Bei der Lokalisierung von Objekten gibt es bereits eine Vielzahl von etablierten Prinzipien. Die meisten Verfahren basieren auf der Analyse und Verarbeitung von Signalcharakteristiken.
Für einige Systeme davon ist ein aktives und somit wartungsunfreundliches Zusatz- Equipment (z.B. batteriebetriebene Sender) notwendig, dass an ein Ortungsobjekt zu koppeln ist. Bei anderen ist sogar eine Sichtverbindung zwischen Objekt und Meßsystem erforderlich (z.B. Bildverarbeitung), die jedoch störanfällig oder nicht anwendbar ist. Störfaktoren sind u. a. diffuses Licht und Staub.
Auf der konzeptuellen Ebene soll ein Verfahren zum Lokalisieren von Objekten mit Hilfe der RFID-Transponder entwickelt werden. Dabei soll vor allem nach geeigneten Berechnungsverfahren, hochpräzisen Meßsystemen und für die Objektlokalisierung geeigneten RFID-Systemen recherchiert werden. Eine detaillierte Verhaltensanalyse von elektromagnetischen Wellen in elektronischen Bauelementen sowie die Entwicklung neuer RFID Transponder zählen nicht dazu.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Problemstellung und -abgrenzung
1.3 Ziel der Arbeit
1.4 Vorgehen
2 Grundlagen
2.1 Radio Frequenz Identifikation
2.2 Ortsauflösende Objektlokalisierung
2.2.1 Ansätze
2.2.2 Übertragungscharakteristiken
2.3 Verwendete Messinstrumente
2.3.1 Spektrumanalysator
2.3.2 Oszilloskop
3 Problemanalyse
3.1 Szenario zur ortsauflösenden Objektlokalisierung
3.1.1 Methoden der theoretischen Berechnungsverfahren
3.2 Analyse der RFID– Signale
3.3 Zusammenfassung
4 Lösungskonzept
4.1 Aufstellen des mathematischen Gleichungssystems
4.2 Lösungsansätze zum Hardwareaufbau
4.2.1 Antennenarchitektur
4.2.2 Aktive und passive Signalfilterung
4.2.3 Aktive Signalverstärkung
4.2.4 Signalwandlung in ein TTL- Signals
4.2.5 Hardwareumsetzung zur Zeitmessung
4.2.6 Programmaufbau der Zeitverarbeitungseinheit
4.2.7 Programmaufbau zur Berechnung der Position
4.2.8 Ausgabe der Werte
4.3 Zusammenfassung
5 Umsetzung
5.1 Verifikation des mathematischen Gleichungssystems
5.2 Konkretisierung der Hardwareumsetzung
5.2.1 Antennen
5.2.2 Signalfilterung
5.2.3 Signalverstärkung
5.2.4 Signalwandlung
5.2.5 Entwurf der Zeitmessung
5.2.6 Zeitverarbeitung
5.2.7 Positionsbestimmung und Visualisierung
5.2.8 Der Gesamtaufbau
6 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Konzepts zur ortsauflösenden Objektlokalisierung mittels RFID-Transpondern, wobei ein neues mathematisches Einweg-Verfahren zur Laufzeitmessung entworfen und hardwarenah umgesetzt werden soll.
- Grundlagen der RFID-Technik und Identifikationssysteme
- Analyse theoretischer Verfahren zur Objektlokalisierung
- Entwicklung eines mathematischen Gleichungssystems für die Trilateration
- Konzeption und Aufbau der Hardware (Antennen, Filter, Verstärker, Zeitmessung)
- Programmierung der Zeitverarbeitung und Positionsberechnung auf Mikrocontroller-Basis
Auszug aus dem Buch
4.1 Aufstellen des mathematischen Gleichungssystems
Die meisten vorgestellten mathematischen Konzepte zur Berechnung einer Position sind bei der Hardwareumsetzung entweder kostenintensiv oder ungenau. Aufgrund dessen wird hier ein neuer Ansatz präsentiert.
