Navigation device for commercial establishments with wireless communication and user interface for mobile devices

Autor: Medina Cossio, Karen Andrea, López Guahuña, Jesús David
Přispěvatelé: Avilés, Oscar Fernando, Avilés Sánchez, Oscar F.
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2017
Předmět:
Popis: El siguiente documento presenta el proceso de diseño e implementación de un dispositivo de navegación para establecimientos comerciales con comunicación inalámbrica e interfaz de usuario para dispositivos móviles, se muestra la metodología usada durante el desarrollo donde se emplean, en las áreas de la robótica y la inteligencia artificial, los algoritmos del problema del viajero (TSP) y el algoritmo de Dijkstra para la planificación de trayectorias, en el campo de las comunicaciones el uso de la tecnología NFC, además del protocolo REST para la integración con un API web, para el módulo de navegación se hace un estudio de para la implementación de localización en edificaciones (indoor localization) usando los sensores de un dispositivo móvil como una unidad de movimiento inercial (IMU) y su procesamiento de señales integrando el filtro de Kalman tanto como estimador como reductor de ruido de las señales gaussianas de los sensores del dispositivo. Finalmente se realiza un estudio de diferentes materiales para la realización del dispositivo que cumplirá la función de contener al tag que da la ubicación actual de quien lo use. Como conclusión se obtiene que a pesar de los procesos de calibración y filtrado de las señales, los sensores de un dispositivo móvil no son lo suficientemente confiables para obtener la localización en edificaciones. Se logra la implementación de los algoritmos anteriormente mencionados para la planificación de rutas y se entrega una aplicación de administración de que permite la configuración de la aplicación móvil bajo protocolo de comunicación REST al API de un servidor online que almacena las estructuras de información mediante las que se da acceso al usuario a la interacción con el aplicativo. Finalmente se entrega un dispositivo con la capacidad de almacenar un tag NFC, que se adecua a la lógica de la aplicación, bajo un modelo sostenible realizado en impresión 3D, garantizando su alta durabilidad y calidad estética. 1. RESUMEN 12 2. INTRODUCCION 14 ´ 2.1. OBJETIVO GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. METODOLOG´IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4. ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4.1. BALIZAS INFORMATIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4.2. ESTIMOTE BALIZAS Y PEGATINAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4.3. API TANGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4.4. AVENIDA CHILE CENTRO COMERCIAL Y FINANCIERO . . . . . . . . . . . . 17 2.4.5. APLICACION M ´ OVIL RETIRO CENTRO COMERCIAL . . . . . . . . . . . . . . 17 ´ 3. MARCO TEORICO 18 ´ 3.1. SISTEMAS DE COMUNICACION INAL ´ AMBRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ´ 3.2. MATERIALES ECOLOGICOS (SOSTENIBILIDAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ´ 3.3. MATERIALES NO ECOLOGICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ´ 3.4. ACR´ILICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.5. APLICACION PARA M ´ OVILES INTELIGENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ´ 3.6. METODOS DE PLANIFICACI ´ ON POR B ´ USQUEDA HEUR ´ ´ISTICA . . . . . . . . . . . 24 3.7. IMU (Unidad de Medicion Inercial) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ´ 3.7.1. Celulares utilizados como imu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.8. ALGORITMOS DE LOCALIZACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ´ 3.8.1. Algoritmo de posicion a partir de la aceleraci ´ on de un objeto . . . . . . . . . . . . . 26 ´ 3.8.2. Triangulacion con se ´ nal WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ˜ 3.9. SERVICIOS EN LA NUBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.10. PROTOCOLO TCP (PROTOCOLO DE CONTROL DE TRANSMISION) . . . . . . . . . 27 ´ 3.11. PROTOCOLO HTTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.12. CALCULOS DE TRAYECTORIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.1. Problema del agente viajero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.2. Algoritmo de Dijkstra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.12.3. Filtro de Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4. DISENO E IMPLEMENTACI ˜ ON MEC ´ ANICA Y ESTUDIO ECON ´ OMICO 33 ´ 4.1. COSTOS INICIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.1.1. Chip NFC referencia NTAG216 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.2. ELECCION DE MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 ´ 4.3. DISENO PROTOTIPO CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ˜ 4.4. COSTOS FINALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.5. MATERIAL Y DISENO FINAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 ˜ 5. DESARROLLO SOFTWARE LOCALIZACION 41 ´ 5.1. LOCALIZACION INDOOR (IMU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 ´ 5.1.1. Conclusion de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 ´ 5.2. MATRIZ DE ROTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 ´ 5.3. CALIBRACION LINEAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 ´ 5.3.1. Conclusiones de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.4. FILTRO DE KALMAN Y CALIBRACION DEL ACELEROMETRO . . . . . . . . . . . . 45 ´ 5.4.1. Senales celular Sony C1904 en reposo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 ˜ 5.4.2. Senales celular Sony C1904 con Filtro Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 ˜ 5.4.3. Senales celular Sony C1904 con calibraci ˜ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 ´ 5.4.4. Senales celular Sony C1904 con Filtro Kalman mas calibraci ˜ on . . . . . . . . . . . 67 ´ 5.4.5. Senales celular Sony C1904 con calibraci ˜ on mas Filtro Kalman . . . . . . . . . . . 74 ´ 5.4.6. Conclusion de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 ´ 6. DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE LA INTERFAZ DE USUARIO 82 ´ 6.1. ALGORITMO DE TRAYECTORIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.2. PROBLEMA DEL AGENTE VIAJERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.3. ALGORITMO DE DIJKSTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.4. INTEGRACION TSP Y DIJKSTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 ´ 6.5. DESARROLLO APP ANDROID-ADMINISTRADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.6. DESARROLLO APP ANDROID USUARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7. CONCLUSIONES 107 8. TRABAJO FUTURO 108 A. ANEXOS 116 A.1. Filtro de Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 A.2. Calibracion cuadr ´ atica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 The following document presents the process of design and implementation of a navigation device for commercial establishments with wireless communication and user interface for mobile devices, it shows the methodology used during the development, in the areas of robotics and artificial intelligence, the travelling salesman problem (TSP) and the Dijkstra algorithm were used for path planning, in the field of communications the use of NFC technology, in addition to the REST protocol for integration with a web API, for the module navigation is done a study of the implementation of indoor localization using the sensors of a mobile device as an inertial movement unit (IMU) and its signal processing integrating the Kalman filter as a estimator and reducer of noise of Gaussian signals from the sensors of the device. Finally a study of different materials for the realization of the device that will fulfill the function of contain to the tag that gives the current location of who uses it. In conclusion, despite the processes of calibration and filtering of the signals, the sensors of a mobile device are not reliable enough to obtain an accurate indoor localization. The implementation of the aforementioned algorithms for route planning is achieved and an administration application is provided that allows the configuration of the mobile application under REST communication protocol to the API of an online server that stores the information structures through which the user is given access to the interaction with the application. Finally, a device with the capacity to store an NFC tag, which is adapted to the logic of the application, is delivered under a sustainable model realized in 3D printing, guaranteeing its high durability and aesthetic quality. Pregrado
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