diff --git a/Praesentation/beamer.pdf b/Praesentation/beamer.pdf index 4d00dfc..42fbafa 100644 Binary files a/Praesentation/beamer.pdf and b/Praesentation/beamer.pdf differ diff --git a/Praesentation/beamer.tex b/Praesentation/beamer.tex index bb04bc8..e41fa01 100644 --- a/Praesentation/beamer.tex +++ b/Praesentation/beamer.tex @@ -2,14 +2,17 @@ % Theme choice: \usetheme{Singapore} +\usecolortheme{seagull} % Title page details: -\title{Bachelorthesis} +%\titlegraphic{\includegraphics[height=1.5cm]{../static/logo.pdf}} + +\title{\includegraphics[height=1.5cm]{../static/logo.pdf}\\ \vspace{1em}Bachelorthesis} \subtitle{Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von Smartphone-Sensoren} -\date{\today} +\date{23.03.2022} \author{Sebastian Preisner} -\institute{Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt} -% \titlegraphic{\hfill\includegraphics[height=1.5cm]{logo.pdf}} +%\institute{Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt} + % Setup theme %\usefonttheme{serif} @@ -17,16 +20,36 @@ \setbeamertemplate{footline}[frame number]{} \setbeamertemplate{navigation symbols}{} -\usecolortheme{seagull} + %\setbeamercolor{block title}{bg=blue!20,fg=black} %\setbeamercolor{block body}{bg = blue!10, fg = black} %\setbeamertemplate{itemize item}[square] %\setbeamercolor{itemize item}{fg = cyan} %\setbeamercolor{enumerate item}{fg = cyan} - +\setbeamercolor{alerted text}{fg=red} \beamertemplatenavigationsymbolsempty %\setbeamercolor{titlelike}{fg=red} +\usepackage{appendixnumberbeamer} +% Setup Section title +\AtBeginSection[]{ + \begin{frame}[noframenumbering,plain] + \vfill + \centering + \begin{beamercolorbox}[sep=8pt,center,shadow=true,rounded=true]{title} + \usebeamerfont{title}\insertsectionhead\par% + \end{beamercolorbox} + \vfill + \end{frame} +} + +\newcommand{\backupbegin}{ + \newcounter{finalframe} + \setcounter{finalframe}{\value{framenumber}} +} +\newcommand{\backupend}{ + \setcounter{framenumber}{\value{finalframe}} +} % ------------------------------ % Include packages @@ -37,9 +60,12 @@ \usepackage{siunitx} % SI-Units \sisetup{locale = DE} +\usepackage{tikz} % load the package tikz to manipulate the images + \usepackage{pgfpages} % Include notes to the presentation - \setbeameroption{show notes} - \setbeameroption{show notes on second screen = left} +\usepackage[duration=20]{pdfpcnotes} + %\setbeameroption{show notes} + %\setbeameroption{show notes on second screen = bottom} % ------------------------------ % Start Document @@ -48,121 +74,328 @@ \maketitle -\begin{frame}{Aufbau der Arbeit} +\begin{frame}{Inhalt der Präsentation} \setbeamertemplate{section in toc}[sections numbered] \tableofcontents[hideallsubsections] + \note[item]{Motivation darlegen} + \note[item]{Rahmenbedingungen abstecken} + \note[item]{Grundlagen erarbeiten} + \note[item]{Methodik: Vorgehen erläutern und fließend in die Auswertung übergehen} + \note[item]{Im Fazit gebe ich eine Zusammenfassung der Arbeit und einen Ausblick.} + \note[item]{In der Anschließenden Diskussion werde ich versuchen Ihre Fragen zu beantworten.} + \note[item]{1:20} \end{frame} - \section{Einleitung} -\begin{frame}{Steckbrief} - Sebastian Preisner \\ - 33 Jahre \\ - \vspace{2em} - Studiengang: Technische Informatik -\end{frame} - -\begin{frame}{Thema} - \centering - Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von Smartphone-Sensoren - - \note[item]{Titel vorlesen} - \note[item]{Idee dazu kam von einem Podcast Interview} -\end{frame} - \begin{frame}{Motivation} \pause -\note[item]{Im folgenden möchte ich kurz meine ganz \textbf{persönliche Motivation} für dieses Thema erläutern.