FR3082951A1 - VERTICAL POSITION DETECTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif de détection de position verticale d'un objet dans un environnement , caractérisé par le fait qu'il comprend un premier module (21) émetteur-récepteur ultra large bande, UWB, un deuxième module (22) émetteur-récepteur UWB, les premier et deuxième modules (21, 22) émetteurs-récepteurs UWB étant sur un même axe vertical et étant configurés pour être fixes dans l'environnement, et un module (3) émetteur-récepteur UWB mobile configuré pour être porté par l'objet, les premier et deuxième modules (21, 22) émetteurs-récepteurs UWB et le module (3) émetteur-récepteur UWB mobile étant configurés pour déterminer une distance (d1, d2) du module (3) émetteur-récepteur UWB mobile par rapport aux premier et deuxième modules (21, 22) émetteurs-récepteurs UWB, le dispositif (1) comprenant en outre un dispositif de calcul (211) configuré pour calculer la position verticale du module (3) émetteur-récepteur UWB mobile à partir des distances (d1, d2) déterminées et des positions des premier et deuxième modules (21, 22) émetteurs-récepteurs UWB.The invention relates to a device for detecting the vertical position of an object in an environment, characterized in that it comprises a first ultra-wideband transceiver module (21), UWB, a second transmitter module (22) -UWB receiver, the first and second UWB transceiver modules (21, 22) being on the same vertical axis and being configured to be fixed in the environment, and a mobile UWB transceiver module (3) configured to be worn by object, the first and second UWB transceiver modules (21, 22) and the mobile UWB transceiver module (3) being configured to determine a distance (d1, d2) from the UWB transceiver module (3) movable relative to the first and second UWB transceiver modules (21, 22), the device (1) further comprising a calculation device (211) configured to calculate the vertical position of the mobile UWB transceiver module (3) from determined distances (d1, d2) and positions of the first and second modules (21, 22) UWB transceivers.
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : DISPOSITIF DE DETECTION DE POSITION VERTICALE [0001] La présente invention concerne le domaine de la détection de position, et porte plus particulièrement sur un dispositif de détection de position verticale mettant en œuvre des émetteurs-récepteurs Ultra Large Bande (désignée plus couramment par son acronyme anglais UWB pour Ultra WideBand).Title of the invention: VERTICAL POSITION DETECTION DEVICE The present invention relates to the field of position detection, and more particularly relates to a vertical position detection device using Ultra Wide Band transceivers ( more commonly known by its English acronym UWB for Ultra WideBand).
[0002] On connaît des dispositifs de localisation, utilisés notamment mais non exclusivement en intérieur, en temps réel mettant en œuvre des émetteurs-récepteurs UWB. De tels dispositifs sont souvent utilisés pour déterminer une chute de personne. Pour ceci, trois émetteurs-récepteurs UWB fixes (« ancres ») sont disposés dans une pièce et mesurent en temps réel leur distance respective par rapport à un émetteur-récepteur mobile (« balise ») porté par la personne pour laquelle on souhaite être prévenu en cas de chute. A partir des coordonnées des ancres et des distances à la balise mesurée, par Γintermédiaire d’un calcul de trilatération, de tels dispositifs calculent une valeur d’élévation z de la balise.Localization devices are known, used in particular but not exclusively indoors, in real time using UWB transceivers. Such devices are often used to determine a person falling. For this, three fixed UWB transceivers (“anchors”) are arranged in a room and measure in real time their respective distance from a mobile transceiver (“beacon”) carried by the person for whom we wish to be notified. in the event of a fall. From the coordinates of the anchors and the distances to the measured beacon, by means of a trilateration calculation, such devices calculate an elevation value z of the beacon.
[0003] Toutefois, un tel calcul conduit à une valeur de coordonnée d’élévation z qui est obtenue par dérivation. Par conséquent, le résultat est systématiquement variable et non précis, voire parfois négatif. Des alternatives connues par multiplication des ancres ou par emploi de baromètres ne résolvent pas le problème d’imprécision.However, such a calculation leads to an elevation coordinate value z which is obtained by derivation. Consequently, the result is systematically variable and not precise, even sometimes negative. Known alternatives by multiplying anchors or by using barometers do not solve the problem of imprecision.
[0004] Il existe donc un besoin pour un dispositif de détection de position verticale qui soit précis et fiable, tout en conservant une architecture simple.There is therefore a need for a vertical position detection device which is precise and reliable, while retaining a simple architecture.
