跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(100.28.231.85) 您好!臺灣時間:2024/11/14 08:56
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:湯思源
研究生(外文):Szu-Yuan Tang
論文名稱:雙模式定位系統之開發
論文名稱(外文):The development of dual-mode positioning system
指導教授:徐復國 博士
口試委員:秦弘毅 博士蔣欣翰 博士
口試日期:2015-01-14
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:電子工程系碩士在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:雙模式室內定位系統紅外線定位系統超音波定位系統
外文關鍵詞:Dual mode indoor positioning systemLabVIEWInfrared positioning systemUltrasonic positioning system
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:209
  • 評分評分:
  • 下載下載:6
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
摘要
台灣已進入高齡化和少子化的社會,針對如何開發老人照護系統以使得在外的工作者無後顧之憂,以及如何擴大自動化系統的範圍以減少企業對人力的需求,已是迫不及待的工作;老人照護系統及自動化系統的開發需要整合諸多關鍵技術,才可逐步獲得成效,本論文所探討的室內定位系統即屬其中頗重要的一項關鍵技術。
現今使用之室內定位系統雖都積極提升其精確性,但經了解後只有接收紅外線或超音波信號來定位的系統可達公分級,由於此兩種信號極易受到環境的影響,本論文提出之雙模式定位系統即利用紅外線或超音波兩套定位系統的互補性,除可提供公分級的精確性外,在干擾如光﹑障礙物而使系統不穩定時還可以維持定位功能的效果,所設計之雙模式定位系統可在超音波定位系統和紅外線定位系統中自動依設定條件切換以減少環境對其造成之影響。
雙模式定位系統之硬體均採用廠商現有模組來進行整合,軟體控制核心則是利用LabVIEW程式來整合這兩套定位系統,並將定位結果顯現於人機介面上。雙模式定位系統經過多次測試與驗證,可滿足老人照護系統及自動化系統對於室內定位功能的需求。

關鍵詞 : 雙模式室內定位系統、LabVIEW、紅外線定位系統、超音波定位系統

Abstract

In Taiwan, society consists of aging population and birth rate is declining. It is important to develop elderly care system which can solves the problems for elderly caring, and to expand automation system in order to reduce the demand for manpower. The development of elderly care system and automation system needs the integration of many key technologies for effective results. This thesis aims at one of
the key technologies, indoor positioning system.

The accuracy of many positioning system have been improved greatly, but after further analysis only the receiver which uses infrared or ultrasonic signals can achieve an accuracy in the level of centimeters. Unfortunately, these two seniors are easily disturbed due to environmental factors. The dual mode positioning system discussed in this article uses the complementarity of infrared and ultrasonic systems to provide an accuracy on the order of a few centimeters and continuous positioning. By switching between infrared and ultrasonic systems, the dual mode positioning system
Can be more robust against the environment of disturbances.

The hardware of dual mode positioning system uses existing modules from vendors for integration, while the kernel of software uses LabVIEW to combine these two positioning systems, and the results are shown on human-machine interface. Through various tests and verifications, the dual mode positioning system demonstrates the requirements in elderly care systems and automation systems.

