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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。* c6 M3 P: u" K+ v) A* Z
1.背景及相关技术* E: [0 d7 W- ^+ Z# Q" E7 R( O2 K
$ H' ]- w! s' ?( X3 s  s7 E7 F
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。# U( s1 z" i) ^( y: A) e
0 W/ M: _' R6 V) c) V6 ~, M
2.芯片选择
$ j1 N* M1 ]! l: A/ S
* g- p. S! j5 I# d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：3 c: l9 W; ]$ }% Y/ P! P5 D* r
, @' U, t6 {0 a
单电源电压:2.8 V至3.6 V
$ s+ w! A  e+ t2 Y5 c: ?5 m9 i* ]' H# M& U- W2 l
数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；) Z8 u6 ?  K$ p( g- V6 g
# Q( r2 T& O- t. ]
6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz7 z6 p. H0 H- Z2 w" H
, j0 d. A% `% P7 @" @# i; q
发射功率：-14 dBm/-10 dBm
/ `1 ?1 @9 Q- c# e% P8 Z5 J+ E1 D
; |: [. {' [6 \, e% `- p发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  ; r: G4 n1 S. P2 w

) b  t% q& j0 v1 o2 s支持数据包大小:1023字节
: G; b, w7 R! {, Q  L3 u3 N; w+ G' n4 v0 t4 J/ F$ N
调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）
0 o0 `! M: N# V2 a- ^$ f* |( n0 L) b  U1 L; X( y
FDMA：6通道
  C  u3 h  T) v; J* ?5 F# D& \8 S4 a7 E# P. Z
CDMA：12种不同的信道编码. x$ i, c: M. k9 |
# t( t0 N6 u! |+ ~/ ?9 v
工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
! U- }- w2 x6 q+ }% X& B4 Q4 U1 p9 g0 t; u% v# Z
读数据手册的摘录及心得：
8 W1 U! B5 i* k, K3 G8 Y% R4 ~" e/ `$ J$ }5 \0 T7 i3 }% t  _
DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。* x6 q  m! s+ ~1 d

( Z. g) s& C8 {% C$ ]2 H; Y# C引脚说明：: c( L- [! d: W7 |6 r
* C; l$ t& s; |9 z1 Y
DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
: o$ q  \1 h' P8 b
7 c! v/ N1 }* q6 a) y( R比如：模式1
4 T  n; Y* p& j2 k2 t+ \
9 o, P& |3 v5 b3 d3 e" M2 MChannel_Config[8]={$ W. q1 e: N/ Q  v, _: F
+ F6 a, S) N/ V% a
/*模式1*/
$ P, y0 n! m) h% q3 x
& H0 f' f" t" J, c( M                       2,             //选择通道# W/ R. `$ x1 W/ H  L

& b% ~0 y- ^5 K! k+ n- e                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率
# o6 g, a% h9 @3 `* c/ b1 [2 T7 D
                       DW1000_BR_110K,   //波特率
/ K4 H. }; N- G1 d  H8 G
, E3 w, S1 l+ n7 ~! p" H                       3,            //前导码3 J- N, j$ D% B

6 z& P% u; S, z: n                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
7 z7 Y, w2 E. X0 q
8 Z" ]" ]% n* m; X4 Y                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度
; F& a7 F# I, ]
3 \2 _) P( T+ |' ^                       1,      //非标SFD8 l6 ]& }: `/ p, ]9 t; k
. D7 O. Z; D5 d+ i' v
                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时% c( f4 h7 S7 f' i. A+ v2 }3 |
+ [; }1 i: e! t2 t7 E
                   }* u# `" Y* `& l+ ?+ m3 y
支持的波特率为：1 m9 {( i6 p& ^

. g* N8 k9 J/ Q+ x( m, LDW1000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。, E9 u8 |  a2 L' \5 q
( J$ ?0 X$ u7 f- |, k: q
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。; e) m9 K9 m: s* Z# v  Z
, q3 m8 n, l0 t0 G! \5 R8 z

2 x1 u/ v$ m8 l, m* y) T
# h  }5 K. D2 e/ q' K& ~. S) {- R    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。
: [. W) c# s% }8 V; B
, v/ E# b6 @7 C3.软件流程- c6 S) k; j- d7 \3 G4 D

  M& D- K( c7 J9 s（1）使能DW1000软件操作流程：! |. h" n* r" ?3 L9 M  s' u- H

6 i8 [# p6 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）；! j' ~7 \$ ~) {  Z$ u1 F

! Q; E! Y  Q  C, b+ F- t" mb.关中断(若开启了外部中断)；2 r% i+ O# U- h6 V
) C/ v- p& z1 [  I4 b* v3 R- P8 S, c# f
c.复位；. k8 t/ o1 @) o+ p+ g5 G+ ]" `
% @8 X) U) D8 v
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）；9 R7 J7 y5 V: s  ^; H2 G1 ^4 J( {2 C

3 v/ m2 K5 Y% Q0 d" a8 [! }$ d( p, me.指定角色（Tag/Anchor）
8 N: E' h2 X0 d9 @# D/ `; w0 A2 i: |* d5 z% c& b: `
f.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）
0 ~: |; B3 h2 t+ L! h; k) N9 n  {! M/ x/ B- j$ H
g.使能芯片寄存器操作；9 \3 e% A$ x5 d  V) [/ k
( O( l; I8 p9 m' A. ~
h.使能中断；
2 G* r) Y- o3 n$ k
0 s8 p1 ^% c8 a! w& g$ ^% ti. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。0 D+ n0 Y" o& u
# I0 b2 s: E+ P% b& S" F  ^
（2）双向测距TWR流程（如图）:5 g' T5 |% S7 _3 J3 @  h% H
! [! J3 F: I0 n* O
1 Y! }! |/ c# |( Q8 F: e( }
* C% W, ?/ l* W

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111111111.png

作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42

( e! M: f- p! I$ ]谢谢分享，楼主辛苦~！+ & J2 L+ J& {" O* r1 r9 R




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