[0005] Le Demandeur se propose de répondre à ces besoins par l’emploi d’un dispositif de détection de position verticale qui utilise au moins une paire d’ancres et une balise mobile, les ancres et la balise utilisant la technologie UWB, les ancres étant disposées sur un axe vertical.The Applicant proposes to meet these needs by the use of a vertical position detection device which uses at least one pair of anchors and a mobile beacon, the anchors and the beacon using UWB technology, the anchors being arranged on a vertical axis.
[0006] L’UWB est une technologie radio à très faible puissance pour des communications sans fil de courte portée et à large bande passante, utilisable sur une grande plage du spectre radio.UWB is a very low power radio technology for short range, high bandwidth wireless communications, usable over a wide range of the radio spectrum.
[0007] L’UWB utilise des impulsions de courte durée étalées sur un spectre allant de 3,1 GHz à 10,6 GHz. Les impulsions générées par T UWB sont extrêmement courtes et peuvent être mesurées avec une très grande précision. Par des calculs de mesure de « temps de vol » (en anglais « time-of-flight »), les dispositifs UWB permettent d’obtenir un positionnement précis dans une plage de 10 à 30 centimètres.The UWB uses short duration pulses spread over a spectrum ranging from 3.1 GHz to 10.6 GHz. The pulses generated by T UWB are extremely short and can be measured with very high accuracy. By calculating “time-of-flight” measurements, UWB devices allow precise positioning within a range of 10 to 30 centimeters.
[0008] La présente invention concerne donc un dispositif de détection de position verticale d’un objet dans un environnement, caractérisé par le fait qu’il comprend un premier module émetteur-récepteur ultra large bande, UWB, un deuxième module émetteurrécepteur UWB, les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB étant sur un même axe vertical et étant configurés pour être fixes dans l’environnement, et un module émetteur-récepteur UWB mobile configuré pour être porté par l’objet, les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB et le module émetteurrécepteur UWB mobile étant configurés pour déterminer une distance du module émetteur-récepteur UWB mobile par rapport aux premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB, le dispositif comprenant en outre un dispositif de calcul configuré pour calculer la position verticale du module émetteur-récepteur UWB mobile à partir des distances déterminées et des positions des premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB.The present invention therefore relates to a device for detecting the vertical position of an object in an environment, characterized in that it comprises a first ultra-broadband transceiver module, UWB, a second UWB transceiver module, the first and second UWB transceiver modules being on the same vertical axis and being configured to be fixed in the environment, and a mobile UWB transceiver module configured to be carried by the object, the first and second transceiver modules UWB and the mobile UWB transceiver module being configured to determine a distance of the mobile UWB transceiver module from the first and second UWB transceiver modules, the device further comprising a calculating device configured to calculate the vertical position of the transmitter module - mobile UWB receiver from determined distances and positions of first and second UWB transceiver modules.
[0009] L’environnement peut être tout repère physique ayant un axe vertical. Ainsi, l’environnement peut être une pièce ou un bâtiment. Les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB peuvent alors être disposés sur un mur de la pièce ou du bâtiment, sur un même axe vertical, la position verticale (ou élévation) des premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB étant connue.The environment can be any physical reference point having a vertical axis. So the environment can be a room or a building. The first and second UWB transceiver modules can then be placed on a wall of the room or building, on the same vertical axis, the vertical position (or elevation) of the first and second UWB transceiver modules being known.
[0010] L’objet portant le module émetteur-récepteur UWB mobile est à entendre, dans le cadre de la présente invention, au sens large. L’objet peut ainsi être un élément inanimé dont on souhaite connaître la position verticale, par exemple une partie d’un robot, un niveau d’un fluide dans un procédé industriel, mais peut aussi être une personne.The object carrying the mobile UWB transceiver module is to be understood, in the context of the present invention, in the broad sense. The object can thus be an inanimate element whose vertical position we want to know, for example a part of a robot, a level of a fluid in an industrial process, but can also be a person.
[0011] Les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB et le module émetteurrécepteur UWB mobile sont tous émetteurs et récepteurs, ce qui leur permet d’émettre et de recevoir des données par technologie UWB. L’intérêt est alors qu’il n’est pas nécessaire d’avoir des horloges synchronisées entre le premier module émetteurrécepteur UWB, le deuxième module émetteur-récepteur UWB et le module émetteurrécepteur UWB mobile, ce qui simplifie l’architecture globale du dispositif de détection de position verticale selon l’invention.The first and second UWB transceiver modules and the mobile UWB transceiver module are all transmitters and receivers, which allows them to transmit and receive data using UWB technology. The advantage is that it is not necessary to have clocks synchronized between the first UWB transceiver module, the second UWB transceiver module and the mobile UWB transceiver module, which simplifies the overall architecture of the device. vertical position detection according to the invention.