Keywords : Dual mode indoor positioning system, LabVIEW, Infrared positioning system, Ultrasonic positioning system
目錄
摘要……………………………………………………………………………………………………………………………i
Abstract………………………………………………………………………………………………………………ii
誌謝………………………………………………………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………………………………………………………iv
表目錄…………………………………………………………………………………………………………………vii
圖目錄………………………………………………………………………………………………………………viii
相片目錄…………………………………………………………………………………………………………………x
第一章 緒論…………………………………………………………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的………………………………………………………………………………………1
1.2 論文架構……………………………………………………………………………………………………3
第二章 定位系統原理及雙模式定位系統之架構…………………………………4
2.1 定位系統原理……………………………………………………………………………………………4
2.1.1 接收信號到達時間定位法………………………………………………………………4
2.1.2 接收信號到達時間差定位法…………………………………………………………5
2.1.3 接收信號到達角度定位法………………………………………………………………7
2.1.4 接收訊號強度法…………………………………………………………………………………9
2.1.5 循徑定位法…………………………………………………………………………………………10
2.1.6 總結………………………………………………………………………………………………………10
2.2單模、雙模定位系統架構介紹……………………………………………………………11
2.2.1 單模式定位系統之優缺點……………………………………………………………11
2.2.2 雙模式定位系統架構………………………………………………………………………11
2.2.2.1 雙模式定位系統如何運作………………………………………………………12
2.2.3 紅外線定位工作原理………………………………………………………………………13
2.2.3.1 紅外線模組StarGazer之工作原理……………………………………15
2.2.3.2 紅外線模組StarGazer之特性與規格………………………………15
2.2.3.3 紅外線模組StarGazer之輸出格式……………………………………16
2.2.4 超音波定位工作原理………………………………………………………………………17
2.2.4.1 超音波模組之特性與規格………………………………………………………18
2.2.4.2 超音波模組之輸出格式……………………………………………………………19
第三章 雙模式定位系統系統設計……………………………………………………………21
3.1 LabVIEW應用之Library介紹…………………………………………………………21
3.2 雙模式定位系統系統設計……………………………………………………………………22
3.2.1 LabVIEW如何讀取定位資訊…………………………………………………………22
3.2.1.1 超音波定位系統LabVIEW控制設計………………………………………22
3.2.1.1.1 超音波系統UART之 LabVIEW介面…………………………………23
3.2.1.1.2 超音波系統資訊之分析處理………………………………………………24
3.2.1.1.3 超音波系統定位點相對座標之計算…………………………………26
3.2.1.2 紅外線定位系統LabVIEW控制設計………………………………………33
3.2.1.2.1 紅外線系統UART之 LabVIEW介面…………………………………33
3.2.1.2.2 紅外線系統資訊之切割和儲存…………………………………………35
3.3 雙模式定位系統如何切換定位資訊及機制…………………………………36
3.4 雙模式定位系統監控中心設計…………………………………………………………41
3.5 雙模式定位系統系統佈建設計…………………………………………………………42
3.5.1 如何設置紅外線定位系統之Landmark……………………………………42
3.5.2 紅外線系統路徑規劃………………………………………………………………………43
3.5.3 如何設置超音波系統定位參考點………………………………………………47
第四章 雙模式定位系統之測試與驗證……………………………………………………48
4.1 單一模組精確度測試……………………………………………………………………………48
4.2 合併操作時測試切換功能…………………………………………………………………50
4.3 系統運作時資料的準確度…………………………………………………………………51
4.3.1 紅外線模組實測結果………………………………………………………………………51
4.3.2 超音波模組實測結果………………………………………………………………………52
4.4 測試及驗證結果總結……………………………………………………………………………55
第五章 結論及未來展望………………………………………………………………………………57
5.1 結論………………………………………………………………………………………………………………57
5.2 未來展望……………………………………………………………………………………………………57
附錄 一 StarGazer紅外線模組安裝與連接………………………………………58
附錄 二 超音波系統軟硬體之安裝與連接……………………………………………69
附錄 三 LabVIEW使用元件介紹………………………………………………………………75
附錄 四 問題及光干擾現象補充說明………………………………………………………89
參考文獻………………………………………………………………………………………………………………91

表目錄
表 2.1 紅外線與超音波定位系統之優點與缺點比較………………………11
表 2.2 StarGazer規格說明………………………………………………………………………15
表 2.3 Landmark ID編號計算…………………………………………………………………16
表 2.4 StarGazer data format…………………………………………………………17
表 2.5 超音波模組規格…………………………………………………………………………………18
表 2.6 超音波資料格式意義………………………………………………………………………20
表 3.1 超音波比較法定位實際測試數據………………………………………………29
表 3.2 三維定位實際測試數據…………………………………………………………………32
表 3.3 簡化後三維定位實際測試數據……………………………………………………33
表 3.4 紅外線定位模組實際測試數據……………………………………………………34
表 3.5 Landmark設置高度規格說明………………………………………………………43
表 4.1 Star Gazer測試結果(地點:明學樓306實驗室)………………49
表 4.2 超音波測試結果一(地點:明學樓306實驗室)………………………49
表 4.3 超音波測試結果二(地點:明學樓306實驗室)………………………49
表 4.4 Star Gazer實際測試結果(地點:明學樓306實驗室)……51
表 4.5 比較法定位實際測試數據一…………………………………………………………52
表 4.6 比較法定位實際測試數據二…………………………………………………………53
表 4.7 三維定位法實際測試數據………………………………………………………………54
表 4.8 簡化後三維定位法實際測試數據………………………………………………54
附表1 StarGazer連接介面規格說明………………………………………………………61
附表2 PC USB轉RS232板連接介面規格說明…………………………………………62
附表3 StarGazer對PC USB轉RS232轉接板連接介面………………………62
附表4 Landmark GUI參數設定說明…………………………………………………………64
附表5 Landmark型號表…………………………………………………………………………………65
附表6 規格比較表………………………………………………………………………………………………66

