Projekt 53: iBeacon Indoor Lokalisierung

TI Sensor Tag

Autoren: Bozer, Ranzinger
Betreuer: Prof. Schneider

→ zurück zur Übersicht: WS 18/19: Angewandte Elektrotechnik (BSE)

Aufgabe

Die Aufgabe besteht darin, die Daten von einem Sensortag (CC2650) der Fa. Texas Instruments auszulesen und zu lokalisieren.

Als Motivation dient dabei die Schwäche der GPS-Lokalisierung auszunutzen und diese zur Stärke in stark abgeschirmten Orten (wie Beispielsweise in Tunneln oder teilweise in Einkaufszentren) zu machen.

Erwartungen an die Projektlösung

• Recherchieren Sie Verfahren zur Indoor Navigation
• Machen Sie sich mit iBeacon vertraut und nutzen Sie dieses Verfahren zur Lokalisierung
• Lokalisieren Sie ein dynamisches Fahrzeug während der Fahrt und bestimmen Sie die Genauigkeit Ihres Systems.
• Nutzen Sie als Referenz unser TopCon Lasertracker-System
• Machen Sie ein spektakuläres Videos, welche die Funktion visualisiert und Ihre Ergebnisse denen von des Referenzsystems gegenüberstellt.
• Test und wiss. Dokumentation
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Einleitung

Bevor der Sensortag detailliert und die Problemlösung vorgestellt wird, sollte der Leser eine kleine Motivation für die Thematik bekommen.

Die Indoor-Lokalisierung findet in vielen Bereichen Anwendung und ist eines der wesentlichen Bausteine für die Industrie 4.0-Lösungen. Die Lösungsansätze für diesen Baustein sind sehr breit gefächtert und beinhalten Technologien wie hochfrequenten Mobilfunkstandard 5G, Ultraschall oder Bluetooth-Low-Energy Techniken.

Der Sensortag CC2650 verwendet für die Kommunikation Bluetooth Low Energy (BLE). Dabei agiert die 4. Generation der Bluetooth-Kommunikation wie ihre Vorgänger im 2,4 GHz Bandbreite. Allerdings liegt der wesentliche Unterschied im Stromverbrauch. Mit einer Knopfzelle (bspw. CR 2032) können Geräte teilweise jahrelang (bis zu 5 Jahren) betrieben werden und sind somit kostengünstigere alternative zu dem "normalen" Bluetooth. Dies liegt vorallem daran, dass die Verbindung nur wenige Millisekunden (beim Bluetooth ~100 Millisekunden) aufrecht erhalten wird, da die Datengeschwindigkeit bei 1 Mb/s liegt und die Daten "nur" in geringen Mengen periodisch transferiert werden .

Die Lokalisierung kann über die Berechnung der Entfernung zum Empfänger geschehen. Jedoch haben die "Beacons" mit BLE keinen konstanten Abstrahlungsfeld und die Signale werden durch organische Körper, Metallen usw. abgeschirmt. Die Genauigkeit in der Lokalisierung leidet zwar darunter, jedoch kann man mit verschiedenen Ansätzen diesen entgegenwirken.

Projekt

Projektdurchführung

Die Software Matlab, mit welches die Lokalisierung programmiert wurde, unterstützt die Bluetooth-Low-Energy Technologie noch nicht. Um dennoch Daten von dem TI Sensortag zu empfangen und zu bearbeiten, muss dies über eine Schnittstelle geschehen. Dafür bietet die Fa. TI den USB Dongle CC 2540 an. Diese muss man allerdings auf die Aufgabe vorbereiten, weil alleine durch "Plug & Play" bekommt der Dongle keinen Port und ist somit unbrauchbar für Matlab.

Jedoch kann man nicht alleine über USB auf den Chip des USB Dongle (CC 2540) zugreifen. Dafür ist ein sog. Debugger notwendig. [1]

Es folgt nun eine Anleitung zum Flashen des USB Dongle (CC 2540):

1. Software installieren

• BLE-STACK (TI) (Support for CC2540/CC2541) downloaden und ausführen (damit notwendige Treiber für den Dongle entpackt werden): http://www.ti.com/tool/BLE-STACK-ARCHIVE
• SmartRF Flash Programmer (TI): http://www.ti.com/tool/FLASH-PROGRAMMER
• Treiber für den CC Debugger: http://www.ti.com/lit/zip/swrc212

2. Debugger an den Rechner per USB anschließen

Debugger vor und nach Installation des Treibers

3. Treiber installieren

• Geräte-Manager öffnen (Windows)
• CC Debugger finden und "Treiber aktualisieren"
• "auf dem Computer nach Treibersoftware suchen"
• den heruntergeladenen Treiber (aus 1. Software) auswählen und installieren

4. Den USB Dongle CC 2540 an den Debugger anschließen und den Knopf des Debugger drücken. Nach erfolgreicher Installation des Treibers, sollte nun die LED am Debugger "grün" leuchten (siehe Bild Debugger vor und nach Installation des Treibers).

5. SmartRF Flash Programmer starten und überprüfen, ob der Dongle CC 2540 erkannt wird (siehe Bild SmartRF Flash Programmer).

SmartRF Flash Programmer

6. Falls ja, unter Flash-Image folgende Datei auswählen (Flash-Image bekommt man aus der Installation vom BLE-STACK 1a): CC2540_USBdongle_HostTestRelease_All.hex

7. Den Rest unverändert lassen und auf „Perform actions“ klicken und flashen

8. Während des Flash-Vorgangs, wechselt die LED am CC2540 die Farbe (von grün auf rot)

9. Im Geräte-Manager überprüfen, ob der CC2540 USB Dongle einen seriellen Port (z.B. COM-7) zugewiesen bekommen hat.

10. Herzlichen Glückwunsch, die Vorbereitungen sind abgeschlossen.

Weblinks

• TI Sensor Tag

Literatur

--- → zurück zur Übersicht: WS 18/19: Angewandte Elektrotechnik (BSE)