DE102017131117A1 - Wireless, electronic localization system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lokalisierungssystem (1) zur drahtlosen, elektronischen Abstandsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit (2) und einer mit der ersten Kommunikationseinheit (2) eine Funkstrecke (7) ausbildenden zweiten Kommunikationseinheit (3), wobei die erste Kommunikationseinheit (2) bevorzugt mobil, weiter bevorzugt tragbar, ausgebildet ist und das Lokalisierungssystem (1) Laufzeiterfassungsmittel (14) zur drahtlosen Abstandsbestimmung zwischen der ersten Kommunikationseinheit (2) und der zweiten Kommunikationseinheit (3) umfasst Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Realisierung der Laufzeiterfassungsmittel (14) die zweite Kommunikationseinheit (3) eine Schallquelle (10) zum Erzeugen eines hörbaren oder Ultraschall- Akustiksignals (11) als Reaktion auf ein von der ersten Kommunikationseinheit (2) empfangenes erstes Funksignal aufweist und die ersten Kommunikationseinheit (2) Schallerfassungsmittel (8), bevorzugt ausgebildet als Mikrofon (8), zum Empfangen des mit der zweiten Kommunikationseinheit (3) erzeugten Akustiksignals (11) aufweist sowie Schalllaufzeitmittel (15) vorgesehen sind, die aus einer aus dem Erzeugen und dem Empfangen des Akustiksignals (11) bestimmten Schalllaufzeit ein Abstandssignal erzeugen, wobei die zweite Kommunikationseinheit (3) derart ausgebildet ist, dass das Erzeugen des Akustiksignals (11) von dem empfangenen ersten Funksignal abhängig ist, insbesondere durch dieses ausgelöst wird.The invention relates to a localization system (1) for wireless, electronic distance determination between a first communication unit (2) and a second communication unit (3) forming a radio link (7) with the first communication unit (2), wherein the first communication unit (2) is preferably mobile , further preferably wearable, is formed and the localization system (1) comprises transit time detection means (14) for wireless distance determination between the first communication unit (2) and the second communication unit (3). According to the invention, the second communication unit is used to implement the transit time detection means (14) (3) a sound source (10) for generating an audible or ultrasonic acoustic signal (11) in response to a first radio signal received by the first communication unit (2), and the first communication unit (2) comprises sound detection means (8), preferably designed as a microphone (8), to the rec Sound-time means (15) are provided which generate a distance signal from a sound transit time determined from the generation and the reception of the acoustic signal (11), the second communication unit (3) being provided with the acoustic signal (11) generated by the second communication unit (3). is formed such that the generation of the acoustic signal (11) is dependent on the received first radio signal, in particular triggered by this.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lokalisierungssystem umfassend eine erste Kommunikationseinheit und eine zweite Kommunikationseinheiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur drahtlosen, elektronischen Abstandsbestimmung sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems.The present invention relates to a localization system comprising a first communication unit and a second communication units according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for wireless, electronic distance determination and the use of a localization system according to the invention.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Abstand zwischen einer ersten Kommunikationseinheit zu einer zweiten Kommunikationseinheit durch die Analyse von Funksignalen der zwischen den beiden Kommunikationseinheiten ausgebildeten Funkstrecke zu bestimmen. Grundsätzlich sind hierfür aus dem Stand der Technik zwei unterschiedliche Verfahren bekannt. Zum einen kann eine Abstandsbestimmung am Empfänger durch die Auswertung der Signalstärke der über die Funkstrecke empfangenen Funksignale erfolgen, woraus sich die von den Funksignalen zurückgelegte Wegstrecke bestimmen lässt. Nachteilig ist, dass das auszuwertende Funksignal auch durch von Gegenständen verursachte Reflektionen überlagert wird, was zu konstruktiver und destruktiver Interferenz führt und das Endergebnis verfälscht. Daher sind für eine hohe Genauigkeit bei der Ortsbestimmung hochsensible und damit auch kostenintensive Sensormittel erforderlich, weshalb diese Technologie nur sehr eingeschränkt nutzbar ist.From the prior art, it is known to determine the distance between a first communication unit to a second communication unit by the analysis of radio signals of the formed between the two communication units radio link. Basically, two different methods for this from the prior art are known. On the one hand, a determination of the distance at the receiver can take place by the evaluation of the signal strength of the radio signals received over the radio link, from which the distance traveled by the radio signals can be determined. The disadvantage is that the radio signal to be evaluated is also superimposed by reflections caused by objects, which leads to constructive and destructive interference and falsifies the final result. Therefore, highly sensitive and therefore costly sensor means are required for a high accuracy in determining the location, which is why this technology is only very limited useable.
