BG66800B1 - Метод и система за локализация и навигация в затворени помещения - Google Patents

Abstract

Методът и системата за локализация и навигация в закрити помещения са приложими в бита, промишлеността, здравеопазването при навигация и локализация на хора в неравностойно положение. Чрез него се постига универсално приложение, повишена надеждност и сигурност, при повишена точност и високо бързодействие. Системата се състои от датчик (1) за излъчване на ултразвуков сигнал, разположен върху обекта на навигация, като срещу него е разположен приемник (2), обработващ ултразвуковия сигнал и чрез Интернат Wi-Fi мрежа се предава на компютър (11), който чрез RF връзка предава координатите на датчика (1). Датчикът има бутон (1.4), свързан през блок памет (1.5) към предавателя.

Description

Област на приложение

Методът и системата за локализация и навигация в затворени помещения намира приложение в административни и обществени сгради като складови помещения, молове, болнични заведения, посещавани от обикновени и незрящи хора.

Предшестващо състояние на техниката

Използването на ултразвукови вълни за измерване на разстояние е добре познато в техниката. По принцип ултразвукова вълна се предава от фиксирана единица, сензор, свързан с даден обект, към който трябва да се измерва разстоянието. Алтернативно вълна може да се предава от обекта и получени при фиксирана единица. Време на ултразвукова вълна, което се измерва за връщането се използва за определяне на разстоянието между фиксирана единица и обекта, според известни звукова скорост в околната среда на обекта.

Един от проблемите с ултразвук за навигация и локализиране е скоростта на бавно разпространение на ултразвукови вълни и следователно ниска честота на опресняване.

Известна е система, която има повишена честота на опресняване на системи за проследяване чрез измерване на разстоянието между датчиците и фиксирани единици въз основа на фазово отместване на предаваните ултразвукови вълни, а не според времето за разпространението на вълните. Системата е насочена към навигация, локализация и ориентиране на само един обект, който има радиочестотна връзка към системата за следене. Системата на известното устройство не е в състояние на локализиране на повече от един обект, тъй като тя определя разстоянието на обекта от фиксирана единица на базата на само един датчик. Позициите на другите датчици се определят спрямо този датчик /1/.

Характерно за известната система е сложността и неточността при локализация и навигация на обекти в затворено помещение.

Известна е система за триизмерно преместване на тяло с компютърен интерфейс, тя работи по следния метод. В тази система честотата на опресняване е засилено чрез последователно предаване вълни на плурализма на различни честоти към проследявания обект. Така че е възможно да се предават на друга вълна, преди предишната вълна да е пристигнала в целта. Системата също така предлага използването на допълнително, четвърто, фиксирана единица за да преодолее моментно препятствия в пътя на ултразвукови вълни и осигурява допълнителни данни за откриването на очевидни грешки.

Тя се състои от предавателен блок, в който има бутон, единият край на който е свързан към маса. Изходът на бутона е свързан към миксер, вторият вход на който е свързан към микрофон. Изходът на миксера е свързан към радиопредавател. Този блок се поставя на водимия обект.

Приемният блок съдържа първи микропроцесор, свързан през конвертор усилвател, цифров контролер за управление на ключове, а всеки ключ е свързан със съответен говорител. Първият микропроцесор е свързан през AMD конвертор, предусилвател към радиоприемник. Първият микропроцесор е свързан и през DSP конвертор двупосочно чрез магистрална шина към компютър, който има монитори. Елементите, от които е изградена платката за водимия обект могат да бъдат разположени и при компютъра на превозното средство, ако се води такова /2/.

Характерно за гореспоменатите системи имат ограничена зона, в която обектите могат да бъдат проследени. В повечето от тези системи скоростта на обновяване зависи от диаметъра на района, в който обектът се проследява. Колкото по-голяма площ, по-ниската скорост на опресняване, тъй като вълните трябва да се разпространи по-дълги разстояния. За да се предотврати проследяване на грешки, обикновено не е възможно да се предават на друга вълна на същата честота преди предишната вълна е размножен по цялата дължина на проследената област.

Известен е метод и комуникационна система, които се използват за локализиране на обекти в склад. За да се определи разстояние, между локатор и обекта по безпрепятствени пътеки, се определя съгласно размножаване времето на ултразвукова вълна.

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.1/15.01.2019

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде метод и система за локализация и навигация в затворени помещения с универсално приложение, повишена надеждност и сигурност, при повишена точност и високо бързодействие.

Тази задача е решена чрез метод за локализация и навигация в затворени помещения, при който от предавателния блок се излъчват ултразвукови сигнали и те се предават за определяне на разстоянието, изчислява се посока и скорост на движение и получените сигнали се връщат на датчика. Методът се отличава от известните по това, че в стартов момент на излъчване на ултразвуковия сигнал се започва да се отчита времето за приемане на ултразвуковия сигнал от приемник, в който от амплитудата на приетия сигнал се определя разстоянието, а от първата производна се определя скоростта на движение и се изпраща на компютър за определяне на параметрите на движение и се изработва кодов сигнал за движение, като за един канал времетраенето за избирателната последователност е от 1 до 10 ms.

