Mikrocontroller mit puck.js

[Jonathan Boerster]

Hallo,
mein Name ist Jonathan und kenne mich leider kaum mit microcontroler aus. Ich bräucht aber einen der genau die unten genannten Anforderungen erfüllt, möchte keine genaue Anleitung oder ein fertiges Produkt sonder nur gerne wissen welche Module ich verwenden könnte um es so umtusetzten. Als Grundbaustein hab ich an einen puck.js gedacht. Hier sagt mir die Bauform, der einzelne Knopf und die Übertragung über Bluetooth schon sehr zu und vereint somit schon viele meiner Anforderungen.
Am meisten Kopfzerbrechen bereitet mir die Entfernungsmessung.

Habe mich auch gefragt ob man über die Signalstärke eines Bluetooth-signales auf die ungefähre Entfernung schätzen kann.

Anforderungen:
-Abstandamessung zum anderen "gleichartigen" Microkontroler messen (max 3 m Toleranz) maximaler Abstand der gemessen werden muss sind 40 m
-Es muss die Möglichkeit bestehen einen Siganlton abzugeben
taster, schalter oder ähnliches ( ein schalter mit I/O würde langen, funktionen mit "doppelklick" oder "lange halten" wäre besser)
-programierbar für schleifen, timer Ect.
-geräte müssen miteinander auf mindestens 50m komunizieren und daten austauschen, bzw das andere Gerät steuern können. (auf LED s oder Signalton des anden Gerätes zugreifen)
-Die Akku- / Batterielaufzeit muss länger wie 3 Tage a 20h betragen


*Funktionsprinzip:

2 geräte verbinden sich sorfort wenn sie sich in Reichweite sind und messen ab ca. 40m ständig den Abstand zueinander. Bei einem Tastendruck auf einen der beiden Geräten soll auf den anderen Gerät ein Signalton ertönen, wenn sich dieses unter einer Distanz von 25 m zum anderen Gerät befindet. Zudem soll ein 10 sek. Timer gestartet werden. Befindet es sich nach 10 sek immernoch unter 25 m soll es einen weiteren Signalton geben. War es beim Tastendruck nicht unter 25 m soll das durch LED s auf dem Gerät angezeigt werden auf dem gedrückt wurde. Es soll in alle Richtungen gehen auf beiden soll der siganlton ertönen wenn auf den jeweils anderen gedrückt wird.
Es ist kein Muss aber es wäre schön wenn das ganze dann auch mit 3 oder mehr Teilnehmern funktioniert. Bei alllen Geräten im Umkreis unter 30m soll dann der signalton ertönt oder nur beim jeweils nächstgelegenen.

der Preis sollte 200€ pro Gerät nicht überschreiten.

Im voraus vielen Dank
Gruß Jonathan

[i_make_it]

Hallo,

da ich jetzt in Bett will werde ich nichts erklären,
aber gib mal im Suchfeld des Forums (oben rechts) "signalstärke entfernung" ein.
Da kommen dan jede Menge Threads bei denen es darum geht und warum das nicht funktioniert.
Du kannst auch enfach mal ein Handy anrufen, es dann in die Mikrowelle legen (ohne diese einzuschalten) und dann noch mal anrufen.
Am besten geht das bei einer Mikrowelle aber mit 2,4GHz Geräten.
Das Beispiel zeigt einfach wie bei gleicher Entfernung die abschirmende Wirkung eines Objektes zwei total unterschiedliche Signalstärken zur Folge hat.

[Peter(TOO)]

Hallo Jonathan,

Das mit der Taste, blinken und tuten ist von der Programmlogik her, kein Problem.

Bluetooth kannst du schon einmal vergessen. Normales Bluetooth funktioniert nur im Bereich von ein paar Metern.

Die Distanzmessung über die Signalstärke funktioniert auch nur, wenn du genau weisst, was sich alles zwischen den beiden Geräten befindet. Du wirst im Wald eine ganz andere Distanz berechnen als auf freiem Feld und wenn da eine Betonwand mit genug Eisen dazwischen ist, hast du gar keinen Empfang.
40m bekommst du auf freiem Feld mir WLAN hin, aber wie jeder weiss kann es schon Probleme geben vernünftigen Empfang im Stockwerk über dir hin zu bekommen.

Für die Funkverbindung müsste man also zuerst noch mehr über die Umgebung in welcher die Geräte verwendet werden sollen, wissen.

Die Entfernungsmessung wird vermutlich nur über GPS möglich sein. Für eine absolute Messung der Positionen ist GPS aber zu ungenau. Allerdings müsste es über eine Art Differential-GPS funktionieren: Jedes Gerät sendet seine aktuellen GPS-Daten über die Funkverbindung. Der Empfänger vergleicht dann die Empfangene Position mit der aktuell selber gemessenen. Da der absolute Fehler bei beiden Geräten gleich ist, funktioniert dann aber die Differenz-Berechnung der beiden Werte trotzdem sehr genau.

