Định vị robot sử dụng công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy được kết hợp với bộ lọc Kalman

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI

ĐỊNH VỊ ROBOT SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN

THÔNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY ĐƯỢC KẾT HỢP VỚI BỘ LỌC KALMAN

SVTH: Hoàng Như Việt Lớp: CCVT06B

GVHD: Nguyễn Thị Huyền Trang

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2016

…………………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………...........

…………………………………………………………………………………………………...

Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: …..……………….)

Đà Nẵng, ngày tháng 6 năm 2016

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Thị Huyền Trang

…………………………………………………………………………………………………...

Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: …..……………….)

Đà Nẵng, ngày tháng 6 năm 2016

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

MỤC LỤC iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VLC – TRUYỀN THÔNG SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 3

1.1. Đèn LED trắng 3

1.1.1. Một vài nét sơ lược 3

1.1.2. Các đặc trưng 5

1.1.2.1. Cường độ chiếu sáng 5

1.1.2.2. Công suất quang truyền 5

1.1.3. Ưu nhược điểm 6

1.1.3.1. Ưu điểm 6

1.1.3.2. Nhược điểm 7

1.2. Mô tả hệ thống VLC 7

1.2.1. Mô hình hệ thống 7

1.2.2. Cấu hình đường truyền 11

1.2.3. Kênh IM-DD 12

1.2.4. Công suất quang nhận 13

1.3. Ứng dụng và một số sản phẩm thực tế 14

1.3.1. Truyền thông di động 14

1.3.1.1. Truyền thông di động thế hệ sau 4G 14

1.3.1.2. Truyền thông trong các môi trường đặc biệt 15

1.3.2. Truyền hình 15

1.3.3. Nhà thông minh 16

1.3.4. Hệ thống giao thông thông minh 16

1.3.5. Định vị và dẫn đường 17

1.4. Tóm tắt chương một 17

CHƯƠNG II – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VLC TRONG MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ 18

2.1. Phương pháp định vị dựa trên thời gian sóng ánh sáng tới (TOA) 19

2.2. Phương pháp định vị dựa trên độ chênh lệch thời gian của các sóng ánh sáng tới (TDOA) 21

2.3. Phương pháp định vị dựa trên cường độ tín hiệu nhận được (RSS) 23

2.4. Phương pháp định vị dựa trên góc của sóng ánh sáng tới (AOA) 24

2.5. Phương pháp định vị kết hợp AOA-RSS 27

2.5.1. Mô hình hệ thống 27

2.5.2. Nhiễu hệ thống 28

2.5.3. Cơ chế hoạt động 29

2.5.3.1. Bước 1 – Xác định hướng của robot 29

2.5.3.2. Bước 2 – Xác định tọa độ của robot 29

2.6. Tóm tắt chương hai 30

CHƯƠNG III – ÁP DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG TRONG ĐỊNH VỊ ROBOT 31

3.1. Mô hình hệ thống: Cấu hình động học 31

3.1.1. Cập nhật vị trí 32

3.1.2. Sai số hệ thống 33

3.2. Mô hình phép đo 34

3.3. Bộ lọc Kalman 35

3.3.1. Ước đoán vị trí 36

3.3.2. Hiệu chỉnh vị trí 38

3.4. Tóm tắt chương ba 39

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Fourth Generation	Mạng di động thế hệ thứ tư
5G	Fifth Generation	Mạng di động thế hệ thứ năm
AOA	Angle of Arrival	Góc của tia sáng tới
AOA– RSS	Angle of Arrival – Received Signal Strength	Kết hợp hai phương pháp AOA và RSS
DC	Direct Current	Dòng trực tiếp
DD	Direct Detection	Tách sóng trực tiếp
FET	Field Effect Transistor	Transitor hiệu ứng trường
FOV	Field of View	Trường thu nhận ánh sang
GPS	Global Positioning System	Hệ thống định vị toàn cầu
IEEE	Institute of Electricaland Electronics Engineers	Viện kỹ thuật điện và điện tử
IM	Intensity Modulation	Điều chế cường độ
IR	Infrared	Hồng ngoại
IRB	Infrared Band	Dải bước song hồng ngoại
KF	Kalman Filter	Bộ lọc Kalman
LED	Light Emitting Diode	Đi-ốt phát quang
LOS	Light of Sight	Phương truyền thẳng
LS	Least square	Bình phương tối thiểu
LTE	Long-Term Evolution	Mạng 4G
MIMO	Multi Input – Multi Output	Kỹ thuật sử dụng nhiều đầu vào và đầu ra
NLOS	Non Light of Sight	Phương truyền gián tiếp
OOK	On-Off Keying	Điều chế ON/OFF
PD	Photodiode	Bộ nhận quang
RF	Radio Frequency	Sóng vô tuyến
RFB	Radio Frequency Band	Dải sóng vô tuyến
RFID	Radio Frequency Identification	Nhận dạng dựa vào tần số sóng vô tuyến
RSS	Received Signal Strength	Cường độ tín hiệu nhận

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 61 trang tài liệu này.

Time Difference of Arrival	Độ chênh lệch về thời gian của các tia sáng tới
TOA	Time of Arrival	Thời gian của tia sáng tới
VLC	Visible Light Communications	Công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy
YAG	Yttrium Aluminum Garnet	Granat ytri-nhôm

TDOA

Hình

Nội dung	Trang
1.1.	Vùng ánh sáng nhìn thấy trong phổ bức xạ điện từ	4
1.2.	Các loại đèn LED trắng cơ bản	5
1.3.	Sơ đồ khối của công nghệ VLC	8
1.4.	Sơ đồ khối cho cơ chế điều chỉnh độ sáng của đèn LED	9
1.5	Mô hình thực tế của công nghệ VLC trong môi trường trong nhà	10
1.6.	Phân loại đường truyền của hệ thống VLC	12
1.7.	Kênh IM/DD trong công nghệ VLC	12
1.8.	Mô hình truyền nhận ánh sáng trực tiếp (LOS)	13
1.9.	Công nghệ truyền thông VLC ứng dụng trong phòng họp	14
1.10.	Công nghệ VLC được sử dụng trong bệnh viện	15
1.11.	Sơ đồ khối của bộ phát video và audio	15
1.12.	Sơ đồ khối của bộ nhận video và audio	16
1.13.	Hệ thống giao thông thông minh	16
1.14.	Hệ thống dẫn đường E-mart trong siêu thị	17
2.1.	Đường tròn tưởng tượng chứa các điểm nhận được thời gian truyền ánh sáng như nhau.	19
2.2.	Vị trí robot trong vùng giao cắt của các đường tròn tưởng tượng	21
2.3.	Mô hình hệ thống của phương pháp TDOA	22
2.4.	Phương pháp định vị hyperbol	23
2.5.	Các tham số trong phương pháp định vị RSS	24
2.6.	Mô hình hệ thống của phương pháp định vị AOA	25
2.7.	Mô hình và các thông số hệ thống	25
2.8.	Kịch bản mô phỏng thuật toán định vị AOA	26
2.9.	Mô hình hệ thống kết hợp AOA-RSS sử dụng mảng PD	28
3.1.	Mô hình robot hai bánh vi sai a) Trạng thái của hệ thống robot b) Robot trong hệ tọa độ địa phương và toàn cục	32
3.2.	Ứng dụng thông thường của bộ lọc Kalman	36
3.3.	Sơ đồ minh họa ứng dụng của bộ lọc Kalman trong định vị robot	36