} - \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth} +\note[item]{abweichen üblichen Motivationsbeschreibung} +\note[item]{ganz Persönliche Motivation für das Thema} +\begin{columns} + \begin{column}{0.3\textwidth} \centering \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/Opensource.pdf} - \end{minipage} \hfill -\note[item]{Ich bin seit 18 Jahren begeisterter \textbf{Vertreter der Open Source Scene} und mit meiner Arbeit wollte ich etwas Praxisnahes untersuchen, was dieser Scene zugute kommt.} + \end{column} \hfill +\note[item]{18 Jahre OpenSource begeistert} \pause - \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth} + \begin{column}{0.3\textwidth} \centering \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/Wikipedia.pdf} - \end{minipage} \hfill - \note[item]{Auch bin ich der Meinung das \textbf{jeder freien Zugang zu Wissen} und vorallem Bildung erhalten sollte. Diese Beiden Motivatoren vereint phyphox,} + \end{column} \hfill + \note[item]{Bildung und Wissen sollten jedem zugänglich sein.} \pause - \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth} + \begin{column}{0.3\textwidth} \centering - \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/Wikipedia.pdf} - \end{minipage} + \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/phyphox.jpg} + \end{column} + \end{columns} + + \note[item]{Möglichkeit untersuchen} + \note[item]{Lokalisierung zu Entwickeln} + \note[item]{für Tischexperimente nutzbar} + \note[item]{3:16} +\end{frame} - \note[item]{eine Anwendung die es ermöglicht mithilfe des \textbf{Smartphones und den verbauten Sensoren} verschiedenste Experimente durch zu führen und so \textbf{physikalische und chemische Vorgänge} greifbar zu machen. Durch diese Arbeit kann ich das Projekt unterstützen und neue Funktionen ermöglichen da es derzeit an einer \textbf{Lokalisierungsfunktion} fehlt.} +\begin{frame}{Technologie und Hardware} + \note[item]{Zum Einsatz kommt Bluetooth} + \note[item]{etablierter Standard zum Austausch von Daten} + \note[item]{Bluetooth-Beacon von Espurino} + \note[item]{Programmierbar mittels JavaScript} + \note[item]{OnePlus 7t mit Android 11} + + \begin{columns} + + \begin{column}{0.3\textwidth} + + \includegraphics[width=\textwidth]{../static/Bluetooth-logo.pdf} + \hspace*{15pt}\hbox{\tiny\scriptsize Quelle:\thinspace{\tiny\itshape Bluetooth SIG}} + + \end{column} + \pause + \begin{column}{0.3\textwidth} + + \includegraphics[width=\textwidth]{../static/puckjs-single.jpeg} + + \end{column} + \pause + \begin{column}{0.3\textwidth} + + \includegraphics[width=.7\textwidth]{../static/OnePlus-7T-Blue(2).png} + \hspace*{15pt}\hbox{\tiny\scriptsize Quelle:\thinspace{\tiny\itshape OnePlus}} + + \end{column} + + \end{columns} +\note[item]{4:30} \end{frame} \section{Grundlagen} -\begin{frame}{Einführung} - \begin{itemize} - \item Bluetooth - \end{itemize} - - iBeacon - Smartphone - Verwendet wird Bluetooth - -\end{frame} - \begin{frame}{Distanzmessung} - \includegraphics{../static/Wegpunkte.pdf} - \note[item]{Distanzmessung bezieht sich auf die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke.} - \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten.} +\centering + \begin{overprint} + \includegraphics<1>{../static/reale-strecke.pdf} + \includegraphics<2>{../static/digitale-wegpunkte.pdf} + \includegraphics<3>{../static/digitale-strecke.pdf} + \end{overprint} + + \onslide<1>{ + \begin{block}{Definition} + Die Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zurückgelegten Strecke. Die Strecke bezeichnet den Weg zwischen Start- und Zielpunkt. + \end{block} + } + + \note[item]{Diskrete erfassung von Wegpunkten.