Localizador 3D de Fuente Sonora Usando WSN

Abstract

En este trabajo se describe de manera detallada las estrategias utilizadas para localizar una fuente sonora en un espacio de tres dimensiones utilizando una WSN. Este sistema es capaz de localizar la fuente sonora en un espacio de 5m x 5m x 5m. El error en la posición estimada de la fuente sonora es inferior a 50cm. El sistema cuenta con hardware y software que permiten al usuario controlar el sistema desde una interfaz elaborada en Python. En dicha interfaz se realiza la sincronización de los nodos y se visualizan los resultados. En cuanto al HW, se diseña un circuito de captación para la detección del sonido junto con la implementación de nodos inalámbricos IRIS. El sistema es capaz de localizar una fuente sonora en tres dimensiones haciendo uso de cinco sensores no coplanares y una estación base. Finalmente, se muestran los resultados obtenidos luego de haber implementado dicho sistema. Se implementan dos soluciones, una numérica y una analítica y se analizan los errores obtenidos para evaluar el desempeño del sistema.

In this work, a Wireless Sensor Network (WSN) is used to estimate the unknown position of a sound source in a three-dimensional space (3D). The WSN is created with IRIS nodes from MEMSIC. Multiple PCBs are designed and assembled so that each one of them capture the time of the acoustic wave impact with each sensor. The estimated position is shown and plotted in a Graphical User Interface developed in Python. An analytical solution and a numerical solution are implemented for solving the problem of locating the unknown source. Specifically, intersecting spheres are used for this purpose. More than 4 sensors are required to transform the non-linear system to a linear system and thus remove ambiguous solutions. The system has been proved in a 5m × 5m × 5m space. The analytical solution shows to be more precisely than the numerical solution. Localization absolute errors are found on average between 31cm and 37cm with the analytical solution. Relative error to the diagonal of the considered volume is typically less than 5%.