Zum anderen kann der Abstand zwischen der ersten Kommunikationseinheit und der mit der ersten Kommunikationseinheit eine Funkstrecke ausbildenden zweiten Kommunikationseinheit auch durch Laufzeiterfassungsmittel bestimmt werden. Hierbei wird die Ausbreitungsdauer der Funksignale erfasst, um auf den von den Funksignalen zurückgelegte Wegstrecke zu schließen. Dies erfordert genaue Laufzeiterfassungsmittel, da sich die Funksignale mit sehr großer Geschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) ausbreiten und daher schon kleine Messfehler einen großen Einfluss auf die Wegstrecke haben.On the other hand, the distance between the first communication unit and the second communication unit forming a radio link with the first communication unit can also be determined by time-of-flight detection means. In this case, the propagation time of the radio signals is detected in order to conclude the distance traveled by the radio signals. This requires accurate timekeeping means, since the radio signals propagate at very high speed (speed of light) and therefore even small measurement errors have a great influence on the distance.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lokalisierungssystem zur drahtlosen, elektronischen Abstandsbestimmung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, welches bei der Abstandsbestimmung eine hohe Ortsauflösung ermöglicht. Dabei sollen sich Offsetfehler und Abweichungen nur geringfügig auf die Laufzeiterfassungsmittel auswirken und zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass kostengünstige und im Idealfall bereits vorhandene Komponenten als Kommunikationseinheit zur Ausführung des Lokalisierungssystems nutzbar sind, insbesondere in Kombination mit einer bewegungssensorbasierten Beleuchtungsvorrichtung.Object of the present invention is therefore to provide a localization system for wireless, electronic distance determination according to the preamble of the main claim, which allows a high spatial resolution in the distance determination. In this case, offset errors and deviations should have only a minor effect on the transit time acquisition means and lead to a falsification of the measurement result. In particular, it is also provided that cost-effective and ideally already existing components can be used as a communication unit for implementing the localization system, in particular in combination with a motion sensor-based lighting device.
Die Aufgabe wird durch das Lokalisierungssystem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Schutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird gleichermaßen beansprucht für ein Verfahren zum Ausführen des erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems, insbesondere zur Ortung eines handelsüblichen Smartphones. Darüber hinaus wird auch Schutz beansprucht für die Verwendung eines erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems zum drahtlosen Verschließen eines Kraftfahrzeugs sowie zur Innenraum-Navigation oder einer Nahbereichsnavigation in Lagerhallen, Gebäuden, in einem Tunnelsystem oder bei der navigierten Zuteilung von reservierten Sitzplätzen in einem Zug oder Bus.The object is achieved by the localization system having the features of the main claim. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims. Protection in the context of the present invention is likewise claimed for a method for carrying out the localization system according to the invention, in particular for locating a commercially available smartphone. In addition, protection is also claimed for the use of a locating system according to the invention for the wireless locking of a motor vehicle as well as for interior navigation or short-range navigation in warehouses, buildings, in a tunnel system or in the navigated allocation of reserved seats in a train or bus.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise umfassen die Laufzeiterfassungsmittel des die erste Kommunikationseinheit sowie die zweite Kommunikationseinheit aufweisenden erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems auf Seiten der zweiten Kommunikationseinheit eine Schallquelle zum Erzeugen eines hörbaren oder Ultraschall-Akustiksignals als Reaktion auf ein von der ersten Kommunikationseinheit erzeugtes und über die Funkstrecke an die zweite Kommunikationseinheit übermitteltes Funksignal. Auf Seiten der ersten Kommunikationseinheit sind Schallerfassungsmittel umfasst, die bevorzugt als Mikrofon ausgebildet sind, sowie Schalllaufzeitmittel zum Erzeugen eines Abstandssignals aus der durch das Erzeugen und das Empfangen des Akustiksignals bestimmten Schalllaufzeit. Als für das menschliche Ohr hörbare Schallwellen werden erfindungsgemäß Akustiksignale aus einem Wertebereich zwischen 16Hz bis 20kHz verstanden. Ultraschallsignale, die mit einem menschlichen Ohr nicht hörbar sind, liegen in einem Frequenzbereich zwischen 20kHz bis 60kHz. Zur Abstandsbestimmung wird sich erfindungsgemäß zunutze