Тази задача е решена чрез система за локализация и навигация в затворени помещения, състояща се от компютър, предавателен блок с генератор на ултразвукови сигнали, разположен на водения обект, а в помещенията са разположени приемни блокове, свързани чрез радиочестотна връзка с компютъра и с източник на захранващо напрежение. Бутон, генератор на ултразвукови сигнали, високоговорител и радиопредавател радиоприемник. Високоговорителят в предавателния блок, е свързан с първия вход на радиоприемника и входящ блок с чувствителен сензор, който е свързан към първия вход на бутона, вторият вход на който е свързан с първа памет. Изходът на бутона е свързан към втора памет, чийто втори вход е свързан с втория изход на радиоприемника. Генераторът на ултразвукови сигнали е свързан към високоговорителя. Единият край на източника на напрежение е свързан към високоговорителя, радиоприемника, входящият блок с чувствителен сензор, бутона, първата и втората памет. Предавателният блок е ориентиран срещу съответен насрещен приемен блок. В приемния блок има ултразвуков приемник, свързан през блока за анализ на амплитудата и скоростта на нарастване на ултразвуковия сигнал към радиопредавател. Единият извод на източника на захранващото напрежение е свързан към ултразвуковия приемник, блока за анализ на амплитудата и скоростта на нарастване на ултразвуковия сигнал и към радиопредавател. Вторият извод на източника на напрежение е свързан към маса. В коридора, във всекидневната стая, в хола, в залата за лекции, в спалните, в медицинския център са закрепени приемни блокове. Компютърът е разположен извън помещенията. Обектите за локализация и навигация са обединени в групи до десет обекта, образуващи групи за контрол и групите са най-малко една.

Предимства на метода и системата за локализация и навигация в затворени помещения е високото бързодействие, повишената точност, намаления брой на елементи довеждат до повишена надеждност и сигурност, както и за подобряване на реакциите при критични ситуации и инциденти.

Пояснение на приложените фигури

Едно примерно изпълнение на системата за локализация и навигация в затворени помещения е показано на приложените фигури, където:

фигура 1 представлява принципна схема на помещение, в което е разположена системата за локализация и навигация;

фигура 2 - блокова схема на системата за локализация и навигация в затворени помещения;

фигура 3 - принципна схема на свързване на няколко помещения със съответните система за локализация и навигация в затворени помещения;

фигура 4 - блокова схема на предавателния блок;

фигура 5 - блокова схема на приемния блок.

Примери за изпълнение на изобретението

Системата за локализация и навигация в затворени помещения има предавателен блок 1, който се закрепва на водимия обект, както е показано на фигура 1. На фигура 4 високоговорител 1.1 е свързан с първия вход на радиоприемник 1.2 и входящ блок с чувствителен сензор 1.3, който е свързан с първия вход на бутон 1.4, вторият вход на който е свързан с първа памет 1.5. Изходът на бутона 1.4 е свързан

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.1/15.01.2019 към втора памет 1.6, чийто втори вход е свързан с втория изход на радиоприемника 1.2. Генераторът на ултразвукови сигнали 1.7 е свързан към високоговорителя 1.1. Единият край на източника на напрежение е свързан към високоговорителя 1.1, радиоприемника 1.2, входящия блок с чувствителен сензор 1.3, бутона 1.4, първа памет 1.5, втора памет 1.6 и генератора на ултразвукови сигнали 1.7. Вторият извод на източника на напрежение 1.8 е свързан към маса. Датчикът 1 е ориентиран срещу насрещен приемен блок 2. В приемния блок 2 има ултразвуков приемник 2.1, свързан през блок за анализ на амплитудата и скоростта на нарастване на ултразвуковия сигнал 2.2, към радиопредавател 2.3. Единият извод на източника на напрежение 2.4 е свързан към ултразвуковия приемник 2.1, блока за анализ на амплитудата и скоростта на нарастване на ултразвуковия сигнал 2.2 и към радиопредавателя 2.3. Вторият извод на източника на напрежение 2.4 е свързан към маса. В коридора 3, във всекидневната стая 4, в хола 5, в залата за лекции 6, в спалнята 7, в медицинския център 8 са разположени приемни блокове 2. Четец 9.1 е свързан с компютъра 9.2 и е разположен извън помещенията. Обектите на локализация и навигация 10.1 са обединени в групи до 10 обекта, образуващи групи за контрол 10.1,10.2,10.3...10.10и групите са най-малко една 1.1, 1.2... 1N.

