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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。: `4 {  k5 x/ U# i& D  s
1.背景及相关技术- s' @- Y! R1 d$ w% z3 O( }5 T& _

6 P) y5 Q/ c2 y. d, nUWB（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。$ L# u3 d4 X6 m5 C6 q8 d
' k, E9 w1 Y+ m" I8 y
2.芯片选择& v8 G; Y6 k+ `# T. ~* d

2 V- B2 M# f  M0 A6 ^  }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：
) L7 Q  h7 ?" o1 h8 V1 q) x( }, V7 X' n
单电源电压:2.8 V至3.6 V" ~- K% c# H: }# n% `

7 u' \. [0 V' D% ?6 ^数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；3 H. i2 S( {2 W+ M, m0 r8 X  d
4 ~+ T* h6 |  J5 F$ A( H6 w  {' J/ Q
6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
9 N: ~+ T2 a* |. C* ?3 ^9 R
* T0 G0 l0 _) O' |8 ?3 G" p, b( b发射功率：-14 dBm/-10 dBm
1 R. l& F# D; d* [, M
6 d+ d, F2 a& l+ r& e& i发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  7 h, A3 K% N$ E% e8 X9 Q
; F1 g; l# e8 I' V
支持数据包大小:1023字节
. r1 G; S9 @2 ^
8 Y: r" K( U5 E调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）7 ?7 Q6 a. r/ U0 K( C
  `/ W  ]# Z7 c5 A$ E
FDMA：6通道& j* j- D  w$ |$ W- @5 m' @

8 x# P1 h; i. w2 h/ v" }8 T4 WCDMA：12种不同的信道编码2 ?* h+ S4 u/ b( x( s

& \  I% b" V. P2 G2 Y! t5 L工业级温度范围：-40°C至+ 85°C8 s$ M3 R$ S8 E1 Z6 g: u
6 W) N- [3 E  T! R
读数据手册的摘录及心得：
1 H3 ^. V. E5 r2 K- N4 ^
2 \7 a- F/ P' J3 c7 D/ t/ e% DDW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。7 G/ `, Y6 l; |4 z) g, _

" p+ ?; |* Q* k5 {2 @# t引脚说明：$ w9 f: P6 q7 Y% b3 j
  {" u1 i+ @. D% K% o7 }# V* C
DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。  I& _, o7 O  T* h9 a  Q+ ~

  G0 j) U7 v9 H6 l+ p比如：模式1/ c9 N$ U4 V2 b* G3 }! |

' t2 A4 B! h# aChannel_Config[8]={
* M% y% J5 v) A" [/ `9 f9 C$ q' |3 t4 v
/*模式1*/8 W" \9 _: Y& U. J  F

- C! F5 V$ U. @7 P0 r! {! ?( G( j                       2,             //选择通道
! e0 E0 t7 s& C7 m% X$ c- E6 X* R1 K
, b' N8 a& w/ p% M                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率8 p+ o& A7 }+ J- `% x
2 Q' C& ^* h" v9 h$ B' U+ [
                       DW1000_BR_110K,   //波特率0 h8 ~! S4 h7 W6 N4 n, r2 ^

% c+ c  d/ ^0 v                       3,            //前导码
8 i' z* h, w+ N2 }- l
$ s. C9 e( J4 r  U0 y* h                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度( I, q7 G6 v, X8 G/ o: O

, H  k2 q% G! ]& t& E                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度0 y3 `% F! H! I- u* Y, C
" N& a9 ^8 p( D0 l6 @
                       1,      //非标SFD
2 P8 d- S2 a: @4 u. ?" M9 \$ E$ q. _4 v3 G/ e8 z
                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时7 ~5 K6 }8 C2 M9 H: g/ y5 J

0 v. `& n0 f: B0 x5 w& W7 R* c3 C! [                   }% m' z% N% s: r; b' }
支持的波特率为：+ D( V( U, m1 q8 |6 q! g7 @1 K3 a2 h

- B- ], B, I" t8 P9 eDW1000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。  b' o+ P3 f4 Q4 G  B( u, q) a" u( c

5 I- a5 m/ P8 N5 R, o5 Y* w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。
( i0 ?- f( G, U7 T/ g, q. F( S
/ b! N+ V/ k1 M, r5 q/ x' N. E3 J2 Q6 b' ?" F5 p9 R4 X5 g$ y

! j0 i" w/ M8 V0 n    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。
+ r' I7 ^* w/ Q7 m$ t- L3 F% c( w& w; j4 J/ _( x' k! e6 `; Y
3.软件流程
% B. r' p* A2 w3 ]# _
  U' J( j3 {: ]5 h5 e# G（1）使能DW1000软件操作流程：
& S4 c. p; K  y# ?* ^& r8 l5 U: c# d+ N
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）；3 m4 H. d7 D3 i; K8 R

( b5 N: p0 s. n* sb.关中断(若开启了外部中断)；3 H, I! }/ C# v6 d) b1 ~
' s  B4 V& ?, y4 \
c.复位；
( z0 M, q, ?- \
5 h% X" D0 B0 id.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）；. k+ g' o  ?+ A; j. [+ [% c
0 U% P$ I' ?6 L
e.指定角色（Tag/Anchor）$ K& p  J# X; o; N% s/ b

/ A% M% l& Z4 n$ S+ F1 r+ R1 ef.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）& D! [4 K# ?3 D) H8 n! p

7 q3 f$ K/ K# M, L  H  r% ?g.使能芯片寄存器操作；+ z1 \0 {+ s1 v. o# A
3 D6 _  q* _$ Q$ j; z. Q* [" w
h.使能中断；. l8 a, h2 R6 R: r+ H' M! o
+ B' j6 r7 F2 U9 {  X
i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。+ O# A  ~7 i5 m  h9 o0 O" B
- A. d; E, L0 \6 G
（2）双向测距TWR流程（如图）:9 \8 l) Y. q& m1 x1 I' |
; X+ _& A6 i% s+ ]. T" g

6 B* P/ n. ]2 @& h' \
0 N' \% y- [& I: O; X$ H

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作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42

2 p3 C5 q  ^1 ]4 X' X4 K% `谢谢分享，楼主辛苦~！+ # G) G; g: b2 O) m




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