圖目錄
圖 2.1 使用3個主動標籤做定位示意圖………………………………………………5
圖 2.2 雙曲線示意圖……………………………………………………………………………………6
圖 2.3 接收信號角度定位法AOA示意圖………………………………………………8
圖 2.4 RSSI與距離關係……………………………………………………………………………10
圖 2.5 雙模式定位系統方塊圖………………………………………………………………13
圖 2.6 紅外線定位系統應用示意圖……………………………………………………14
圖 2.7 Landmark代號編碼方式……………………………………………………………16
圖 2.8 超音波模組佈建示意圖………………………………………………………………17
圖 2.9 超音波模組傳輸資料格式…………………………………………………………19
圖 3.1 LabVIEW程式版本………………………………………………………………………21
圖 3.2 雙模式系統LabVIEW架構…………………………………………………………22
圖 3.3 超音波系統LabVIEW Front Panel 介面………………………23
圖 3.4 超音波LabVIEW UART Front Panel 介面……………………23
圖 3.5 超音波UART Back End介面……………………………………………………24
圖 3.6 超音波資料切割重整程式…………………………………………………………25
圖 3.7 DATA Filter所示………………………………………………………………………26
圖 3.8 超音波演算法流程圖……………………………………………………………………27
圖 3.9 超音波比較法座標計算程式1…………………………………………………28
圖 3.10 超音波比較法座標計算程式2………………………………………………29
圖 3.11 GPS定位概念示意圖…………………………………………………………………30
圖 3.12 三維定位座標計算電路…………………………………………………………31
圖 3.13 簡化後三維定位座標計算電路……………………………………………32
圖 3.14 紅外線LabVIEW Front Panel 介面……………………………33
圖 3.15 紅外線LabVIEW UART Front Panel介面…………………34
圖 3.16 紅外線LabVIEW UART Back End…………………………………34
圖 3.17 紅外線資訊之切割程式…………………………………………………………35
圖 3.18 ASCII與字元對照表………………………………………………………………35
圖 3.19 紅外線定位封包資訊介面……………………………………………………36
圖 3.20 切換機制流程圖………………………………………………………………………37
圖 3.21 系統切換電路……………………………………………………………………………38
圖 3.22 系統切換狀態1…………………………………………………………………………38
圖 3.23 系統切換狀態2…………………………………………………………………………39
圖 3.24 系統切換狀態3…………………………………………………………………………40
圖 3.25 系統切換狀態4…………………………………………………………………………41
圖 3.26 雙系統監控介面………………………………………………………………………42
圖 3.27 Landmark佈置規劃圖……………………………………………………………43
圖 3.28 設定第一張Landmark時的ID資訊……………………………………44
圖 3.29 OFFSET area……………………………………………………………………………44
圖 3.30 第二張Landmark時的ID資訊……………………………………………45
圖 3.31 第三張Landmark時的ID資訊……………………………………………46
圖 3.32 Landmark全部讀完時的ID資訊………………………………………46
圖 3.33 超音波定位系統設置規劃圖………………………………………………47
圖 4.1 測試環境………………………………………………………………………………………48
圖 4.2 日光燈照明及人員干擾測試…………………………………………………48