Използване на изобретението

Предавателният блок 1 използва RFID сигнали и изработва ултразвуков сигнал и стартов сигнал за измерване на времето за достигане на ултразвуковия сигнал до приемен блок 2. Предавателният блок 1 се поставя на обекта, който трябва да се води до определена точка. В предавателния блок 1 има високоговорител 1.1, свързан с радиоприемник Е2, чрез който се осъществява връзка през четеца 9.1 с компютъра 9.2, който предава на водимия обект звуков сигнал. Предавателният блок 1 има много чувствителен сензор във входния блок ЕЗ за движение и има възможност за изработване на сигнал при рязка промяна на състоянието на водения обект. Освен това чрез бутона 1.4 се свързва първа памет 1.5, в която е записан кода и чрез генератора на ултразвук Е 7 се изработва сигнал, че с водимия обект се случило нещо и обекта се нуждае от помощ. При влизане на обекта в стая 6 лекционната зала предавателния блок 1 изработва ултразвукови сигнали чрез генератора 1.7 на ултразвукови сигнали в диапазон 43 5 Hz до 450 Hz и на всеки две мили секунди се генерира ултразвуков сигнал и от този момент се измерва времето, за което се приема от приемника блок 2 чрез блок 2.1, и се предават на блока 2.2, в който извършва анализ на амплитудата и скоростта на нарастване на ултразвуковия сигнал. Полученият ултразвуков сигнал за амплитудата и скоростта на ултразвуковия сигнал от 2.2 се изпраща от радиопредавателя 2.3 към четеца 9.1 на компютъра 9.2, в който се изчислява разстоянието и отклонението на движението на водимия обект. От паметта на компютъра 9.2 се намира маршрута, определят се координатите и се съобщават чрез високоговорителя 1.1 към блока за управление на колелата непоказан на схемата. При наличие на отклонение от координатите на следващата точка от маршрута компютърът 9.2 изчислява направеното отклонение например: -Δχ вляво от осевата линия на движение компютърът 9.2 изпраща гласова команда чрез радиоприемника 1.2 към високоговорителя ЕЕ

Дясното колело непоказано на схемата се блокира заА1 □ обектът се връща в пътеката за движение, непоказана на схемата. Знакът + или - преди отклонението Δχ определя дали обектът на управление се е изместил съответно наляво или надясно от осевата линия на пътеката на движение, непоказана на схемата. При нормално положение, на водимия обект, всички грешки се изчистват в компютъра 9.2 и новите команди се вземат от паметта на компютъра 9.2. При използване на маршрути извън затворените помещения се използва Интернет и тези маршрути се съхраняват в паметта на компютъра 9.2.

Времето за връзката между предавателя и компютъра за един канал при използване на RF не трябва да бъде повече от 10 ms, за да не се наруши бързодействието на системата.

Claims (2)

Патентни претенции

1. Метод за локализация и навигация в затворени помещения, при който от предавателен блок се излъчват ултразвукови сигнали, и те се предават за определяне на разстоянието, изчислява се посока и скорост на движение и получените сигнали се връщат на предавателния блок, характеризиращ се с това, че в стартов момент на излъчване на ултразвуковия сигнал се отчита времето за приемане на ултразвуковия сигнал от приемен блок, в който от амплитудата на приетия сигнал се определя раз

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.1/15.01.2019 стоянието, а от първата производна се определя скоростта на движение, и се изпращат на компютър за определяне на параметрите на движение и се изработва кодов сигнал за движение, като за един канал времетраенето за избирателната последователност е от 1 до 10 ms.

2. Система за локализация и навигация в затворени помещения, състояща се от предавателен блок с излъчвател на ултразвукови сигнали, бутон, радиоприемник, разположен на водения обект, а в помещенията са разположени приемни блокове, свързани с компютърна система, характеризираща се с това, че във всеки приемен блок (2) има приемник на ултразвукови сигнали (2.1), свързан през преобразувател и блок за определяне на амплитудата и скоростта на изменение на ултразвуковия сигнал (2.2), свързан с предавателя на радиочестоти (2.3), вторият извод на източника на напрежение (2.4) е свързан към маса, като първият извод е свързан към приемник на ултразвукови сигнали (2.1), блока за определяне на амплитудата и скоростта на изменение на ултразвуковия сигнал (2.2), и с предавателя на радиочестоти (2.3), като предавателният блок (1) има радиоприемник (1.2), свързан към говорител (1.1) и към втори блок памет (1.6), който е свързан към бутон (1.4), който е свързан към първи блок памет (1.5) към чувствителния сензор (1.3), генераторът на ултразвукови сигнали (1.7) е свързан с първия и втория блок памети (1.5 и 1.6) и с говорителя (1.1), единият извод на захранващия източник (1.8) е свързан към маса, а другият към радиоприемника (1.2), към говорител (1.1), към първи блок памет (1.5), втори блок памет (1.6), към бутон (1.4), към чувствителния сензор (1.3) и към генератора на ултразвукови сигнали (1.7) предавателя на ултразвукова честота.