[0012] Le module émetteur-récepteur UWB mobile porté par l’objet peut être intégré à l’objet, ou être rapporté de manière amovible sur l’objet, par exemple au moins d’un organe de fixation détachable, type pince ou boucle ou fixation par boucles et crochets ou par clipsage, ou fixé sur l’objet ou moyen d’une bande, d’un cordon ou d’une ceinture. Si l’objet est une personne, le module émetteur-récepteur UWB mobile pourra ainsi être porté à la ceinture de la personne ou autour du coup, étant alors solidaire d’un collier.The mobile UWB transceiver module carried by the object can be integrated into the object, or be removably attached to the object, for example at least one detachable fixing member, clamp or loop type or fixing by loops and hooks or by clipping, or fixed on the object or by means of a band, a cord or a belt. If the object is a person, the mobile UWB transceiver module can thus be worn on the person's belt or around the neck, then being secured to a collar.
[0013] Un tel dispositif est particulièrement adapté pour détecter la chute d’une personne, le module émetteur-récepteur UWB mobile étant porté par la personne pour laquelle on souhaite être informé en cas de chute.Such a device is particularly suitable for detecting the fall of a person, the mobile UWB transceiver module being worn by the person for whom one wishes to be informed in the event of a fall.
[0014] Selon un mode de réalisation particulier, le module émetteur-récepteur UWB mobile est un transpondeur.According to a particular embodiment, the mobile UWB transceiver module is a transponder.
[0015] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif pour détection de position verticale comprend des moyens de communication à distance connectés au dispositif de calcul et configurés pour transmettre des informations de position verticale à un terminal à distance. Il est ainsi possible de connaître, depuis le terminal à distance configuré pour recevoir les informations transmises par les moyens de communication à distance, la position verticale de l’objet. Ainsi, appliqué à une personne, un proche peut savoir que la personne portant l’objet est tombée. Appliqué à un objet, par exemple une partie d’un robot ou un niveau d’un fluide, un opérateur à distance peut connaître la position verticale et possiblement lancer une intervention en fonction de la position verticale mesurée et transmise par les moyens de communication à distance.According to a particular embodiment, the device for vertical position detection comprises remote communication means connected to the calculation device and configured to transmit vertical position information to a remote terminal. It is thus possible to know, from the remote terminal configured to receive the information transmitted by the remote communication means, the vertical position of the object. So when applied to a person, a relative may know that the person carrying the object has fallen. Applied to an object, for example a part of a robot or a level of a fluid, a remote operator can know the vertical position and possibly launch an intervention depending on the vertical position measured and transmitted by the communication means to distance.
[0016] Les moyens de communication à distance peuvent être avantageusement des moyens de communication sans fil. Bien entendu, bien que ce ne soit pas le mode de réalisation préféré, les moyens de communications pourraient aussi être filaires, l’invention n’étant pas limitée à cet égard. Le module émetteur-récepteur UWB mobile pourrait ainsi être connecté à un terminal distant de manière filaire.The remote communication means can advantageously be wireless communication means. Of course, although this is not the preferred embodiment, the means of communication could also be wired, the invention not being limited in this regard. The mobile UWB transceiver module could thus be connected to a remote terminal by wire.
[0017] Les moyens de communication à distance peuvent être choisis parmi des puces de communication à protocole de communication sans fil, notamment mais non exclusivement les protocoles GSM ®, LoRa ®, SigLox ®, Bluetooth ®, ZigBee ®, Z-Wave ®, ainsi que tous protocoles de communication sans fil existants ou futurs compatibles avec la présente invention.The remote communication means can be chosen from communication chips with wireless communication protocol, in particular but not exclusively the GSM®, LoRa®, SigLox®, Bluetooth®, ZigBee®, Z-Wave® protocols, as well as all existing or future wireless communication protocols compatible with the present invention.
[0018] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de calcul est au moins l’un parmi un processeur de signaux numériques, DSP, un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, une matrice prédiffusée programmable, LPGA, et un composant à application spécifique, ASIC.According to a particular embodiment, the calculation device is at least one of a digital signal processor, DSP, a processor, a microprocessor, a microcontroller, a programmable prediffused matrix, LPGA, and an application component specific, ASIC.