gemacht, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Akustiksignale (Schallwellen) in der Luft konstant und bekannt ist. Dies ermöglicht es, über die Bestimmung der Schalllaufzeit die Entfernung zwischen der Schallquelle und den Schallerfassungsmitteln zu bestimmen, indem die mittels der Schalllaufzeiterfassungsmittel bestimmte Schalllaufzeit mit der (konstanten) Schallgeschwindigkeit multipliziert wird. Im Hinblick auf die aus dem Stand der Technik bekannten, auf Funksignalen basierenden Laufzeiterfassungsmittel ist die wesentlich geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit des Akustiksignals (Schallgeschwindigkeit beträgt 340m/s) im Vergleich zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funksignale (Lichtgeschwindigkeit beträgt 299000000m/s) signifikant, weshalb sich ein konstanter Offsetfehler bei der auf Funksignalen basierenden Abstandsbestimmung viel stärker auf das Ergebnis auswirkt, als bei der erfindungsgemäßen auf Schallsignalen basierenden Abstandsbestimmung.In accordance with the invention, the transit time acquisition means of the location system of the invention comprising the first communication unit and the second communication unit comprise a sound source for generating an audible or ultrasonic acoustic signal in response to a signal generated by the first communication unit and via the radio link to the second communication unit transmitted radio signal. On the side of the first communication unit sound detection means are included, which are preferably designed as a microphone, and sound running time means for generating a distance signal from the determined by the generation and the reception of the acoustic signal sound propagation time. As audible to the human ear sound waves according to the invention are understood acoustic signals from a range of values between 16Hz to 20kHz. Ultrasound signals that are inaudible with a human ear are in a frequency range between 20kHz to 60kHz. For distance determination, use is made according to the invention that the propagation speed of the acoustic signals (sound waves) in the air is constant and known. This makes it possible to determine the distance between the sound source and the sound detection means by determining the sound propagation time by multiplying the sound propagation time determined by the sound propagation time detection means by the (constant) sound velocity. With regard to the known from the prior art based on radio signals transit time detection means is significantly lower propagation speed of the acoustic signal (sound speed is 340m / s) compared to the propagation speed of the radio signals (speed of light is 299000000m / s) is significant, which is why a constant offset error much stronger in the radio-based distance determination on the result, as in the invention based on sound signals distance determination.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher die zweite Kommunikationseinheit zweite Zählermittel aufweist, insbesondere zum Starten eines zeitbasierten, bevorzugt synchron zu einer Taktfrequenz laufenden Zählerbetriebs. Der Zählerbetrieb soll durch den Empfang eines über die Funkstrecke von der ersten Kommunikationseinheit an die zweite Kommunikationseinheit übermitteltes Funksignal startbar und/oder aktivierbar sein (als Trigger) und durch den Empfang eines zweiten Funksignals wieder auslesbar oder beendbar sein. In diesem Zusammengang ist es bevorzugt, wenn das zweite Funksignal von der ersten Kommunikationseinheit als Reaktion auf den Empfang des von der zweiten Kommunikationseinheit ursprünglich erzeugten Akustiksignals generiert wurde. Dies setzt ein Lokalisierungssystem um, in dem lediglich in der zweiten Kommunikationseinheit Zählermittel vorgesehen sein müssen. Gleichzeitig reduziert sich der Aufwand an Baugruppen auf Seiten der ersten Kommunikationseinheit, die somit bevorzugt auch mobil oder tragbar, insbesondere besonders kompakt, ausgebildet sein kann. Jedoch ist auch eine Ausführungsform besonders bevorzugt, in der die erste Kommunikationseinheit und die zweite Kommunikationseinheit jeweils mobil, bevorzugt tragbar, ausgebildet sind.An embodiment of the invention is also preferred, in which the second communication unit has second counter means, in particular for starting a time-based counter operation, preferably synchronously with a clock frequency. The counter operation is to be startable and / or activatable (as a trigger) by the receipt of a transmitted via the radio link from the first communication unit to the second communication unit radio signal and be read or terminated by receiving a second radio signal again. In this connection, it is preferable if the second radio signal was generated by the first communication unit in response to the reception of the acoustic signal originally generated by the second communication unit. This implements a localization system in which counter means must be provided only in the second communication unit. At the same time, the complexity of subassemblies on the part of the first communication unit, which can therefore also be designed to be mobile or portable, in particular particularly compact, is reduced. However, an embodiment in which the first communication unit and the second communication unit are each mobile, preferably portable, is particularly preferred.