Allerdings funktioniert GPS in Gebäuden oft nicht!

Ich vermute deine Anwendung geht in Richtung Spiel, so in der Art wie Paintball?

MfG Peter(TOO)

[Jonathan Boerster]

danke für die schnelle Antwort.

Das klingt jetzt alles nicht so vielversprechend...

das neuere Bluetooth 5.0 hat mir irgendwie Hoffnung gemacht, dort wird mit einer Reichweite von 80 m geworben, das das optimalwerte sind ist mir klar aber das die Realität nicht über 20m kommt ist unpraktisch.

Auch das mit der Abstandsmessung hab ich mir das schon fast gedacht. Aber kenn mich zu wenig mit der Materie aus um alle Möglichkeiten einzubeziehen.

Es sind bis jetzt nur überlegungen aber wäre es nicht möglich mit irgendeiner Art "Strahlung" oder "wellenlängen" zu arbeiten die verschiedene Distanzen zurücklegen. Und somit drei kreisfelder um sich zu erzeugen das erste bei ca 10 m das zweite bei 20m.

mir geht es in erster Linie nicht um eine genaue abstandsmessung, daswäre das optimale. Mir würde es in erster linie Reichen wenn beide Geräte zur gleichen zeit aufeinen gleichen Abstand zueinender kommen und wenn der unter einem grenzwert von 20 +- 5m kommt etwas damit ausgelöst wird.

ja du hast Recht es soll eine Erweiterung eines Outdoor Spieles werden. Es wird immer im wald gespielt. ohne Betonwände oder Lichtungen.

[Ceos]

20m ist nicht viel und das aufbauen der verbindung dauert auch einen moment, je nachdem wie "schnell" das spiel abgeht wird das wahrscheinlich kaum reichen ...
stell doch besser mal ein paar detaisl zu spiel vor dann lässt sich auch besser zur verwendbaren technik beraten

mir schwirrt im moment eher vor ein ESP Modul mit einem GPS Modul zu verbinden und eine permanente WLAN AdHoc Verbindung offen zu halten und dann die GPS koordinaten für die abstandsrechnung zu verwenden

[i_make_it]

Je nach Wellenlänge ist Wasser auch eine Funksenke und dämpft den Empfang.
Sofern Outdoor also nicht Trockenwüste heist sondern mehr oder weniger dichte Vegitation, braucht es gar keinen Beton sondern Baumstämme und Blätter können auch eine Dämpfung verursachen.
Je kleiner dabei die Antennenleistung ist, um so größer wirkt sich eine Dämpfung aus.

Da man bei bekanntem Abstand und Position von Sender und Empfänger über die Signaldämpfung durchaus auf die Beschaffenheit des Raums dazwichen schließen kann. (Dämpfungsprofil über das spektrum) ist es nicht möglich bei unbekannter Dämpfung die Entfernung rein über die Signalstärke zu ermitteln.
Mit Richtantennen kann man den Seiten- und Höhenwinkel der Signalquelle ermitteln.
Durch stufenweise Verringern der Verstärkung auch ziemlich genau, aber anders wie bei Sonden (Metallsuchgeräte) die magnetisch und im Nahfeld arbeiten, kann man mit Funk im Fernfeld keine Enfernung übr die Dämpfung ermitteln wenn die Dämpfung des Raumes (und sich darin befindender Objekte) zum Zeitpunkt der Messung nicht bekannt ist.
In der Funkortung werden deshalb auch Laufzeitmessungen genutzt.
Wenn jedes Gerät also Sender und Empfänger ist, kann man die Entfernung feststellen.

A Sendet ein Signal, startet einen (sehr schnellen) Timer und wartet auf eine Antwort.
B empfängt das Signal von A und sendet eine Antwort.
A Empfängt die Antwort von B, stoppt den Timer, zieht die Laufzeitverzögerung die bei der Verarbeitung in B stattfand ab (dafür muß diese ermittel werden und in A gespeichert sein) teilt das Ergebniss dann noch durch 2 und fertig.

Soweit ganz gut, dummerweise breiten sich Funkwellen in der Atmosphäre immer noch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus.
Für 20m ist ca. der 15 millionste Teil einer Sekunde nötig.
Das wird dann ein recht sportliches unterfangen das auszuwerten.
Man könnte noch mit Interferenz eines FM-Signals arbeiten, wenn der Empfänger einfach Analog das Signal aufnimmt, das Nutzsignal vom Träger auf eine andere Trägerfrequenz modeliert, verstärkt, und wieder abstrahlt.
Am Sender könnte man dann mit einem Ringmischer Sendesignal und Empfangssignal mischen (die beiden aufmodulierten Signale mit gleicher Frequenz nicht die Träger) und über die Phasenverschiebung im Verhältniss zur Wellenlänge die Gesamtlaufzeit ermitteln.
Auch hier muß dann die Durchlaufverzögerung in B abgezogen werden und der rest durch 2 geteilt.
Nachteil bei dieser Methode ist, das bei einem Abstand x und einem Abstand x+n mal Wellenlenge jeweils die selbe Phasenverschiebung rauskommt.
Bei einer Annäherung von A an B könnte man also das Ergebniss 0 bekommen obwohl man noch das nfache der Wellenlänge entfernt ist.