[0019] Le dispositif de calcul peut être indépendant des premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB et du module émetteur-récepteur UWB mobile et communiquer avec eux de manière sans fil ou filaire, ou bien faire partie d’au moins l’un des premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB et du module émetteurrécepteur UWB mobile.The calculation device can be independent of the first and second UWB transceiver modules and the mobile UWB transceiver module and communicate with them wirelessly or wired, or be part of at least one of the first and second UWB transceiver modules and the mobile UWB transceiver module.
[0020] Les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB et le module émetteurrécepteur UWB mobile sont avantageusement alimentés par batterie, pour être autonomes, la batterie étant avantageusement rechargeable. Selon une variante, les premier et deuxième modules émetteurs-récepteurs UWB peuvent être alimentés par le secteur, étant fixes dans l’environnement.The first and second UWB transceiver modules and the mobile UWB transceiver module are advantageously powered by battery, to be autonomous, the battery being advantageously rechargeable. Alternatively, the first and second UWB transceiver modules can be powered by the mains, being stationary in the environment.
[0021] Pour mieux illustrer l’objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, plusieurs modes de réalisation avec référence aux dessins annexés.To better illustrate the object of the present invention, we will describe below, by way of illustration and not limitation, several embodiments with reference to the accompanying drawings.
[0022] Sur ces dessins :In these drawings:
- [Fig. 1] est une vue schématique d’un dispositif pour détection de position verticale selon un premier mode de réalisation selon une première situation ;- [Fig. 1] is a schematic view of a device for detecting vertical position according to a first embodiment according to a first situation;
- [Fig. 2] est une vue schématique du dispositif de la [Fig. 1] selon une seconde situation ;- [Fig. 2] is a schematic view of the device of [Fig. 1] according to a second situation;
- [Fig. 3] est une vue schématique d’un dispositif pour détection de position verticale selon un second mode de réalisation ; et- [Fig. 3] is a schematic view of a device for detecting vertical position according to a second embodiment; and
- [Fig. 4] est une vue schématique d’une ancre selon la présente invention.- [Fig. 4] is a schematic view of an anchor according to the present invention.
[0023] Sur la [Fig. 1], on peut voir que l’on a représenté de façon schématique, un dispositif pour détection de position verticale 1 selon un premier mode de réalisation. Le dispositif est représenté dans une pièce P et peut illustrer le cas d’un dispositif 1 utilisé pour détecter la chute d’une personne à surveiller.In [Fig. 1], it can be seen that there is shown schematically, a device for detecting vertical position 1 according to a first embodiment. The device is shown in a room P and can illustrate the case of a device 1 used to detect the fall of a person to be monitored.
[0024] Le dispositif 1 comporte une paire 2 d’éléments fixes 21, 22, par la suite dénommés « ancres » ou module émetteur-récepteur UWB. Les modules émetteurs-récepteurs UWB 21, 22 sont disposés sur un axe vertical. Selon le mode de réalisation représenté sur les [Fig. 1] et [Fig. 2], on peut voir que les modules émetteurs-récepteurs UWB 21, 22 sont fixés sur un mur M. Les coordonnées spatiales des modules émetteurs-récepteurs UWB 21, 22 respectives (x21, y21, z21) et (x22, y22, z22), dans un repère orthonormé, sont donc préalablement connues, ainsi que la distance dz les séparant sur l’axe vertical sur lequel ils sont placés.The device 1 comprises a pair 2 of fixed elements 21, 22, hereinafter referred to as "anchors" or UWB transceiver module. The UWB transceiver modules 21, 22 are arranged on a vertical axis. According to the embodiment shown in [Fig. 1] and [Fig. 2], it can be seen that the UWB transceiver modules 21, 22 are fixed to a wall M. The spatial coordinates of the respective UWB transceiver modules 21, 22 (x21, y21, z21) and (x22, y22, z22 ), in an orthonormal coordinate system, are therefore previously known, as well as the distance dz separating them on the vertical axis on which they are placed.
[0025] Tous moyens de fixation sera envisagé comme par exemple, clou, vis, colle. Par ailleurs, on pourra envisager un dispositif 1 comprenant une barre verticale telle qu’un montant, sur laquelle seront fixés les modules émetteurs-récepteurs UWB 21, 22. Le montant pourra être déplaçable à souhait dans l’espace à surveiller ou pourra faire partie d’un kit pouvant être installé n’importe où. Une telle barre doit être telle qu’elle maintient les modules émetteurs-récepteurs UWB 21, 22 à distance constante l’un de l’autre sur un axe vertical.All fixing means will be considered such as, for example, nail, screw, glue. In addition, it is possible to envisage a device 1 comprising a vertical bar such as an upright, on which the UWB transceiver modules 21, 22 will be fixed. The upright can be moved as desired in the space to be monitored or can be part a kit that can be installed anywhere. Such a bar must be such that it keeps the UWB transceiver modules 21, 22 at a constant distance from each other on a vertical axis.
