Sistema de localização em recintos fechados usando antenas bluetooth

Abstract

Com os avanços da tecnologia, há um interesse crescente em serviços com o reconhecimento de localização. Primeiramente, vale destacar que a estimativa de localização possui diversas aplicações. Desde sistemas que não exigem tanta precisão - como aplicativos de meteorologia - até sistemas que exigem precisão de centímetros - como a navegação de robôs em recintos internos. Um grupo de pessoas que sempre sofreu com a falta de acessibilidade são os deficientes visuais. Nesse sentido, um sistema que auxilie na navegação por um recinto fechado poderia tornar a vida dessas pessoas mais fácil, promovendo, assim, uma maior inclusão social. Utilizando microcontroladores ESP-32 da Espressif Systems com antena bluetooth 4.0 integrada, é possível implementar o sistema de localização indoor de forma eficiente, com o auxílio de ferramentas matemáticas para determinar a localização e as propriedades de um sinal de radiofrequência - como a variação da potência recebida à medida que a distância entre emissor e receptor varia. No entanto, esse comportamento é difícil de ser caracterizado devido a interferências causadas por objetos como paredes, portas, janelas e outros dispositivos eletrônicos que usam tecnologia sem fio. Desse modo, as ondas eletromagnéticas podem sofrer reflexão, refração, difração e espalhamento em um recinto fechado, o que pode causar o multipercurso do sinal, o qual prejudica a eficiência do sistema. Nesse contexto, foram adotadas propostas para reduzir os efeitos do multipercurso e viabilizar o sistema de localização a partir da variação da potência recebida do sinal RSSI - Received Signal Strength Indicator. Dentre essas propostas, pode-se mencionar a caracterização simplificada das antenas emissora e receptora, a fim de identificar os melhores pontos de radiação do sinal bluetooth, e o direcionamento do sinal das antenas emissoras a partir de uma estrutura com papel de alumínio em sua volta, funcionando como uma semiblindagem eletrostática com o intuito de reduzir a interferência entre as antenas. Partindo do pressuposto de que a potência recebida e a distância têm relação quadrática inversa, foram realizados experimentos para encontrar uma relação matemática entre RSSI e distância que, mais a frente, seria aplicada no método da trilateração. Feito isso, os três métodos de estimativa de posição foram avaliados a partir de experimentos padronizados e com critérios semelhantes, com o fito de comparar a eficiência de cada método. Os métodos de estimativa de posição avaliados foram o método da trilateração, o método das tabelas e o método das regiões. Em seguida, esses métodos foram aplicados dentro dos cômodos de uma residência para validar os experimentos. Por fim, foram levantadas possíveis melhorias de projetos futuros a partir da proposta da implementação de três métodos de estimativa de localização simultaneamente.