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die erste Kommunikationseinheit erste Zählermittel auf, insbesondere zum Starten eines zeitbasierten, bevorzugt synchron zu einer Taktfrequenz laufenden, Zählerbetriebs, der zeitgleich (synchron) mit dem Aussenden eines über die Funkstrecke übermittelbaren Funksignals startbar sein soll. Sobald der Zählerbetrieb durch das Funksignal aktiviert wurde, erhöht sich ein Zählerwert periodisch um einen festen Wert. Der aktive Betrieb der Zählermittel kann durch den Empfang eines Akustiksignals beendbar sein, um die Dauer zwischen dem Aussenden des Funksignals und dem Empfang des Akustiksignals zu erfassen. Dies ermöglicht die Umsetzung eines Lokalisierungssystems, in dem lediglich in der ersten Kommunikationseinheit Zählermittel erforderlich sind, was eine vorteilhafte Vereinfachung der zweiten Kommunikationseinheit ermöglicht.In a further development of the invention, the first communication unit has first counter means, in particular for starting a time-based, preferably synchronously to a clock frequency counter operation, which is to be startable at the same time (synchronously) with the emission of a transmissible over the radio link radio signal. As soon as counter operation has been activated by the radio signal, a counter value increases periodically by a fixed value. The active operation of the counter means may be terminable by the receipt of an acoustic signal to detect the duration between the transmission of the radio signal and the reception of the acoustic signal. This makes it possible to implement a localization system in which counter means are required only in the first communication unit, which enables an advantageous simplification of the second communication unit.
Insbesondere ist für eine Steigerung der Genauigkeit der Schalllaufzeitmittel vorgesehen, dass die erste Kommunikationseinheit erste Zählermittel aufweist und die zweite Kommunikationseinheit zweite Zählermittel aufweist, die sich bevorzugt über ein Initialisierungsfunksignal synchronisieren lassen. Dabei soll eine besonders bevorzugte Ausführungsform es ermöglichen, dass der Zählerbetrieb der ersten Zählermittel auf den Zählerbetrieb der zweiten Zählermittel synchronisierbar ist oder aber auch umgekehrt, also dass der Zählerbetrieb der zweiten Zählermittel sich auf den Zählerbetrieb der ersten Zählermittel synchronisieren lässt. Darüber hinaus ist es weiter bevorzugt, wenn der Zählerbetrieb der ersten Zählermittel und der zweiten Zählermittel derart miteinander synchronisierbar sind, dass von beiden Zählermitteln ein synchronisierter Zählerbetrieb ausgeführt wird. Mit anderen Worten sollen hierbei beide Zählwerte neu gestartet werden, um einen synchronen Zählerbetrieb zu ermöglichen. Der synchrone Zählerbetrieb zwischen den ersten Zählermitteln und den zweiten Zählermitteln ermöglicht den Austausch und den Vergleich von Zählerwerten. Dies ermöglicht die Genauigkeit der Schalllaufzeitmittel zu verbessern, da der von den Funksignalen entlang der Funkstrecke entstehende Zeitbedarf (Funklaufzeit) zum Starten und/oder Stoppen des Zählerbetriebs wegfällt, da erfasste Zeitpunkte der ersten und zweiten Zählermittel vergleichbar werden. Somit kann der Zeitpunkt der Erzeugung des hörbaren bzw. Ultraschall- Akustiksignals von den zweiten Zählermitteln als Erzeugungszeitpunkt (
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise umfasst eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Laufzeitkompensationsmittel, die in der ersten Kommunikationseinheit und/oder in der zweiten Kommunikationseinheit angeordnet sind. Die Laufzeitkompensationsmittel sind dabei derart ausgebildet, dass diese eine Korrektur der ermittelten Schalllaufzeit ermöglichen. Hierfür erfolgt bevorzugt eine Korrektur über einen konstanten Korrekturfaktor, der die Verzögerung- und Latenzzeiten der vorgesehenen Elektronikbaugruppen kompensiert. Ergänzend kann über einen solchen Korrekturfaktor auch die Laufzeit der Funksignale kompensiert werden. Hierbei ist weiterbildend auch eine dynamisch Funklaufzeitkompensation vorgesehen, wobei anhand der Dauer zwischen dem Aussenden eines Funksignals und dem Empfang eines Antwortfunksignals die Funklaufzeit erlangt wird.In accordance with the invention advantageously, a particularly preferred embodiment of the invention comprises delay compensation means, which are arranged in the first communication unit and / or in the second communication unit. The delay compensation means are designed such that they allow a correction of the determined sound propagation time. For this purpose, a correction preferably takes place via a constant correction factor which compensates for the delay and latency times of the intended electronic modules. In addition, the propagation time of the radio signals can be compensated via such a correction factor. In this case, a dynamic Funfunzeitzeitkompensation is further provided, wherein on the basis of the duration between the emission of a radio signal and the reception of an answering radio signal, the Funfunaufzeit is obtained.