} + \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten = Strecke.} \note[item]{Wegpunkte können durch die Lokalisierung bestimmt werden.} + \note[item]{Beschränkung auf Lokalisierung} + \note[item]{} + \note[item]{\textbf{Übergang:} Verschiedene Lokalisierungsverfahren} + \note[item]{6:00} \end{frame} -\begin{frame}{Lokalisierung durch Trilateration} - \includegraphics<1>{../static/lateration-entfernung.pdf} - \note[item]{Es gibt \textbf{verschiedene Methoden zur Lokalisierung}, in dieser Arbeit wird die Trilateration eingesetzt weswegen ich sie hier kurz erläutern möchte.} - \note[item]{Bei der Trilateration wird die Entfernung zwischen Sender und Empfänger gemessen.} - \note[item]{Zieht man einen Kreis mit der Entfernung als Radius um den Sender, so erhält man die möglichen Positionen wo sich der Empfänger befindet.} - \includegraphics<2>{../static/lateration-kreis.pdf} - \includegraphics<3>{../static/lateration-positionen.pdf} - \note[item]{Um die Position genauer zu bestimmen werden mindestens zwei weitere Sender benötigt, daher wird diese Methode auch Trilateration genannt.} - \includegraphics<4>{../static/lateration-position.pdf} +\begin{frame}{Trilateration} +\centering + \begin{overprint} + \includegraphics<1>[height=.8\textheight]{../static/lateration-entfernung.pdf} + \note[item]{Entfernung zwischen Sender und Empfänger} + \note[item]{Kreis mit der Entfernung als Radius um den Sender} + \note[item]{Mögliche Positionen des Empfängers} + \includegraphics<2>[height=.8\textheight]{../static/lateration-kreis.pdf} + \note[item]{genaue Position zwei weitere Sender benötigt = Trilateration} + \includegraphics<3>[height=.8\textheight]{../static/lateration-position.pdf} \note[item]{Um missverständnisse aus zu räumen: Die Trilateration ist \textbf{nicht mit der Triangulation} zu verwechseln bei der die Einfallswinkel zur Positionsbestimmung herangezogen werden hallo.} + \end{overprint} + \note[item]{9:30} \end{frame} -\begin{frame}{Entfernungsmessung mithilfe der Signalstärke} +\begin{frame}{Entfernungsmessung} \centering - \note[item]{Eine Methode zur Entfernungsmessung unter Verwendung von Funksystemen ist die Signalstärkemessung} - - RSSI - Received Signal Strength Indicator +\note[item]{Entfernungsmessung mit Funksystemen = Signalstärkemessung.} +\note[item]{RSSI bei Bluetooth} +\note[item]{long-distance path loss Modell zur Vorhersage von Signalstärkeverlusten bei der Ausbreitung von Funkwellen.} +\note[item]{Einsatz in der Android-Beacon-Library} +\note[item]{Cho et al.} +\note[item]{Verbesserung bis 1,5m auf unter 10\%} +\note[item]{Ersetzung txPower durch live RSSI auf 1m, hier scPower} +\note[item]{Untersuchen der Übertragbarkeit auf die Lokalisierung} + + \onslide<1->{RSSI - Received Signal Strength Indicator} + + + + \onslide<2->{ + \begin{eqnarray} + d = A \cdot \left( \frac{P_R}{\alert<3>{txPower}} \right)^B + C + \end{eqnarray} + } + + \onslide<4->{"Accurate Distance Estimation between Things: A Self-correcting Approach" von Cho et al.} + + \onslide<4->{ + \begin{eqnarray} + d = A \cdot \left( \frac{P_R}{\alert<4->{scPower}} \right)^B + C + \end{eqnarray} + } + + \note[item]{10:50} + \end{frame} + + \begin{frame}[noframenumbering]{Forschungsfragen} + \begin{itemize} + \item Lässt sich das Selbstkorrigierende System auch zur Lokalisierung einsetzen? + \item Ist eine Verbesserung durch den Einsatz von Filtern möglich? + \item Ist eine Verbesserung durch eine, auf den Versuchs angepasste kalibrierung Möglich? + \note[item]{Eine frage die in der Arbeit vergessen wurde zu erwähnen: \textbf{Ist es möglich einen Versuchsaufbau zu erstellen der wenig Fehlereinflüsse zulässt?