- Wie kann die Entfernung zum Referenzepunkt bestimmt werden?
### Angle of Arrival
### Time of Arrival
TOA [@Akcan_2006a] finds the distance between a transmitter and a receiver using one way propagation delay by exploiting the relationship. Accurate Distance Estimation between Things: A Self-correcting Approach between the light speed and the carrier frequency of the signal. However, TOA positioning requires an accurately synchronized clock as 1.0 μs error in time equals to 300 meters in terms of distance [12]. TOA will not be used for low cost devices because the high accuracy clock costs quite a lot. It is difficult to say that TOA will be widely applied to solve the accurate positioning problem.
In diesem Kapitel wird der Versuchsaufbau beschrieben. Dieser Orientiert sich an den Anforderungen aus dem Vorherigen Kapitel. Im Fokus steht hierbei die Umsetzung eines einfach um zu setzenden Versuchsaufbau der eine möglichst genaue Messung ermöglicht.
## Anordnung der Beacon
Die Bluetooth Beacon werden in einem gleichseitigen Dreieck mit einer Seitenlänge von 1m auf einer Ebenen fläche angeordnet (Abbildung \ref{fig:versuchsaufbau}). Hierdurch empfängt jeder Beacon von seinen Nachbarn den RSSI Wert auf 1m Entfernung und kann diesen zur Kalibrierung an das Smartphone übermitteln. Dieser Versuchsaufbau ermöglicht es, das System um weitere Beacon zu erweitern. Auch ließe sich hierdurch eine 6 Seitige Pyramidenform umsetzen um die Messung auf die 3. Dimmension aus zu weiten.
## Messpunkte
Der Versuchsaufbau wird, wie in Abbildung \ref{fig:zones} dargestellt, in drei Zonen eingeteilt. Die Zonen ergeben sich aus der Geometrie des Versuchsaufbaus. Zone 1 hat einen Radius von 0.289m und wird durch das gleichseitige Dreieck begrenzt. In dieser Zone ist kein Beacon weiter als 0.866m vom Smartphone entfernt. Zone 2 misst einen Radius von 0.577m und schließt das Dreieck ein. Die maximale Distanz zu einem Beacon beträgt 1.154m. Die Zone 3 wird durch die maximale Entfernung von 1.5m (!!! 1.5m kommen aus dem Paper für das Verfahren zur Kalibrierenug !!!) zu einem Beacon bestimmt. Ihr Radius beträgt damit 1.067m. Ein weiterer Messpunkt ist auf einer der Seiten des Dreiecks zu finden. Dieser wurde gewählt um den Einfluss des Smartphones auf die Funkstrecke der Beacon auf dieser Seite zu ermitteln.
\hyphenation{Java-Script Mess-er-geb-nisse Smart-phone Smart-phones Henrik Winnemöller Benjamin Dymel Steven Lambeth Sebastian Staacks Michael Fleury Thomas Kalbe}
Mit der Smartphone Anwendung phyphox® lassen sich physikalische und chemische Experimente mit den im Smartphone verbauten Sensoren durchführen. Sie unterstützt die Lehre und ersetzt dabei oft kostenintensive Lehrmaterialien. Um den Funktionsumfang zu erweitern, soll eine räumliche Lokalisierung des Smartphones integriert werden.
Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines Lösungsansatzes, der die Umsetzung einer räumlichen Lokalisierung zur Durchführung von Experimenten, auf dem Maßstab von Tischexperimenten, ermöglicht. Hierzu wird ein sich selbst korrigierendes System aus Bluetooth-Beacons eingesetzt, welches nach einer Arbeit von Cho et al. {[}\protect\hyperlink{ref-Cho_2015a}{7}{]} den Fehler der Entfernungsmessung auf unter \SI{10}{\percent} reduziert. Untersucht wird, ob sich diese Methode auf die Lokalisierung übertragen lässt. Des Weiteren wird der Einfluss einer angepassten Kalibrierung sowie der Einsatz von gleitenden Mittelwert-Filter und gewichteten Mittelwert-Filter auf die Messergebnisse überprüft.
Durch eine experimentelle Untersuchung der verwendeten Komponenten und deren spezifischen Eigenschaften konnte ein Versuchsaufbau entwickelt werden, mit dem eine Lokalisierung möglich ist. Anschließend wurde dieser Versuchsaufbau durch experimentelle Tests untersucht. Die angefertigten Messreihen wurden anschließend ausgewertet und der Einfluss der verschiedenen Filter und der Kalibrierung auf die Entfernungsmessung bewertet.