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Kommunikationseinheit Bestandteil einer sensorbasierten Beleuchtungsvorrichtung oder wird durch einen ultraschallbasierten Bewegungssensor ausgebildet, der auf Grundlage des Dopplereffekts zur bewegungsgesteuerten Beleuchtungsansteuerung genutzt wird. Durch diese vorteilhafte Maßnahme könnte eine Erweiterung der bereits bestehenden und einen ultraschallbasierten Bewegungssensor nutzenden Beleuchtungsvorrichtungen erfolgen und somit mit geringem Aufwand ein erfindungsgemäßen Lokalisierungssystem umsetzen. Weiterbildend kann auch die erste Kommunikationseinheit als ein handelsübliches Smartphone ausgebildet sein, was den Aufwand zur Umsetzung des Lokalisierungssystems noch weiter minimiert.In a particularly preferred embodiment of the invention, the second communication unit is part of a sensor-based lighting device or is formed by an ultrasound-based motion sensor, which is used on the basis of the Doppler effect for motion-controlled lighting control. This advantageous measure could be an extension of the existing and a Ultrasonic-based motion sensor using lighting devices and thus implement a localization system according to the invention with little effort. In a further development, the first communication unit can also be designed as a commercially available smartphone, which further minimizes the effort required to implement the localization system.
In diesem Zusammenhang ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Schallquelle der zweiten Kommunikationseinheit derart ausgebildet ist, dass das hörbare oder Ultraschall- Akustiksignal modulierbar ist, um eine Unterscheidung zwischen den Akustiksignalen des Bewegungssensors und des Lokalisierungssystems zur Abstandsbestimmung sicherzustellen. Weiterbildend ist in diesem Zusammenhang auch vorgesehen, dass eine Verschiebung des Frequenzbereichs erfolgt, und dabei insbesondere die Frequenz der Schallquelle von 40kHz in einen Bereich kleiner als 30kHz verschoben wird.In this context, it is further provided that the sound source of the second communication unit is designed such that the audible or ultrasonic acoustic signal is modulated to ensure a distinction between the acoustic signals of the motion sensor and the localization system for distance determination. Further education is also provided in this context that a shift of the frequency range takes place, and in particular the frequency of the sound source of 40kHz is shifted in a range smaller than 30kHz.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht es vor, dass die zweite Kommunikationseinheit Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist und etwa das automatisierte unbeabsichtigte Verschließen des Innenraums verhindert.Another preferred embodiment of the invention provides that the second communication unit is part of a motor vehicle and prevents approximately the automated inadvertent closing of the interior.
Weiterbildend ist es vorgesehen, dass mindestens die erste Kommunikationseinheit als datenverarbeitende Telefonieeinheit, insbesondere als Smartphone, ausgebildet ist. Hierbei wird bevorzugt durch die Installation einer Software (App) ein Programm installiert, das Zugriff auf die Bluetooth-Einheit sowie das Mikrofon des Smartphones besitzt. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass ein standardmäßig verbautes Mikrofon in einem handelsüblichen Smartphone Akustiksignale bis zu einer Frequenz von üblicherweise 30kHz bis zu 50kHz erfassen kann. In diesem Zusammenhang ist auch eine Kombination von mehreren standardmäßig verbauten Mikrofonen oder eine Aktivierung eines einzelnen Mikrofons eines Smartphones denkbar, um die Erfassung des hörbaren oder Ultraschall- Akustiksignals mit dem Smartphone zu optimieren.In a further development, it is provided that at least the first communication unit is designed as a data-processing telephony unit, in particular as a smartphone. In this case, preferably by installing a software (App) installed a program that has access to the Bluetooth unit and the microphone of the smartphone. It is particularly advantageous that a standard built-microphone in a standard smartphone acoustic signals can capture up to a frequency of usually 30kHz up to 50kHz. In this context, a combination of several standard built-in microphones or activation of a single microphone of a smartphone is conceivable to optimize the detection of the audible or ultrasonic acoustic signal with the smartphone.