[0026] Le dispositif pour détection de position verticale 1 comporte également un élément mobile 3, par la suite dénommé « balise » ou module émetteur-récepteur UWB mobile et qui sera confondu pour ne pas surcharger le dessin avec l’objet qui le porte dans la présente description. Un tel module émetteur-récepteur UWB mobile 3 est destiné à être porté par un objet ou une personne dont on souhaite déterminer l’élévation selon la direction verticale. Ainsi, dans le cas d’un porteur humain, un tel module émetteurrécepteur UWB mobile 3 doit permettre de détecter sa chute du fait de la variation d’élévation détectée du module émetteur-récepteur UWB mobile 3. Le module émetteur-récepteur UWB mobile a pour coordonnées spatiales (x, y, z), dans le même repère orthonormé que les ancres, qui doivent être déterminées en temps réel. Il est bien entendu que le module émetteur-récepteur UWB mobile est dit mobile car il se déplace, en particulier selon l’axe z, avec l’objet qui le porte. Le module émetteurrécepteur UWB mobile est donc mobile avec l’objet, mais non mobile par rapport à l’objet.The device for vertical position detection 1 also includes a mobile element 3, hereinafter called "beacon" or mobile UWB transceiver module and which will be confused so as not to overload the drawing with the object which carries it in this description. Such a mobile UWB transceiver module 3 is intended to be carried by an object or a person whose elevation is to be determined in the vertical direction. Thus, in the case of a human carrier, such a mobile UWB transceiver module 3 must make it possible to detect its fall due to the detected variation in elevation of the mobile UWB transceiver module 3. The mobile UWB transceiver module has for spatial coordinates (x, y, z), in the same orthonormal coordinate system as the anchors, which must be determined in real time. It is understood that the mobile UWB transceiver module is said to be mobile because it moves, in particular along the z axis, with the object carrying it. The mobile UWB transceiver module is therefore mobile with the object, but not mobile relative to the object.
[0027] De façon avantageuse, le module émetteur-récepteur UWB mobile 3 comporte des moyens de fixation , par exemple de type clipsage, de façon à pouvoir être attaché aux vêtements ou au cou ou à la ceinture d’une personne.Advantageously, the mobile UWB transceiver module 3 includes fixing means, for example of the clipping type, so that it can be attached to the clothes or to the neck or the belt of a person.
[0028] Les ancres 21, 22 et la balise 3 sont des dispositifs électroniques fonctionnant selon la technologie UWB (ultrawideband ou bande ultralarge). De façon avantageuse, les ancres 21, 22 et la balise 3 se présentent sous la forme d’un boîtier constitué de deux demi-coques. A l’intérieur du boîtier se trouve une carte mère comportant un émetteurrécepteur UWB, une antenne, de préférence mais non exclusivement une antenne céramique fonctionnant sur la gamme 3,8-8 GHz, une batterie configurée pour alimenter l’émetteur-récepteur. De préférence, au moins l’une des ancres 21, 22 et de la balise 3 comprend également un dispositif de calcul (décrit à la [Fig. 4]) et des moyens de communication à distance (décrit à la [Fig. 4]). En outre, au moins l’une des ancres 21, 22 et de la balise 3 comprend une mémoire.The anchors 21, 22 and the tag 3 are electronic devices operating according to UWB technology (ultrawideband or ultra wide band). Advantageously, the anchors 21, 22 and the tag 3 are in the form of a housing made up of two half-shells. Inside the housing is a motherboard comprising a UWB transceiver, an antenna, preferably but not exclusively a ceramic antenna operating in the 3.8-8 GHz range, a battery configured to power the transceiver. Preferably, at least one of the anchors 21, 22 and of the tag 3 also includes a calculation device (described in [Fig. 4]) and means of remote communication (described in [Fig. 4] ). In addition, at least one of the anchors 21, 22 and of the tag 3 comprises a memory.
[0029] On pourra avantageusement, mais non exclusivement, utiliser pour les ancres 21, 22 et la balise 3 des émetteurs-récepteurs Decawave® DW1000 compatibles IEEE 802.15.4-2011.We can advantageously, but not exclusively, use for anchors 21, 22 and tag 3 of Decawave® DW1000 transceivers IEEE 802.15.4-2011 compatible.
