания. / Моск. ин-т электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики». Сост. Л.Н. Кечиев. М., 2012. - 28 с.

Размещено на Allbest.ru

...