Besonders bevorzugt ist es im Rahmen günstiger Weiterbildungen der Erfindung zudem auch, wenn sich die Funkverbindung auf Basis von, bevorzugt standardisierten, Funkprotokollen, insbesondere entsprechend eines standardisierten Bluetooth-Funkprotokolls, realisieren lässt. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass praktisch sämtliche handelsüblichen Smartphones über eine Bluetooth-Einheit verfügen und somit nach der Installation eines Anwendungsprogramms (App) die Funktionalität der ersten Kommunikationseinheit oder eine zweite Kommunikationseinheit realisieren können. Besonders vorteilhaft in der Realisierung der Funkstrecke auf Basis der Bluetooth-Einheit sind der geringe Energieverbrauch einer auf dem Bluetooth-Standard basierenden Funkverbindung sowie die hohe Zuverlässigkeit. Ferner erlaubt diese Weiterbildung der Erfindung den Einsatz von standardisierten und somit kostengünstig beziehbaren Funkeinheiten (Massenware) auch bei Ausführungsformen der ersten Kommunikationseinheit und/oder der zweiten Kommunikationseinheit, die nicht als Smartphone ausgebildet sind.In the context of favorable developments of the invention, it is also particularly preferred if the radio connection can be implemented on the basis of, preferably standardized, radio protocols, in particular in accordance with a standardized Bluetooth radio protocol. It is particularly advantageous that virtually all commercially available smartphones have a Bluetooth unit and thus can realize the functionality of the first communication unit or a second communication unit after installing an application program (App). Particularly advantageous in the realization of the radio link based on the Bluetooth unit are the low energy consumption of a based on the Bluetooth standard radio link and high reliability. Furthermore, this development of the invention allows the use of standardized and thus inexpensively obtainable radio units (mass-produced) even in embodiments of the first communication unit and / or the second communication unit, which are not designed as a smartphone.
Darüber hinaus wird im Rahmen der Erfindung auch Schutz beansprucht für ein Verfahren zur drahtlosen, elektronischen Abstandsbestimmung für ein erfindungsgemäßes Lokalisierungssystem, das zumindest die folgenden Schritte umfasst: In einem ersten Schritt erfolgt das Senden eines Funksignals durch eine erste Kommunikationseinheit, um eine Funkstrecke mit einer zweiten Kommunikationseinheit aufzubauen. Wird dieses Funksignal von einer sich in Reichweite befindenden zweiten Kommunikationseinheit empfangen, erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt, als Reaktion auf das Empfangen des Funksignals, das Erzeugen eines hörbaren oder Ultraschall- Akustiksignals über die Schallquelle der zweiten Kommunikationseinheit. Das hörbare bzw. Ultraschall- Akustiksignal wird sich dann in dem Abstandsbestimmungsraum ausbreiten und nach einer von der Entfernung der ersten Kommunikationseinheit zur zweiten Kommunikationseinheit abhängigen Schalllaufzeit auf die Schallerfassungsmittel der ersten Kommunikationseinheit treffen. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt in der ersten Kommunikationseinheit das Empfangen des Akustiksignals durch die Schallerfassungsmittel. Anschließend wird die Schalllaufzeit durch Schalllaufzeitmittel ermittelt. Schließlich erfolgt in einem letzten Verfahrensschritt das Erzeugen eines Abstandsignals aus der ermittelten Schalllaufzeit.In addition, the invention also claims protection for a method for wireless, electronic distance determination for a location system according to the invention, comprising at least the following steps: In a first step, the transmission of a radio signal by a first communication unit to a radio link with a second Establish communication unit. If this radio signal is received by a second communication unit located within range, in a second method step, in response to the reception of the radio signal, the generation of an audible or ultrasonic acoustic signal takes place via the sound source of the second communication unit. The audible or ultrasonic acoustic signal will then propagate in the distance determination space and hit the sound detection means of the first communication unit after a sound transit time dependent on the distance of the first communication unit to the second communication unit. In a further method step, the reception of the acoustic signal by the sound detection means takes place in the first communication unit. Subsequently, the sound propagation time is determined by the sound propagation time means. Finally, in a last method step, a distance signal is generated from the determined sound propagation time.