}. Dies ist prinzipiell gelungen, jedoch liegt der Fehler nicht im Versuchsaufbau sondern in der umgebung und des schwankenden $RSSI$ werts durch die Umgebungsbedingungen.} + \end{itemize} + \end{frame} -\begin{frame}{Selbstkorrigierende} - \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke} -\end{frame} \section{Methodik} \begin{frame}{Vorgehen} -- Wie wurden die Versuche durchgeführt und evaluiert. -Versuche: - - System kennenlernen, parameter ermittlung - - Versuchsaufbau aus den erkentnisse - - +\note[item]{experimentelle Untersuchung \textbf{Abstrahlcharakterristik und Dämpfung} der Hardware} +\note[item]{Kalibrierungsbereich von 40 m auf 2 m reduziert.} +\note[item]{Versuchsaufbau wird gleich näher beschrieben.} +\note[item]{Experimentelle Tests des Versuchsaufbaus} +\note[item]{Auswertung Einfluss selbstkorrigierendes System, Filter, Kalibrierung} + +\begin{itemize} + \item Referenzmessungen + \item Kalibrierung + \item Versuchsaufbau + \item Versuchsdurchführung + \item Auswertung +\end{itemize} + +\note[item]{12:45} +\end{frame} - \note[item]{Distanzmessung bezieht sich auf die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke.} - \note[item]{Die summe der Abstände zwischen den Wegpunkten.} - \note[item]{Wegpunkte können durch die Lokalisierung bestimmt werden.} +\begin{frame}{Referenzmessung - Outdoor/Indoor } + \note[item]{Insgesammt 40 Messreihen und xxxx Datenpunkte} + + \note[item]{Reduzierung von Reflektionen durch Wänden und Gegenstände.} + \note[item]{Weite Funksysteme im 2.4GHz Band = Wifi, Zigbee, weiter Bluetooth Geräte} + \note[item]{Einfluss durch Funksysteme} + \note[item]{Ergab sich ein zuvor nicht bedachter Einflussfaktor} + \note[item]{Kalibrierung im Innenbereich da leichter Kontrollierbar} + \centering + \includegraphics[height=0.8\textheight]{../static/BeaconSmartphone.pdf} + \note[item]{13:55} \end{frame} -\begin{frame}{Trilateration} - \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke} +\begin{frame}{Referenzmessung Smartphone Rotation} + \note[item]{Positionierung der Geräte.} + \note[item]{Rotationsrichtung = Uhrzeigersinn} + \note[item]{Schwächung linke Smartphoneseite 45-135 Grad} + \note[item]{Entfernungsdifferenz zwischen 225 Grad und 90 Grad = 1,6m} + \centering + \includegraphics[height=0.8\textheight]{../static/SmartphoneRotation.pdf} + \note[item]{16:00} \end{frame} -\begin{frame}{Distanzmessung} - \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke} +\begin{frame}{Versuchsaufbau} + \note[item]{3 Beacon zur umsetzung der Trilateration} + \note[item]{Gleichseitiges Dreieck mit 1m Schenkellänge} + \note[item]{jeder Beacon erfasst die scPower seiner Nachbarn und übermittelt diese zur Berechnung} + \note[item]{Winkelabhängigkeit des Smartphones} + \note[item]{Display nach oben, Rotation um 180 Grad zwischen den Messreihen eines Messpunktes} + \note[item]{Karton mit Eingezeichneten Messpunkten} + \begin{columns} + \begin{column}{.58\textwidth} + \includegraphics[height=.7\textheight]{../static/Zonen_und_Messpunkte.pdf} + \end{column} + \pause + + \begin{column}{.25\textwidth} + \includegraphics[height=.5\textheight]{../static/SmartphoneRotationGrafik.pdf} + \end{column} + \pause + + \begin{column}{.5\textwidth} + \includegraphics[angle=270,width=.7\textwidth]{../static/Versuchsaufbau.jpg} + \end{column} + \end{columns} + + \note[item]{16:50} \end{frame} -\begin{frame}{Distanzmessung} - \note[item]{Distanzmessung beschreibt die Messung der Länge einer zürckgelegten