Übrigens ein Uhrenabgleich mit einem DCF Signal ist auch keine Lösung, da sich das DCF Signal ja auch als Funk ausbreitet und somit genauso Schnell ist wie das zu messende Signal. Der Unterschied der Uhren von A und B hängt dann nur davon ab wie ihre Entfernung vom DCF Sender ist.
Liegen beide genau auf der selben Kugelschale bekommt man ein exaktes Ergebniss, sind sie Radial auf einer Linie bekommt man null oder den doppelten Wert. Also zwichen null und der doppletne Entfernung liegt die Fehlerspanne für alle möglichen Anordnungen von A, B und dem DCF Sender.

Man merkt also Funkortung ist nicht ganz trivial wenn Es um die Entferungsmessung geht (und dabei um kleine Entfernungen).

[Jonathan Boerster]

"stell doch besser mal ein paar Details zu spiel vor dann lässt sich auch besser zur verwendbaren Technik beraten"

@ Ceos
Funktionsweise haben ich oben beschrieben, das ganze findet Nachts statt und wird einfach gesagt wie Verfangen gespielt, nur das jeder Sucher und Fänger zugleich ist. Ich möchte aber gerne eine Entfernung einstellen in der man sich gegenseitig "Abklatschen" kann und deshalb muss ich irgendwie die Entfernung messen. (Einstellbar zwischen 10 bis 40 m ist meine Vorstellung) Der Tastendruck soll das Abklatschen darstellen.


"Man könnte noch mit Interferenz eines FM-Signals arbeiten, wenn der Empfänger einfach Analog das Signal aufnimmt, das Nutzsignal vom Träger auf eine andere Trägerfrequenz modeliert, verstärkt, und wieder abstrahlt."

@ i_make_it
Angenommen ich würde es so machen, was wären so meine Eckdaten ( Reichweite, Akkulaufzeit, Anschaffungskosten, Messgenauigkeit)

[Ceos]

ehrlich gesagt hab ich gerade ein breites grinsen im gesicht, das schreit ja fast nach laser tagging XD einfach ein paar IR receiver und zum taggen halt fokusierte IR dioden so muss man auch noch zielen können
ich bleib dennoch bei meinem vorschlag mit vernetzung und GPS, damit bekommt man denke ich die präzisesten informationen

am besten modulierte sender und empfänger, dann kann man jedem tagger sogar eine ID geben

[Jonathan Boerster]

Ja das war mein erster plan, aber das gibt Probleme mit dem Waffenrecht als Anscheinwaffe und auch das Problem das ein Blatt das Signal stört finde ich nicht gut. Deshalb bin ich auf die Idee gekommen einfach in einen bestimmten Abstand Gegner "außer Gefecht" zu setzen.

ok das mit dem GPS ist schon mal ein Ansatz aber das geht doch auch nur maximal auf 6 m genau, und wenn beide geräte +- 6 m haben ist es doch auch extrem ungenau. Ich gehe immer davon aus das es Bewölkt ist und im Wald gespielt wird.

könnte man Bluetooth Signalstärke und GPS zusammen verwenden um einen Mittelwert draus zu ziehen?


Kann man damit was anfangen?
https://www.marotronics.de/DWM1000-v...UWB-kompatibel

[Peter(TOO)]

[QUOTE=Jonathan Boerster;636700]ok das mit dem GPS ist schon mal ein Ansatz aber das geht doch auch nur maximal auf 6 m genau, und wenn beide geräte +- 6 m haben ist es doch auch extrem ungenau.[QUOTE]
JAIN.
Dies gilt nur für die absolute Positionsbestimmung.

Wenn du zwei GPS-Empfänger nebeneinander legst zeigen die die Position auf 6m genau an, aber beide liegen immer gleich falsch. Zwischen den beiden Empfängern hast du eine Differenz im cm-Bereich.

Wenn du also deine Geräte vernetzt und jedes Gerät eine ID und seine aktuelle GPS-Position sendet, kann jedes Gerät sehr genau berechnen in welchem Abstand sich die anderen Geräte gerade befinden.
Damit kann man 1-2cm Genauigkeit erreichen und in der Höhe 2-3cm.

Das Verfahren ist unter "Differential GPS" zu finden.
Hier verwendet man eine feste Station mit genau bekannter Position, welche ein Korrektur-Signal sendet.

In deinem Fall sind aber nur die Abstände wichtig, es ist egal ob die Geräte glauben sich gerade am Nord- oder Südpol zu befinden.

MfG Peter(TOO)