[0030] De manière particulièrement préférée, les moyens de communication à distance sont choisis parmi des puces de communication à protocole GSM ®, SigFox ®, Bluetooth ®, ZigBee ®, Z-Wave ® et le dispositif de calcul est au moins l’un parmi un processeur de signaux numériques, un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, une matrice prédiffusée programmable, FPGA, ou un composant à application spécifique, ASIC.In a particularly preferred manner, the remote communication means are chosen from communication chips with GSM®, SigFox®, Bluetooth®, ZigBee®, Z-Wave® protocol and the calculation device is at least one among a digital signal processor, a processor, a microprocessor, a microcontroller, a programmable prediffused matrix, FPGA, or a specific application component, ASIC.
[0031] Nous allons ci-après définir le fonctionnement du dispositif pour détection de position verticale 1.We will hereinafter define the operation of the device for vertical position detection 1.
[0032] Comme on peut le voir sur la [Fig. 1], les ancres 21, 22 sont disposés sur un mur M d’une pièce P. Comme elles sont disposées selon un axe vertical, leurs coordonnées spatiales respectives (x21, y21, z21) et (x22, y22, z22) sont préalablement définies à (0, 0, z21) et (0, 0, z22). Par ailleurs, ainsi, la distance dz entre les ancres 21, 22 est également préalablement connue. Ces valeurs sont enregistrées dans la mémoire du dispositif 1. Cette mémoire du dispositif 1 est entendue de manière large, et peut comprendre la mémoire d’au moins une ancre 21, 22 et/ou de la balise 3, voire une mémoire externe connectée aux ancres 21, 22 et/ou à la balise.As can be seen in [Fig. 1], the anchors 21, 22 are arranged on a wall M of a room P. As they are arranged along a vertical axis, their respective spatial coordinates (x21, y21, z21) and (x22, y22, z22) are previously defined at (0, 0, z21) and (0, 0, z22). Furthermore, thus, the distance dz between the anchors 21, 22 is also previously known. These values are recorded in the memory of the device 1. This memory of the device 1 is heard in a broad manner, and can include the memory of at least one anchor 21, 22 and / or of the tag 3, or even an external memory connected to the anchors 21, 22 and / or at the beacon.
[0033] En utilisation, en particulier lorsqu’elle est portée par une personne, la balise 3 peut se déplacer dans la pièce P et présente donc des coordonnées spatiales variables (x, y,In use, in particular when it is carried by a person, the tag 3 can move in the part P and therefore has variable spatial coordinates (x, y,
z). Les émetteurs-récepteurs des ancres 21, 22 envoient un signal UWB. En réponse l’émetteur-récepteur de la balise 3 émet un signal UWB reçu par les ancres 21, 22. Sur le principe de la télémétrie bi-directionnelle (en anglais Two-Way Ranging souvent désignée par son acronyme TWR), le dispositif de calcul mesure le temps de vol des signaux radio et donc calcule, leur vitesse étant connue, les distances respectives dl et d2 des ancres 21, 22 par rapport à la balise 3. Le dispositif de calcul calcule ensuite la valeur d’élévation de la balise 3 (coordonnée z) par la résolution des deux équations (1) et (2) suivantes :z). The anchor transceivers 21, 22 send a UWB signal. In response, the transmitter-receiver of the beacon 3 transmits a UWB signal received by the anchors 21, 22. On the principle of bi-directional telemetry (in English Two-Way Ranging often designated by its acronym TWR), the device for calculation measures the time of flight of the radio signals and therefore calculates, their speed being known, the respective distances dl and d2 of the anchors 21, 22 relative to the beacon 3. The calculation device then calculates the elevation value of the beacon 3 (z coordinate) by solving the following two equations (1) and (2):
[0034] x2 + y2 + (z - dz)2 = dj (équation (1)) [0035] x2 + y2 + z2 = d2 2 (équation (2)) [0036] En effet, (1 ) - (2) (z - dz)2 - z2 = di2 - d?2 soit, -2zdz + dz 2 = di2 - ds2 . Ll. U U « et donc z = —---—— .X 2 + y 2 + (z - d z ) 2 = dj (equation (1)) [0035] x 2 + y 2 + z 2 = d 2 2 (equation (2)) [0036] Indeed , (1) - (2) (z - d z ) 2 - z 2 = di 2 - d? 2 or, -2zd z + d z 2 = di 2 - ds 2 . Ll. UU "and therefore z = —---——.