In einer Weiterbildung dieses Verfahrens erfolgt eine Korrektur der ermittelten Schalllaufzeit durch einen, bevorzugt konstanten oder dynamischen, Korrekturfaktor. Durch die Korrektur der Schalllaufzeit sollen die von den Elektronikbaugruppen der ersten Kommunikationseinheit und/oder der zweiten Kommunikationseinheit verursachten Verzögerungszeiten und Latenzzeiten verringert werden. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass eine Kompensation der Funklaufzeit erfolgt, da die Funklaufzeit von der Länge der Funkstrecke abhängt. Hierfür wird, insbesondere durch die ersten Zählermittel, die Dauer zwischen dem Aussenden eines Funksignals und eines von der zweiten Kommunikationseinheit unmittelbar als Reaktion auf das empfangene Funksignal erzeugte (Antworts-) Funksignals gemessen, woraus sich die Funklaufzeit ableiten lässt.In a further development of this method, the determined sound propagation time is corrected by a, preferably constant or dynamic, correction factor. By correcting the sound propagation time, the delay times and latencies caused by the electronic components of the first communication unit and / or the second communication unit are to be reduced. In this context, it is also possible that a compensation of the radio delay takes place, since the radio delay depends on the length of the radio link. For this purpose, the duration between the emission of a radio signal and a (response) radio signal generated by the second communication unit directly in response to the received radio signal is measured, in particular by the first counter means, from which the radio transmission time can be derived.
Weiter bevorzugt ist es auch, dass, insbesondere vor sämtlichen anderen Verfahrensschritten, eine Synchronisation der ersten Zählermittel und/oder der zweiten Zählermittel erfolgt, zum Sicherstellen eines synchronen Zählerbetriebs der ersten Zählermittel und der zweiten Zählermittel. Hierbei ist es denkbar, dass sich der Zählerbetrieb der ersten Zählermittel auf den Zählerbetrieb der zweiten Zählermittel synchronisiert oder aber auch umgekehrt. Alternativ ist auch eine Synchronisation möglich, in der in Abhängigkeit eines, insbesondere über die Funkstrecke, bevorzugt von einem dritten Teilnehmer, übermittelten, Synchronisationspulses ein Neustart der Zählerbetriebe der ersten Zählermittel und der zweiten Zählermittel erfolgt.It is also preferred that, in particular before all other method steps, a synchronization of the first counter means and / or the second counter means is for ensuring a synchronous counter operation of the first counter means and the second counter means. It is conceivable that the counter operation of the first counter means synchronized to the counter operation of the second counter means or vice versa. Alternatively, a synchronization is possible in which, depending on a, in particular via the radio link, preferably from a third party, transmitted, synchronization pulse, a restart of the counter operations of the first counter means and the second counter means is carried out.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems zum Verhindern des automatisierten (drahtlosen und elektronischen) Verschließens eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs, wobei die erste Kommunikationseinheit, bevorzugt als mobile datenverarbeitende Telefonieeinheit, weiter bevorzugt als Smartphone, ausgebildet ist und räumlich einem Autoschlüssel zugeordnet ist. Die zweite Kommunikationseinheit ist bevorzugt im Kraftfahrzeug stationär vorgesehen, wobei hierbei der Abstandsbestimmungsraum durch den Fahrzeuginnenraum bestimmt wird. Dies ermöglicht es, den Innenraum eines Kraftfahrzeugs mit einer hohen Genauigkeit bei der Ortsauflösung zu überwachen, um somit das automatisierte Verschließen des Schlüsselsystems des Kraftfahrzeugs erst zu aktivieren, wenn der die erste Kommunikationseinheit mit sich führende Fahrer des Kraftfahrzeugs den Innenraum oder eine um das Kraftfahrzeug definierbare Zone verlässt.In addition, the invention also includes the use of the localization system according to the invention for preventing the automated (wireless and electronic) closing of a vehicle interior of a motor vehicle, wherein the first communication unit, preferably as a mobile data-processing telephony unit, more preferably as a smartphone, is formed and spatially associated with a car key , The second communication unit is preferably stationary in the motor vehicle, in which case the distance determination space is determined by the vehicle interior. This makes it possible to monitor the interior of a motor vehicle with a high degree of accuracy in the spatial resolution so as to activate the automated closing of the key system of the motor vehicle only when the driver of the motor vehicle leading the first communication unit controls the interior or a vehicle that can be defined Zone leaves.
Ferner umfasst die Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems zur Innenraum-Navigation, insbesondere zur Kurzbereichs-Navigation, insbesondere für eine selektive lokale Beleuchtungsansteuerung in Lagerhallen, Gebäuden, einem Tunnelsystem oder zu einer navigationsbasierten Sitzplatzvergabe in Zügen oder öffentlichen Bussen.Furthermore, the invention also encompasses the use of a localization system according to the invention for interior navigation, in particular for short-range navigation, in particular for selective local lighting control in warehouses, buildings, a tunnel system or navigation-based seating in trains or public buses.
