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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。7 [1 h. r0 C3 B& n- w
1.背景及相关技术6 |5 i- J$ A/ S) Z) |- @
5 }+ k6 D& f1 `; X
UWB（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。. x1 T* y0 M  a! n6 n( ~# Z
. s0 {/ \( O9 m2 x- w
2.芯片选择
& H; [9 C& D2 M) ?0 Z9 V8 U
( N  W% K+ g* y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：
$ {- o( V# j0 L) a7 Y# U9 K1 H" ~
单电源电压:2.8 V至3.6 V$ y$ m9 ^1 e9 I, @9 k7 @, h

! q6 {( t' e8 D( z$ ?: ]4 P数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；& E3 w! V' W) Y
, j0 i6 D) E; T1 P& M& [
6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz1 G, C' t" B) N5 ]
8 M$ y) x# ~4 D" g7 b5 z
发射功率：-14 dBm/-10 dBm
3 Y+ N4 X4 m. X; Z: n4 L$ k) u( c5 O( p
发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  # L5 o: Q3 o, d/ t$ u: Y: d

: \: u; _+ |0 m支持数据包大小:1023字节9 B7 b2 W6 a) J8 H1 A* o4 ~
( u/ N3 a0 y" [7 e: P0 L1 R
调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）
" w- A8 J! G& M6 A7 C9 t' K2 ]4 X" `2 a$ C. P6 M1 q. @2 J
FDMA：6通道, x5 f+ t# k  F; C; V0 g
2 J$ y% I6 g9 T; T8 {
CDMA：12种不同的信道编码
1 G, i7 h, [9 O* C% J+ D/ p" L
  h9 g# }% O, y' h4 z5 Z! y5 i1 F工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
4 H: o, M* u  E; W( w
& G0 z6 ^: f' n% C读数据手册的摘录及心得：
8 q6 S) p3 r+ [. K7 }- U/ z6 Y8 g& l' [. C. {  J/ {. [7 m  x8 _& \
DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。
6 G" n6 H5 J9 A- G- @$ \1 R* f7 V- X( ~
引脚说明：
, Z1 _" T  G, `0 W" C. c# S
  w4 v3 ?* K. T2 z" T; m7 uDW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
. {$ i# m6 C% h$ G  K1 y2 e/ S1 |6 B* f" `, Y
比如：模式1/ p8 R  l4 j4 Y# b4 h0 z/ V( }
& I8 R. U9 ~: I9 R& i
Channel_Config[8]={
6 E' n4 ^) a2 {: D# b3 e( r
4 K2 A$ t  T% ?/ d% K6 t/*模式1*/
+ f0 W' ?3 U: H+ U% r* S1 U" u+ n% ~$ Q0 Y
                       2,             //选择通道
' z/ r: L. _" K3 _
: I1 j8 _( p4 h) X' s8 O                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率% |8 W3 H- O* J) Y! e/ }5 W1 |, ]6 s

& e+ _' D; K% o& {5 t                       DW1000_BR_110K,   //波特率
% E. {. \+ i0 X8 n: z+ q$ o" T" m
                       3,            //前导码
* W; l- a7 ?3 z- I0 v- T9 t, `- ^/ w1 f0 i4 B, Q; t( f( U
                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
1 D4 G" |3 {) Y$ O3 E6 o
! w# N7 n2 _; O& s" h' W5 q                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度7 Q3 c) P4 H. Y2 c6 W* {
, o, x% z$ E0 S( Y! T% q% l
                       1,      //非标SFD( G0 p7 q9 m' B0 [' [/ c
: f- ^# s/ ]  [' Y7 R
                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时
' \) F; s$ {9 K% w' Q0 `. a$ W4 Q  V8 v7 }& d, A
                   }
6 l8 J! r# b4 F2 Y支持的波特率为：
. _! Q# V, V4 z, q5 T$ E. c6 e% k: K+ l) N! l2 e
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。- e7 _7 V( q1 x8 U4 k) r

; E* G( z7 w9 Q! e- K0 A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。. }. K5 @' [2 Y/ H. G
7 u* K) ?. H* S# b8 T0 s& @$ h
2 }5 t$ P! ]+ h" d3 G+ W- R2 @/ F
2 z. X0 u# B: B& K4 ~9 [- ]% ~6 J
    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。
; d( [; y) S- W1 ~. g+ x
& ~  ?, d! |- T: E" D3.软件流程2 p  ^6 [0 ^- B! k5 R% S
, Z0 y* Z" M. O  e2 X
（1）使能DW1000软件操作流程：
& d$ V) `) y) ^+ v$ U+ t$ o
7 @+ W2 J' b# z) I1 ^3 Ra.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）；
$ f: I+ b6 T8 U) f' ]  o( \, W) E* n
b.关中断(若开启了外部中断)；$ u) A. [5 f9 z# T

3 U: }+ w+ X- v) O4 h3 ?c.复位；1 m4 v" [6 }3 E! n, g! Z- F) a

) i2 E. l  z' D! y. `2 f6 Fd.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）；* d" o4 t: D" f! z

7 e: f2 R; g  re.指定角色（Tag/Anchor）
, Q5 r" [4 Z, X0 ]1 X5 t1 a! d
( }* t; g8 W4 d. x1 uf.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）3 w) z/ t! h; \8 [/ l" U  J8 ]( m

( R) t7 E. Y9 q) s# X2 |g.使能芯片寄存器操作；
9 X1 x2 c( H1 g# Q3 x6 P% o9 u! n& O" r2 }- k: v/ Z5 O" H- `
h.使能中断；
# ~/ E* h  O! u6 k* c% L+ N4 I0 U8 R/ M( E' c
i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。! S7 p7 f, f2 r; p
; H/ V7 u* m/ B. @6 P$ D, S
（2）双向测距TWR流程（如图）:
) w9 x, C' C" V! j: w7 W4 e' C1 ~" l6 X7 ?
. T& X6 D2 U( ?" A/ g
7 d1 z3 u( v* z0 I

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111111111.png

作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42
! m4 q0 f* ~8 M
谢谢分享，楼主辛苦~！+
0 k8 h1 C% {  ]5 j, y# {% R4 G



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