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标题: 超宽带UWB高精度定位技术 [打印本页]
作者: 1047521767    时间: 2021-10-16 10:49
标题: 超宽带UWB高精度定位技术
      初次接触超宽带（UWB）无线通信技术，先了解和认识一下。准备做机器人室内定位，没拿到模块之前，先啃英文数据手册，好像还没有中文版本的，做个笔记。定位考虑过ZigBee和BLE，最后还是选择了UWB技术，抗干扰性能更强，定位精度高（±10cm），低成本、低功耗，数据传输速度快，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率,可达到6.8Mb/s。" a% f! T/ s7 R, f4 ?5 `& g! w* a
1.背景及相关技术6 e  B/ U: F1 Q5 [* S! H

2 R- g( k$ @, H4 w9 \% QUWB（Ultra Wide Band，超宽带）是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域。系统容量大发送功率非常小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。1 [. Q! h- l- A. |1 Z

$ U, |4 E8 D2 p5 J1 B) \2.芯片选择
; J2 Z1 |$ `9 c% B# m2 O/ B+ n4 }% ^  Z5 c
选择DecaWave公司的DW1000芯片。符合IEEE802.15.4-2011超宽带标准。按照数据手册上应该最小误差在10厘米以内。DW1000的最远传输距离为450米（直视距离，非直视距离为45米）。芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为目前室内定位（还有说法是地下定位也可以）技术RFID及WiFi的补充。参数如下：
' c5 |4 X. }0 u! }+ ]; N" S3 q. Z% t2 a; |+ `# s$ l
单电源电压:2.8 V至3.6 V* a$ ~4 I' S% N+ M
5 W. ]4 P$ S8 p+ i& m4 l1 p
数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；
) l1 `/ a$ e8 }5 X( D7 J9 |$ I6 K5 `
, Z0 e4 e/ K' e6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
4 N' A" G2 H8 l0 y5 z
$ g. T7 m3 k. h% }$ Y0 f发射功率：-14 dBm/-10 dBm# t- @% e+ z% s" o; T" ?

3 W- L  N% X! E# G" e" h- H发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  ( `- b1 B( S( W9 z

" d! `! S2 s+ S% F' Z% j9 G' H6 R支持数据包大小:1023字节
$ e: p) K- I7 V1 ~, f4 J9 A' v9 |% l/ q0 r; u) K
调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）3 \3 O4 Y: s' y6 F0 q5 L
$ x2 k, J" ~1 v1 I5 J8 p
FDMA：6通道
: t. D6 Y5 V) s
1 p+ ]& V; g/ t8 q6 D' `CDMA：12种不同的信道编码$ z" q$ ?6 G* g2 A
/ x, F8 e/ d5 @7 i2 {9 s! }
工业级温度范围：-40°C至+ 85°C5 Z: M4 |7 u0 t

5 ~+ y9 O7 P: ]% i0 {+ s读数据手册的摘录及心得：- d2 }7 m) O3 ]8 s$ j8 }
* w" r5 v, I8 [0 T. E$ K
DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。
5 l% g5 K3 g" Y) x. \! g" R$ b% T1 R  ?" ]. f( O" [
引脚说明：, i7 |5 S% z5 }# K% A+ s

7 x9 j2 m" T+ y7 v5 j) MDW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。$ W) W" M7 g+ j. ?

7 c5 z; R, H' i0 {9 I& \/ |比如：模式1
' J4 S$ ]7 ^( R1 b$ M9 j; Y' c% N6 M- }) o: h
Channel_Config[8]={
! C- u0 R% w4 P4 R  m  |; a  Z. a8 @
8 t" E/ q- }1 V& c/*模式1*/
7 c4 f- y8 e% {' ~, ?7 e3 i% l, h# U9 n
                       2,             //选择通道
$ G. a; G7 N9 f$ i$ C5 ]' j1 z% K# x( k) p
                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率3 }1 F: J1 {& m* f+ R3 m- ~7 }
2 Z& J4 ?, t, z! i
                       DW1000_BR_110K,   //波特率" u& h+ R% d$ S+ H! S% @

2 d8 ]/ j$ i; x5 \4 U  O                       3,            //前导码! K  X8 J8 x" M" J/ O/ W