Im Ergebnis ermöglicht somit die vorliegende Erfindung das Realisieren eines, insbesondere für den Innenbereich geeigneten, Lokalisierungssystems auf überraschend einfache und kostengünstige Weise. Hierbei wird sich auf herausragende Art und Weise die geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit von Akustiksignalen (Schallgeschwindigkeit) im Vergleich zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funksignalen (Lichtgeschwindigkeit) zu Nutze gemacht, wodurch kostengünstige Bauteile für die Realisierung der Laufzeiterfassungsmittel nutzbar werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung auf äußerst einfache Weise die Genauigkeit bei der Ortsauflösung im Rahmen einer Abstandsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit und einer zweiten Kommunikationseinheit zu erhöhen.As a result, the present invention thus makes it possible to realize a localization system which is suitable in particular for the interior, in a surprisingly simple and cost-effective manner. In this case, the lower propagation speed of acoustic signals (sound velocity) compared to the propagation speed of radio signals (speed of light) is used in an outstanding manner, whereby cost-effective components for the realization of the transit time detection means are available. Thus, the present invention makes it possible in a very simple manner to increase the accuracy in the spatial resolution in the context of a distance determination between a first communication unit and a second communication unit.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings.
Diese zeigen in
-
1 : ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems aufweisend eine erste Kommunikationseinheit und eine zweite Kom munikationseinheit, -
2 : einen Grundriss eines Gangs zur automatisierten Beleuchtungssteuerung mittels eines erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems als konkretes Implementierungsbeispiel der Erfindung -
3 : ein Flussdiagramm umfassend wesentliche Verfahrensschritte, die von einem erfindungsgemäßen Lokalisierungssystem durchgeführt werden, um den Abstand zwischen einer als Smartphone ausgebildeten ersten Kommunikationseinheit zu einer zweiten Kommunikationseinheit zu bestimmen.
-
1 FIG. 2: a block diagram of a location system according to the invention comprising a first communication unit and a second communication unit, FIG. -
2 FIG. 2: a plan view of a corridor for automated lighting control by means of a localization system according to the invention as a concrete implementation example of the invention -
3 a flowchart comprising essential method steps, which are performed by a localization system according to the invention, to determine the distance between a trained as a smartphone first communication unit to a second communication unit.
In den Figuren sind funktionsgleiche oder zueinander äquivalente Elemente und Baugruppen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, functionally equivalent or mutually equivalent elements and assemblies are identified by the same reference numerals.
Das schematische Blockschaltbild der
Eine weitere Funktionseinheit der ersten Kommunikationseinheit
Wie bereits erwähnt, umfasst die zweite Kommunikationseinheit
Nach dem Aktivieren erfolgt zunächst in einer Suchphase ein Suchlauf, wobei die erste Kommunikationseinheit
Nach einer von der Entfernung der ersten Kommunikationseinheit
In
Nach der Synchronisationsphase
Im Zustand
Die zweite Kommunikationseinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LokalisierungssystemLocation system
- 22
- erste Kommunikationseinheitfirst communication unit
- 33
- zweite Kommunikationseinheitsecond communication unit
- 44
- erste Zählermittelfirst metering means
- 55
- erste Logikmittelfirst logic means
- 66
- erste Funkeinheitfirst radio unit
- 77
- Funkstreckeradio link
- 88th
- SchallerfassungsmittelSound detection means
- 99
- zweite Funkeinheitsecond radio unit
- 1010
- Schallquellesound source
- 1111
- ultraschallbasiertes Akustiksignalultrasound-based acoustic signal
- 1212
- zweite Zählermittelsecond counter means
- 1313
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 1414
- LaufzeiterfassungsmittelRuntime detection means
- 1515
- SchalllaufzeitmittelSound propagation time means
- 1616
- LaufzeitkompensationsmittelDelay compensation means
- 1717
- Smartphone Smartphone
- 2020
- Grundrissground plan
- 2121
- Ganggear
- 2222
- Lagerhallestorage hall
- 2323
- Zone Zone
- 3030
- Suchlaufsearch
- 3131
- Synchronisierungsynchronization
- 3232
- EmpfansbetriebsmodusEmpfansbetriebsmodus
- 3333
- Sendebetriebtransmission mode
- 3434
- Zeitpunkt erfassenRecord time
- 3535
- ZurückschickenSend back
- 3636
- Korrekturcorrection
- 3737
- Berechnungcalculation
- 3838
- Empfangreception
- 3939
- Korrekturcorrection
- 4040
- Berechnungcalculation
Claims (15)
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DE102017131117.3A DE102017131117A1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Wireless, electronic localization system |
Publications (1)
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