Strecke} +\section{Auswertung} + +\begin{frame}{Entfernungsmessung} +\note[item]{txPower 102,03\%} +\note[item]{scPower 63,97\%} +\note[item]{Verbesserung 35,85\%} +\centering + \includegraphics[width=0.85\textwidth]{../static/ScVsTxPower.pdf} +\note[item]{17:33} +\end{frame} + +\begin{frame}{Lokalisierung} +\note[item]{Verbesserung durchschnittlich 61,35\%} +\centering + \includegraphics[width=.85\textwidth]{../static/LocErrScVsTxPower.pdf} + \note[item]{18:50} +\end{frame} + +\section{Fazit} + +\begin{frame}{Zusammenfassung} +\begin{itemize}[<+->] + \item Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Lokalisierung + \item scPower verbessert die Entfernungsmessung und Lokalisierung + \item Verbesserung durch Filter nachgewiesen + \item Abweichung von unter 10\% nicht reproduzierbar + \item Genauigkeit reicht nicht für Tischexperimente +\end{itemize} +\note[item]{Durchschnittliche Abweichung 204,32\%} +\note[item]{Durchschnittliche Abweichung 129cm} +\note[item]{18:50} +\end{frame} + +\begin{frame}{Ausblick} +\begin{itemize}[<+->] + \item Zusätzliche Sensoren + \item Spezialisierte Filter + \item Angle of Arrival unter Bluetooth 5.2 +\end{itemize} + + \note[item]{Einsatz zusetzlicher Sensoren} + \note[item]{Einsatz spezialisierter Filter} + \note[item]{Bluetooth 5.2, Dezember 2019} + \note[item]{20:25} +\end{frame} + + +\section{Diskussion} + +\appendix +\backupbegin + +\begin{frame}{Filter} +\note[item]{Rohdaten 226,07\%} +\note[item]{gwichteter Mittelwert 189,52\%} +\note[item]{gleitender Mittelwert 204,32\%} +\note[item]{gleitender Mittelwert verbesserung 16,17\%} +\centering + \includegraphics[width=.85\textwidth]{../static/LocErrFilter.pdf} +\end{frame} + +\begin{frame}{Kalibrierung} +\centering +\note[item]{check} + \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/DistanceErrorKalibration.pdf} +\end{frame} + +\begin{frame}{Selbstkorrigierendes System} +\centering + \includegraphics[height=0.9\textheight]{../static/Ablaufplan-Advertising.pdf} +\end{frame} + +\begin{frame}{Positionierung} +\centering + \includegraphics[height=0.9\textheight]{../static/position_auswertung.pdf} \end{frame} +\begin{frame}{Lokalisierung} +\centering + \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/Lokalisierungstest.pdf} +\end{frame} + +\begin{frame}{AoA - Angle of Arrival} +\centering + \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/aoaPositioning.pdf} +\end{frame} + +\begin{frame}{Rotation} +\centering + \includegraphics[width=0.9\textwidth]{../static/BeaconRotation.pdf} +\end{frame} + +\backupend + \end{document} diff --git a/static/lateration-entfernung.svg b/static/lateration-entfernung.svg new file mode 100644 index 0000000..24294fb --- /dev/null +++ b/static/lateration-entfernung.svg @@ -0,0 +1,187 @@ + + + + + + + + + + r + Sender 1 + Empfänger + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/static/lateration-kreis.svg b/static/lateration-kreis.svg index d8596f0..d039b25 100644 --- a/static/lateration-kreis.svg +++ b/static/lateration-kreis.svg @@ -29,7 +29,7 @@ inkscape:zoom="1.6604907" inkscape:cx="213.79222" inkscape:cy="158.38692" - inkscape:window-width="3432" + inkscape:window-width="1712" inkscape:window-height="1409" inkscape:window-x="0" inkscape:window-y="0" @@ -171,5 +171,24 @@ inkscape:groupmode="layer" id="layer4" inkscape:label="Empfänger" - transform="translate(-33.835808,-1.893868)" /> + transform="translate(-33.835808,-1.893868)"> + + + + diff --git a/static/puckjs-single.jpeg b/static/puckjs-single.jpeg new file mode 100644 index 0000000..512b366 Binary files /dev/null and b/static/puckjs-single.jpeg differ