Ultrasonic Indoor Localization Application

Abstract

Yer belirleme, hareket eden insan/ nesne konumu için belirli koordinatları belirtir. En yaygın yer belirleme sistemi örneği, bir mobil Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) alıcısı ve GPS uyduları kullanmaktadır. GPS konumu, doğruluğu 5-20 m’ye kadar belirlenebilmekte ve GPS uyduları sayesinde tüm dünyada erişilebilmektedir. Ne yazık ki, iç mekan yer tespiti uygulamaları için uygun değildir. İç mekan yer tespiti sistemleri farklı türden yer tespiti uygulamaları gerektirmektedir. Çünkü, GPS sinyalleri kapalı alanlarda sönümlenmeye uğramakta ve engellerden etkilenmektedir. Doğruluk oranı daha yüksek iç mekan lokalizasyon sistemleri, alışveriş merkezleri, fabrikalar ve havalimanları gibi mekanlarda reklam, bina navigasyonu gibi çeşitli uygulamaların daha verimli geliştirilmesini sağlayabilir. Günümüzde iç mekan yer belirleme sistemleri için Wi-Fi, Bluetooth, Görünür Işık İletişimi (VLC) gibi çeşitli teknikler kullanılabilmektedir.Bu tez çalışması, 3 boyutlu Kartezyen Koordinatlarda 1-10 cm arası doğruluk oranına sahip Techilus iç mekan yer tespiti sisteminin tasarımı ve uygulanmasını tanıtmaktadır. Techilus Ultrasonik ile Kapalı Alan Yer Tespiti Teknolojisinin kısaltmasıdır. Techilus sistemi Ultrasonik ve WiFi teknolojilerinn hibrit bir yöntem olarak kullanıldığı yeni bir kapalı alan yer tespiti uygulamasını temsil eder. Techilus sistemi donanım ve mobil uygulama kısımlarından oluşmaktadır. Sistemin donanım kısmı verici olarak, ve yaygın olarak kullanılan WiFi destekli akıllı telefonlar alıcı olarak konumlandırılmıştır. Donanım bölümünde, 3 boyutta yer tespiti yapabilmek için dört ünite sistemi tasarlanmıştır. Bu ünite sistemi, ultrasonik ve WiFi bilenşelerine sahip bir ana kontrol ünitesi ve ultrasonik vericilere sahip üç adet sinyal üretim ünitesinden oluşmaktadır. Sinyal üretim birimleri ve ana ünite, maksimum 150Vrms voltaj ile 20 KHz frekansında sinyal üretir. MATLAB ve Android platformlarında sinyal algılama, WiFi zaman senkronizasyonu ve 3 boyutta yer tespiti ölçümleri için çeşitli algoritmalar geliştrilmiştir.

Localization refers to determine specific coordinates for traveler location. The most common localization system example is using a mobile Global Positioning System (GPS) receiver and GPS satellites. . GPS signal accuracy is 5-20m and the range is available in worldwide. Unfortunately, it is not appropriate for indoor localization systems. Indoor localization systems require different kind of localization systems because GPS signals cannot receive in indoor areas due to the signal dampening and obstructions. More accurate indoor localization systems can improve the efficiency of various applications like advertising, building navigation in places such as malls, factories and airports. Nowadays, indoor positioning systems include various techniques such as GPS, Wi-Fi, Bluetooth, Visible Light Communication (VLC) for indoor positioning. This thesis describes the design and implementation of the Techilus indoor localization system, which is an abbreviation of Technology for Indoor Localization with Ultrasound, that provides 1-10cm accuracy in 3D Cartesian Coordinates. Techilus system defines a new way of the indoor localization applications which uses Ultrasound and WiFi technologies as a hybrid method. Techilus system consists of hardware and mobile application parts. The hardware part of the system positioned as a transmitter and widely used smartphones with WiFi support are positioned as receivers. In the hardware part, a four units system has been designed to measure the location in 3D. It consists of a main control unit with ultrasound and WiFi components, and three signal generation units with ultrasonic transmitters. Signal generation units and main unit produce 20 KHz ultrasound with a maximum voltage of 150Vrms. Several algorithms developed for signal detection, WiFi time synchronization, and 3D measurement, in MATLAB and Android Platform.