Hệ thống định vị trong nhà sử dụng bluetooth thế hệ mới :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRẦN XUÂN BÁCH

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG

BLUETOOTH THẾ HỆ MỚI

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Mã chuyên ngành: 8520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Ngọc Sơn.

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 01 năm 2021

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS.TS Nguyễn Tấn Lũy ...............................- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Trần Hữu Toàn .........................................- Phản biện 1

3. PGS.TS Lê Mỹ Hà ..........................................- Phản biện 2

4. TS. Nguyễn Trọng Tài ....................................- Ủy viên

5. TS. Nguyễn Thế Kỳ Sương.............................- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN XUÂN BÁCH MSHV: 18104891

Ngày, tháng, năm sinh: 05/12/1992 Nơi sinh: Nghệ An

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã chuyên ngành: 8520203

I. TÊN ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG BLUETOOTH THẾ HỆ

MỚI

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tìm hiểu và xây dựng thực nghiệm một hệ thống định vị sử dụng raspberry pi và

beacon C2640 dựa trên thuật toán trilateration

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo quyết định số 841/QĐ-ĐHCN

ngày 10 tháng 7 năm 2020.

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 10 tháng 01 năm 2021.

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Ngọc Sơn

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM, bên

cạnh những nỗ lực và cố gắng của bản thân mình, tôi cũng đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm và giúp đỡ của quý Thầy cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu

sắc nhất, tôi xin chân thành gửi đến quý Thầy cô Trường Đại học Công Nghiệp

TP.HCM, quý Thầy cô Khoa Công nghệ Điện Tử - những người đã cùng với tri

thức và tâm huyết truyền đạt vốn kiến thức quý báu của mình cho tôi trong suốt thời

gian học tập tại trường. Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy

hướng dẫn TS. Nguyễn Ngọc Sơn, người đã định hướng, tận tình hướng dẫn và giúp

đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.

Qua đây cũng xin gửi đến gia đình và bạn bè của mình lời cảm ơn chân thành hỗ trợ

để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này.

Trong quá trình thực hiện luận án chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, do

vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô để tôi

học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm và hoàn thiện luận văn của mình.

Sau cùng, xin kính chúc quý Thầy Cô Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, TS.

Nguyễn Ngọc Sơn được dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong cuộc

sống và luôn giữ vững ngọn lửa đam mê của mình trong việc truyền đạt kiến thức

cho thế hệ mai sau.

Xin chân thành cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong nhiều năm qua, hệ thống định vị được phát triển và ngày càng đạt đến độ

chính xác cao dựa vào sự phát triển đa dạng của công nghệ truyền thông không dây

(GPS, Wi-Fi, Bluetooth…) dùng để định vị vị trí rất tốt ở môi trường ngoài trời.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống định vị GPS là khó truyền qua tường,

cửa kính, nên không hoạt động tốt trong tòa nhà. Nhiều nghiên cứu đang thực hiện

đang khám phá các cách tiếp cận mới để xác định vị trí trong nhà. Một kỹ thuật phổ

biến liên quan đến việc sử dụng các giá trị chỉ báo cường độ tín hiệu (RSSI) nhận

được từ các Bluetooth Low Energy (BLE) để đo khoảng cách giữa thiết bị thu

(raspberry pi) và phát (beacon) sau đó xác định vị trí của người dùng trong không

gian trong nhà bằng cách áp dụng định vị thuật toán chẳng hạn như phương pháp

trilateration. Mục tiêu của thiết kế này là hệ thống hoạt động ổn định, độ chính xác

cao và siêu tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, vẫn khó có được dữ liệu chính xác vì

giá trị RSSI không ổn định do ảnh hưởng của các yếu tố trong môi trường xung

quanh như thời tiết, độ ẩm, các rào cản vật lý và nhiễu từ các tín hiệu khác. Trong

luận văn này, tôi đề xuất một hệ thống theo dõi vị trí trong nhà giúp cải thiện hiệu

suất bằng cách tối ưu hóa các tín hiệu RSSI không ổn định nhận được từ BLE. Tôi

áp dụng thuật toán lọc dựa trên Kalman để giảm nhiễu của giá trị RSSI nhận được.

iii

ABSTRACT

Over the years, navigation systems have been developed and increasingly reached

high accuracy based on the diverse development of wireless communication

technologies (GPS, Wi-Fi, Bluetooth ...) for positioning. Excellent location in the

outdoor environment. However, the biggest disadvantage of GPS navigation system

is that it is difficult to pass through walls, glass doors, so it does not work well in

the building. Many studies are exploring new approaches for indoor location

measurement. One popular technique involves using the received signal strength

indicator (RSSI) values from the Bluetooth Low Energy (BLE) beacons to measure

the distance between the receiver (raspberry pi) and the transmitter (beacon) then

determining the position of the user in an indoor space by applying a positioning

algorithm such as the trilateration method. The target of this design is the system

stable operation, high accuracy and ultra energy efficient. However, it remains

difficult to obtain accurate data because RSSI values are unstable owing to the

influence of elements in the surrounding environment such as weather, humidity,

physical barriers, and interference from other signals. In this paper, i propose an

indoor location tracking system that improves performance by optimization unstable

RSSI signals received from BLE beacons. I apply a filter algorithm based on the

average filter and the Kalman filter to reduce the noise of the received RSSI value.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn

khoa học của TS. Nguyễn Ngọc Sơn. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được

trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có)

đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Tôi xin

hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.

Học viên

Trần Xuân Bách