[0037] Un tel calcul permet ainsi de déterminer en temps réel et avec précision la position verticale de la balise 3.Such a calculation thus makes it possible to determine in real time and with precision the vertical position of the tag 3.
[0038] En cas de chute du porteur (humain ou objet), comme représenté sur la situation de la [Fig. 2], le dispositif de calcul calculera un valeur z’ qui, si elle est inférieure à une valeur seuil prédéterminée et enregistrée dans la mémoire, activera les moyens de communication à distance. Ceux-ci enverront un signal d’alerte à un serveur à distance pour prévenir de la chute du porteur.In the event of a fall of the carrier (human or object), as shown in the situation in [Fig. 2], the calculation device will calculate a value z ’which, if it is less than a predetermined threshold value and stored in the memory, will activate the means of remote communication. These will send an alert signal to a remote server to prevent the carrier from falling.
[0039] On peut également prévoir que la valeur z mesurée soit émise régulièrement à un serveur à distance. Lorsque la balise 3 est portée par une personne, cette émission régulière peut permettre une analyse comportementale de la personne qui porte la balise 3.It can also be provided that the measured z value is transmitted regularly to a remote server. When the tag 3 is worn by a person, this regular transmission can allow a behavioral analysis of the person wearing the tag 3.
[0040] De préférence, dans une application à la surveillance d’une personne âgée portant la balise 3, la mesure de z est effectuée avec une fréquence de 20 à 25 s. Pour une personne plus active portant la balise 3, par exemple un travailleur isolé, la mesure de z est effectuée avec une fréquence quelques secondes, par exemple 5s.Preferably, in an application for monitoring an elderly person wearing the tag 3, the measurement of z is carried out with a frequency of 20 to 25 s. For a more active person wearing the tag 3, for example a lone worker, the measurement of z is carried out with a frequency a few seconds, for example 5s.
[0041] De préférence, la fréquence UWB employée se situe dans la plage de 3,5 GHz à 6,5 GHz.Preferably, the UWB frequency used is in the range of 3.5 GHz to 6.5 GHz.
[0042] Les flux de données peuvent être de 110 kpbs, 850 kbps ou 6,8 Mbps.The data flows can be 110 kpbs, 850 kbps or 6.8 Mbps.
[0043] La plage de communication étendue peut théoriquement aller jusqu’à 290 m à un débit de 110 kbps.The extended communication range can theoretically go up to 290 m at a speed of 110 kbps.
[0044] Avec un tel dispositif, la précision de calcul de z est d’environ 10 cm.With such a device, the calculation accuracy of z is about 10 cm.
[0045] Sur la [Lig. 3], on peut voir que l’on a représenté un dispositif pour détection de position verticale 101 selon un second mode de réalisation.On the [Lig. 3], it can be seen that there is shown a device for vertical position detection 101 according to a second embodiment.
[0046] Le dispositif 101 est similaire au dispositif 1 selon le premier mode de réalisation décrit ci-dessus. Les éléments du dispositif identiques ou analogues aux éléments du dispositif du premier mode de réalisation décrits en référence à la [Lig. 3] porteront le même chiffre de référence augmenté de 100, et ne seront pas décrits plus en détail ici.The device 101 is similar to the device 1 according to the first embodiment described above. The elements of the device identical or analogous to the elements of the device of the first embodiment described with reference to [Lig. 3] will bear the same reference figure increased by 100, and will not be described in more detail here.
[0047] Le dispositif 100 comporte une première paire 102 d’ancres 121, 122, une seconde paire 104 d’ancres 141, 142 et un élément mobile 103. Les ancres 141, 142 de la seconde paire 104 sont également disposés sur un axe vertical.The device 100 comprises a first pair 102 of anchors 121, 122, a second pair 104 of anchors 141, 142 and a movable element 103. The anchors 141, 142 of the second pair 104 are also arranged on an axis vertical.
[0048] Les composants du dispositif 101 selon le second mode de réalisation fonctionnent de la même façon que les composants du dispositif 1 selon le premier mode de réalisation. Dans une telle configuration, la seconde paire d’ancres 104 permet de conforter la précision du résultat de mesure d’élévation z.The components of the device 101 according to the second embodiment operate in the same way as the components of the device 1 according to the first embodiment. In such a configuration, the second pair of anchors 104 makes it possible to confirm the accuracy of the measurement of elevation measurement z.