相片目錄
相片 1 StarGazer裝置………………………………………………………………………58
相片 2 Landmark圖像…………………………………………………………………………58
相片 3 Arduino 送至PC端接收之資訊………………………………………60
相片 4 硬體連接系統架構…………………………………………………………………61
相片 5 PC USB轉RS232轉接板………………………………………………………61
相片 6 Landmark 硬體設定系統……………………………………………………62
相片 7 顯示USB Serial port………………………………………………………63
相片 8 GUI 設定畫面…………………………………………………………………………64
相片 9 Landmark 參數設定……………………………………………………………65
相片 10 ARDUINO MCU控制板…………………………………………………………66
相片 11 紅外線模組實際應用…………………………………………………………67
相片 12 Arduino MCU控制程式……………………………………………………68
相片 13 超音波發射﹑接收模組…………………………………………………………69
相片 14 Zigbee 的無線傳輸…………………………………………………………69
相片 15 超音波模組收發模組…………………………………………………………69
相片 16 超音波模組實體……………………………………………………………………70
相片 17 超音波接收端模組實體照片……………………………………………71
相片 18 燒錄板………………………………………………………………………………………72
相片 19 COM PORT………………………………………………………………………………72
相片 20 AVR STUDIO…………………………………………………………………………73
相片 21 AVR Studio Programble……………………………………………73
相片 22 Firmware………………………………………………………………………………74
相片 23 VISA serial port config………………………………………75
相片 24 VISA write…………………………………………………………………………75
相片 25 VISA Read……………………………………………………………………………76
相片 26 VISA Close…………………………………………………………………………76
相片 27 Property Node…………………………………………………………………76
相片 28 Wait…………………………………………………………………………………………77
相片 29 Concatenate Strings…………………………………………………77
相片 30 Concatenated Strings show…………………………………77
相片 31 Absolute Strings show……………………………………………78
相片 32 Match Pattern…………………………………………………………………78
相片 33 Decimal String To Number……………………………………78
相片 34 Mean PtByPt.vi… …………………………………………………………79
相片 35 Subtract………………………………………………………………………………79
相片 36 Multiply………………………………………………………………………………79
相片 37 Equal………………………………………………………………………………………80
相片 38 Absolute Value………………………………………………………………80
相片 39 Greate……………………………………………………………………………………80
相片 40 And Array Elements……………………………………………………81
相片 41 Select……………………………………………………………………………………81
相片 42 Number To Hexadecimal String…………………………81
相片 43 Hexadecimal String To Number…………………………82
相片 44 String To Byte Array………………………………………………82
相片 45 Array show…………………………………………………………………………82
相片 46 Index Array………………………………………………………………………83
相片 47 Build Array………………………………………………………………………83
相片 48 Array Subset……………………………………………………………………83
相片 49 While Loop…………………………………………………………………………84
相片 50 Case Structure………………………………………………………………84
相片 51 For Loop………………………………………………………………………………84
相片 52 Build XY Graph………………………………………………………………85
相片 53 XY Graph………………………………………………………………………………85
相片 54 Sort 1D Array…………………………………………………………………85
相片 55 Divide……………………………………………………………………………………86
相片 56 Unbundle………………………………………………………………………………86
相片 57 Bundle……………………………………………………………………………………86
相片 58 Add Array Elements……………………………………………………87
相片 59 Formula Node……………………………………………………………………87
相片 60 Inverse Matrix………………………………………………………………87
相片 61 AxB Matrix…………………………………………………………………………88
相片 62 光線波長的分佈……………………………………………………………………89
相片 63 StarGazer紅外線工作波長……………………………………………90
相片 64 燈管T5啟動時之干擾光譜………………………………………………90

參考文獻

[1] 台灣智慧型機器人產業現狀與發展。DIGTIMES工控自動發佈之產業訊息。
(http://www.digitimes.com.tw/tw/iac/shwnws.asp?cnlid=19
&cat=&packageid=7375&id=0000335901_8N58WI1L1WRPPM0QNE2YP#ixzz3M1egzkfp。)
[2] Kazuo Mizuta(民101)。2025年的機器人發展-邁向更佳的生活品質。財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心發佈之產業訊息。
[3] 徐德與邹傳(民97)。室內移動式服務機器的感知、定位與控制(1版)。北京:科學出版社。
[4] 吳智謙、楊復凱,「多媒體服務機器人之開發」,明新學報39卷第2期,2013年。
[5] 陳志明等著, “以無線感測網路為基礎之室內定位系統”,電信研究雙月刊,第39卷第5期,98年10月。
[6] 陳昭佑等著,”室內定位系統之原理與架構分析”, ICL Technical Journal,2.25.2010.
[7] Blumenthal, J., Grossmann, R., Golatowski, F.; Timmermann, D.,“Weighted centroid localization in Zigbee-based sensor
networks,” 2007 IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing, WISP.
[8] J. Zheng and M. J. Lee, "A Comprehensive Performance Study of IEEE 802.15.4." in IEEE Press, 2004.
[9] 林俊宏,硬體介面專題製作 : LabVIEW 7X(GPS 訊號擷取)
[10] 曾光正,智慧型室內定位演算法研究 ,樹得科技大學
[11] 陳瓊興,Labview 2010 與 Zigbee 感測電路
[12] 廖炳松,LabVIEW介面控制實習(修訂版)
[13] 卓尚澤,老人福祉科技研究中心-室內定位技術簡介,元智大學,2009
[14] 瑞帝公司網站,(ZigbeX, http://hanback.co.kr)
[15] 徐德 室內移動式服務機器人的感知﹑定位與控制
[16] 研發養成所GPS計算座標原理( http://4rdp.blogspot.tw/2008/05/gps.html)

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top