Bei diesem Verfahren handelt sich um eine Einwegmessung der Phase ohne Zeitsynchronisation. Und trotzdem kann damit die Lage und Orientierung eines Objektes im Raum berechnet werden. Eine Abänderung der Funktion der Transponder, ist aber dennoch erforderlich. Dieser muss subharmonisch, auf einer anderen Frequenz als die des Schreib-/Lesegeräts ein Signal nach Aufforderung aussenden.
Die Ankunftszeiten der empfangenen Signale an den Antennen L0, L1, L2, L3, die sich an verschiedenen Stellen im Raum befinden, werden gemessen s.Abb.4.0. Dies geschieht durch ein gemeinsames Zeitmeßsystem, hier im Bild die Zeitachse t. Die Kommunikation zwischen den Schreib-/Lesegerät (grauer Kasten) und Transponder (gelber Punkt) findet wie üblich statt. Dabei versorgt das Schreib-/Lesegerät den Transponder dauerhaft mit Energie.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die RFID-Thematik, Problemstellung, Zielsetzung und die methodische Vorgehensweise der Arbeit.
2 Grundlagen: Überblick über RFID-Systeme, Bauformen von Transpondern, Übertragungsverfahren sowie grundlegende Ansätze der Objektlokalisierung und Messinstrumente.
3 Problemanalyse: Identifikation der Herausforderungen bei der Objektlokalisierung und Analyse theoretischer Berechnungsverfahren wie Triangulation und Trilateration.
4 Lösungskonzept: Herleitung des neuen mathematischen Einweg-Messverfahrens und Entwurf des Hardwareaufbaus inklusive Signalverarbeitung und Mikrocontroller-Anbindung.
5 Umsetzung: Detaillierte Darstellung der Hardware-Realisierung, Verifikation des mathematischen Modells und Implementierung der Software zur Positionsbestimmung.
6 Zusammenfassung und Ausblick: Kritische Würdigung der erzielten Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Weiterentwicklungen des Konzepts.
Schlüsselwörter
RFID, Objektlokalisierung, Laufzeitmessung, Trilateration, Transponder, Zeitmessung, Signalverarbeitung, Mikrocontroller, Hardwareentwicklung, Einwegmessung, Positionierung, Zeitauflösung, Hochfrequenztechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Verfahrens zur präzisen ortsauflösenden Lokalisierung von Objekten unter Nutzung der RFID-Technologie.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf RFID-Grundlagen, mathematischen Lokalisierungsmodellen und der praktischen Realisierung eines elektronischen Zeitmesssystems.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Hauptziel ist die Realisierung eines Konzepts, das eine zentimetergenaue Objektlokalisierung ermöglicht, ohne auf kostspielige, synchronisierte Zeitmesssysteme angewiesen zu sein.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein mathematisches Einweg-Berechnungsverfahren basierend auf der Multilateration entwickelt, welches durch praktische Messaufbauten und Simulationen verifiziert wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die Problemanalyse bestehender Verfahren, die Herleitung eines neuen Gleichungssystems und die detaillierte Hardwareumsetzung inklusive Filterung, Verstärkung und Zeit-Digital-Wandlung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe sind RFID, Objektlokalisierung, Laufzeitmessung, Trilateration sowie die Hardwareimplementierung mittels TDC-Bausteinen und Mikrocontrollern.
Warum wird im Lösungskonzept ein neues mathematisches Verfahren vorgestellt?
Bestehende mathematische Konzepte zur Positionsberechnung sind bei der Hardwareumsetzung oft entweder zu ungenau oder mit extrem hohen Kosten verbunden; der neue Ansatz umgeht diese Probleme.
Welche Rolle spielt der "Resolution Adjust Modus" in der Arbeit?
Dieser Modus des verwendeten TDC-Bausteins ermöglicht eine temperatur- und spannungsunabhängige sowie langzeitstabile Zeitmessung, was für die erforderliche hohe Präzision essenziell ist.
- Arbeit zitieren
- Sinisa Krecak (Autor:in), 2005, Laufzeitmessung von RFID-Signalen zur ortsauflösenden Objektlokalisierung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/109470