[0049] Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les ancres peuvent également mesurer la distance dz, et ce de la même façon que pour la balise.According to a particular embodiment of the invention, the anchors can also measure the distance dz, and this in the same way as for the tag.
[0050] De façon particulièrement préférée, une seule ancre comporte le dispositif de calcul, la mémoire et les moyens de communication à distance.In a particularly preferred manner, a single anchor comprises the calculation device, the memory and the means of remote communication.
[0051] En variante, on peut envisager le fonctionnement des ancres en récepteur et le fonctionnement de la balise en émetteur. Dans ce cas, le calcul de distance ancre/balise est réalisé par différence de temps d’arrivée (en anglais TDoA acronyme de Time Difference of Arrivai) et nécessite un câblage entre les éléments fixes pour synchronisation des horloges entre les ancres et la balise.Alternatively, one can consider the operation of the anchors in the receiver and the operation of the transmitter beacon. In this case, the anchor / beacon distance calculation is performed by arrival time difference (in English TDoA acronym for Time Difference of Arrivai) and requires cabling between the fixed elements for synchronization of clocks between the anchors and the beacon.
[0052] Selon une autre variante, les éléments fixes fonctionnent en émetteur-récepteur et l’élément mobile fonctionne en récepteur.In another variant, the fixed elements operate as a transceiver and the mobile element operates as a receiver.
[0053] Si l’on se réfère à la [Lig. 4], on peut voir que l’on a représenté schématique une ancre 21.If we refer to the [Lig. 4], it can be seen that an anchor 21 has been represented schematically.
[0054] L’ancre comprend un dispositif de calcul 211, de la mémoire 212, qui peut être indépendante du dispositif de calcule ou intégrée à celui-ci, un émetteur récepteur UWB 213, des moyens de communication à distance 214, qui comme la mémoire 212 peuvent être indépendants du dispositif de calcul ou être intégrés à celui-ci, et une antenne UWB 215, l’ensemble étant alimenté par une batterie 216, permettant une autonomie de la balise 21.The anchor comprises a computing device 211, of the memory 212, which can be independent of the computing device or integrated into it, a UWB transceiver 213, means of remote communication 214, which, like the memory 212 can be independent of the calculation device or be integrated therein, and a UWB antenna 215, the assembly being supplied by a battery 216, allowing autonomy of the tag 21.
[0055] Le dispositif de calcul 211 pilote les différents éléments de l’ancre 21.The computing device 211 controls the various elements of the anchor 21.
[0056] Il est bien entendu que l’ancre pourrait aussi ne comprendre que l’émetteur récepteur UWB 213, des moyens de communication à distance 214 et de la mémoire, pour être piloté par un dispositif de calcul externe.It is understood that the anchor could also include only the UWB 213 transceiver, remote communication means 214 and memory, to be controlled by an external computing device.
[0057] De même, une ancre 21 ou 22 peut comprendre le dispositif de calcul, tout comme la balise 3.Similarly, an anchor 21 or 22 can include the calculation device, just like the tag 3.
[0058] Les moyens de communication à distance permettent de communiquer avec un terminal à distance T.The remote communication means allow communication with a remote terminal T.
[0059] La balise 3 comprendra avantageusement un moyen, type bouton poussoir, pour activer une communication à distance avec le terminal distant, type communication vocale, pour communiquer avec une personne externe, lorsque le dispositif de l’invention est utilisé pour détecter une chute de personne.The tag 3 will advantageously include a means, push button type, to activate a remote communication with the remote terminal, voice communication type, to communicate with an external person, when the device of the invention is used to detect a fall belongs to nobody.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1870746A FR3082951B1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | VERTICAL POSITION DETECTION DEVICE |
Applications Claiming Priority (2)
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| FR1870746 | 2018-06-25 | ||
| FR1870746A FR3082951B1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | VERTICAL POSITION DETECTION DEVICE |
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| FR3082951B1 FR3082951B1 (en) | 2021-04-30 |
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ID=63684192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112904273A (en) * | 2021-01-13 | 2021-06-04 | 三峡大学 | Real-time monitoring device and method for assembling of power transmission line iron tower |
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| FR2892216A1 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-20 | Thierry Herve | DEVICE AND METHOD FOR MONITORING A PERSON OR OBJECT |
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2018
- 2018-06-25 FR FR1870746A patent/FR3082951B1/en active Active
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| CN112904273A (en) * | 2021-01-13 | 2021-06-04 | 三峡大学 | Real-time monitoring device and method for assembling of power transmission line iron tower |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3082951B1 (en) | 2021-04-30 |
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