Sistema de localização através de ondas de som no interior de edifícios

Abstract

Com a evolução de robôs de utilização doméstica, caminha-se a largos passos para uma era onde o suporte a certas camadas da sociedade, nomeadamente os idosos ou pessoas com incapacidade ou dificuldade de locomoção, poderão ser acompanhados e assistidos por máquinas a todo o momento para as mais variadas tarefas do quotidiano. Um dos aspetos mais importantes com a utilização destas máquinas é a forma de as chamar aquando da necessidade de ser prestado um qualquer serviço (trazer uma bebida por exemplo). A forma atualmente utilizada passa pelo recurso a um controlo remoto, com funcionamento por infravermelhos ou por rádio frequência, que necessita da utilização de uma bateria. Infelizmente, estas baterias perdem o seu nível de energia incapacitando o funcionamento do dispositivo de chamamento. Por forma a ultrapassar esta limitação, a utilização de um dispositivo passivo que não necessita de qualquer tipo de alimentação é de todo aconselhável, mas que pode levantar outro tipo de problemas nomeadamente na localização do mesmo e por sua vez, da localização do chamador para lhe ser prestado o serviço. Nesta dissertação é proposta uma solução para este desafio, onde é apresentado um sistema baseado num dispositivo passivo de chamamento através da emissão de um som agudo e num conjunto de sensores acústicos que, através de processos de análise de sinal, consegue calcular a localização do dispositivo. São apresentados os diversos componentes de todo o sistema, bem como todos os algoritmos e métodos utilizados para o cálculo da localização. O sistema foi implementado numa solução de baixo custo, através da utilização de um microcontrolador central para a análise dos sinais dos recetores. A experimentação efetuada provou a consistência e desempenho do sistema desenvolvido e os valores de localização obtidos possuíram erros inferiores a 1 m de raio.

With the development of robots for domestic use mankind is giving large steps forward to an era where support for certain layers of society, particularly the elderly, people with disabilities or people with limited mobility, may be accompanied and assisted by machines at all times for a variety of everyday tasks. One of the most important aspects to the use of these machines is the way of calling them when they are needed to provide any service (bring a drink for example). Nowadays a remote control is used to perform the operation based on infrared or radio frequency, which requires the use of a battery. Unfortunately, these batteries lose their power level disabling the call operation. In order to overcome this limitation, the use of a passive device that does not require any type of power supply and it is highly advisable, but may raise other problems especially at the own location of the device and in turn the location of the caller for the service to be provide. This dissertation proposes a solution to this challenge where a system is described based on a passive calling device that produces a sharp sound, with a set of acoustic sensors that through signal processing and analysis, calculates the location of the device. The various components of the entire system are also presented as well as all the algorithms and methods used for calculating the localization. The system was implemented in a low cost solution through the use of a microcontroller core for analyzing signals from the receivers. The testings performed proved the consistency and performance of the developed system and localization values obtained contain errors less than 1 m radius.