Es wird gezeigt, dass sich die positive Auswirkung eines sich selbst korrigierenden Systems auf die Lokalisierung übertragen lässt. Des Weiteren konnte eine Verbesserung der Messergebnisse durch den Einsatz der Filter erzielt werden. Trotzdem ließ sich die Genauigkeit von wenigen Zentimetern mit der eingesetzten Hardware nicht erreichen. Auch die Ergebnisse aus der zugrundeliegenden Literatur konnten nicht reproduzieren werden.
\end{abstract}
\pagebreak
\thispagestyle{plain}
\renewcommand{\abstractname}{Abstract}
\begin{abstract}
With the smartphone application phyphox® physical and chemical experiments can be carried out with the sensors built into the smartphone. It supports teaching and often replaces cost-intensive teaching materials. In order to extend the range of functions, a spatial localization of the smartphone needs to be integrated.
The goal of this work is to develop a solution that allows the implementation of a spatial localization for the conduction of experiments, on the scale of table experiments. For this purpose, a self-correcting system of Bluetooth beacons is used, which, according to a work by Cho et al {[}\protect\hyperlink{ref-Cho_2015a}{7}{]}, reduces the error of distance measurement to below \SI{10}{\percent}. It is investigated whether this method can also be applied to localization. Furthermore, the influence of an adapted calibration as well as the use of moving average filters and weighted average filters on the measurement results is examined.
By an experimental investigation of the used components and their specific characteristics an experimental setup could be developed, with which a localization is possible. Subsequently, this test setup was examined by experimental tests. The series of measurements made were then evaluated and the influence of the various filters and the calibration on the distance measurement was assessed.
It is shown that the positive effect of a self-correcting system can also be transferred to the spatial localization. Furthermore, an improvement of the measurement results could be achieved by using the filters. Nevertheless, the accuracy of a few centimeters could not be achieved with the hardware used. Also the results from the underlying literature could not be reproduced.
\end{abstract}
\pagebreak
\thispagestyle{plain}
\renewcommand{\abstractname}{Danksagung}
\begin{abstract}
An dieser Stelle möchte ich mich bei all denjenigen bedanken, die mich während der Anfertigung dieser Bachelorarbeit unterstützt und motiviert haben.
Zuerst gebührt mein Dank Herrn Dr. Thomas Kalbe und Herrn Michael Fleury, die meine Bachelorarbeit betreut und begutachtet haben. Für die hilfreichen Anregungen und die konstruktive Kritik bei der Erstellung dieser Arbeit möchte ich mich herzlich bedanken.
Ein besonderer Dank geht an Herrn Dr. Sebastian Staacks, der meine Anfrage zu einem Bechelorthema in Bezug auf phyphox® sofort mit zahlreichen Ideen beantwortete. Diese Motivation und die Tatsache etwas zu einer tollen OpenSource Anwendung beitragen zu können, hat mich durch die gesamte Arbeit begleitet.
Ebenfalls möchte ich mich bei meinen Freunden Benjamin Dymel, Henrik Winnemöller und Steven Lambeth bedanken, die mir mit viel Geduld, Interesse und Hilfsbereitschaft zur Seite standen. Bedanken möchte ich mich für die zahlreichen interessanten Debatten und Ideen, die maßgeblich dazu beigetragen haben, dass diese Bechelorarbeit in dieser Form vorliegt.
Nochmal gesondert Danken möchte ich Henrik Winnemöller für das zahlreiche Korrekturlesen meiner Bechelorarbeit.
Abschließend möchte ich mich bei meiner Freundin und meinen Eltern bedanken, die mir während der stressigen Phasen des Studiums den Rücken frei gehalten haben und stets ein offenes Ohr für mich hatten.
Sebastian Preisner
Ober-Olm, 22.02.2022
\end{abstract}
@ -465,7 +511,7 @@ Cho et al.~beschreiben in ihrer Arbeit
der Entfernungsmessung mithilfe von Bluetooth-Beacon und einem sich
selbst korrigierendem Systems. Dabei wird eine Abweichung von unter
\SI{10}{\percent} auf einer Distanz von bis zu \siacl{1.5}{m}{\meter}
erreicht. Es soll untersucht werden, ob dieses System auch zur
erreicht. Es soll untersucht werden, ob dieses System zur
Positionsbestimmung eingesetzt und dadurch die Abweichung reduziert
werden kann. Der zusätzliche Einsatz verschiedener Filtermethoden und
eine Kalibrierung sollen auf ihren Einfluss auf die Messergebnisse hin
Sebastian Preisner