- Z  I' ^  l& `) q' h# M$ t  n                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
# ~+ w* x, p4 [/ p- D$ V( ]/ J; c7 C3 G. u! R* s2 k. h# g  H
                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度' H8 s3 @8 w) Y9 B* C
3 U% i: V) \7 w8 d2 D( d: b
                       1,      //非标SFD# l! v3 e3 d, _0 P  S- |3 {

8 v1 V# k6 d7 v8 `" A" }2 A                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时: ]+ \9 p( |" @: M) U* a
$ x7 ?+ g' K# F- Y% b- p$ t6 n
                   }5 u* |2 J+ p2 G
支持的波特率为：1 k" B- c- B9 G& ~! c

1 J0 J! ?- k, n3 N1 X* A) `DW1000有两个频率合成器，本地时钟即外部和系统时钟。带宽设置有两种模式：500MHz和900MHz。由相关寄存器设置特定的带宽模式。带宽设置的增加范围大了，相应功耗也就增加。因此该TX脉冲宽度允许传输的带宽应该合理控制。DW1000寄存器是不可编程的，需要写相关值来控制。9 B; ?+ a  e- J! Q$ Y

4 N$ J: O- o; a" r" O看完数据手册，接下来就好好啃两百多页的英文用户手册，看看SPI读写操作和各个寄存器值的读写操作。大概有四十多个寄存器。DW1000对于寄存器的操作十分严格，尤其是时间同步控制。两种定位方法：到达时间差（TDOA）和双向测距（TOF）定位。时间控制不合适会导致定位误差。( k* C" W: b, F7 S0 B$ `

) |. B6 d+ s  d5 f9 O4 T8 {0 m% V7 h! q

( W) K1 I4 u7 D- p6 g    湿度大也会衰减发射信号的强度，影响距离，比如阴雨天时，收音机的信号就明显差很多。因为无线电波的传播介质发生了变化，介质的性质（介电常数）发生变化，电磁波波速就会产生变化。
( a& D9 v& T6 }
! Q1 g$ h/ h) b5 `% I0 u7 S3.软件流程
" b+ d: ^8 X& o9 |  Q7 |
  l/ g* {! E7 \0 h（1）使能DW1000软件操作流程：' |% K( a# u: g+ w
' `0 H$ f" w5 a0 E* d
a.设备初始化（时钟初始化、GPIO初始化、中断优先级配置、串口及SPI初始化等）；- t! n! ?, t# ~  }. X6 [

0 L4 q' X8 z0 b5 Nb.关中断(若开启了外部中断)；- U: E7 H7 L( u/ m

; Y, Z' q! U" p8 ~0 L2 q% fc.复位；9 W# z# M5 a& b1 O
9 _- Y: @+ U0 C; ~
d.读取芯片32位ID号（如果读取设备寄存器成功，返回设备号0xDECA0130，说明硬件初始化正常）；2 j7 b: m6 ~1 K/ \7 ]. J6 l

0 r& x9 x/ p9 j. q8 Ie.指定角色（Tag/Anchor）  c3 D; t3 m; T# Z1 k5 W0 I

+ G# c& p- {' V1 F9 Qf.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）$ S3 L  Q; T2 r

5 `/ y6 g1 m1 C0 }0 A/ Zg.使能芯片寄存器操作；
" \: N+ T- ?/ T" [) m4 R1 r  v7 s  _0 M
h.使能中断；, }" r% r2 R- t+ l% ~' @9 v  A% `
4 b* G2 s3 h% x
i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。+ t$ H! f, C! M" E  n% a; F& M9 k
5 X" \& `2 J* Z$ Q; ]
（2）双向测距TWR流程（如图）:
% i6 ~7 M5 ]2 B9 C( _9 ?
5 c. f* {( T7 y4 x# A: w- O5 A& U9 k( y" F, k! P: d1 i! F6 D; e  f
3 i) E, A5 o, s; ?% k& v

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111111111.png

作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42

+ W: U5 e6 k7 p  z/ Y# k' i7 o谢谢分享，楼主辛苦~！+ . \+ ~" Y3 ^4 [( b, i) ~




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