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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。
, s# G# R7 f( s# I1.背景及相关技术( {5 F6 s& ]) d' L7 z3 }; K; E# M1 _

* ?: e$ ^8 p) [  {9 A2 B: IUWB（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。) {* ?9 o; h% l% x& F3 [
* F! O" y7 `+ g( _
2.芯片选择
! n+ T" J! q, s: i
' |9 C( j0 }  s  g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：2 K. ^4 o$ p- g+ }$ E2 v" O

! n& I3 a4 `) E; u) c单电源电压:2.8 V至3.6 V; b5 L1 n  g3 J& X) z0 T9 M
8 B2 r! W/ y& F9 X
数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；
) A; y. d$ R2 U4 k7 `4 b
. T% g; Z# A( X/ ?( Y- i& g6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
) M- B9 |1 {! H" q9 ^  L  J: [' [: N: J% E! N0 V  b
发射功率：-14 dBm/-10 dBm
7 W3 e. o% K5 X- h2 ]3 c$ r$ i
) D! ?: O, u, M3 P发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  
$ y1 J6 \* s8 S) E! |: {6 m1 ]" f/ b5 Z8 K0 ?! K' E
支持数据包大小:1023字节
* O' H/ o. M9 X$ a" n1 R
' ]# A9 l# x" `6 [: S调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）# e5 C) ^8 x' [' H" B2 u, u

9 Y8 ~1 z- p9 Z3 P; V" `5 M6 HFDMA：6通道7 x( d( T7 E9 g* y/ f2 }/ g4 \

" a7 _* h% T3 OCDMA：12种不同的信道编码6 M- Q) h  g& F2 X

: S% C: B5 d7 H2 r; Y3 D/ Z$ {1 v工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
5 f! T9 Y$ ^% U
( ~0 e. i7 \, T# V) R4 z# T+ J读数据手册的摘录及心得：
7 {* j/ `) G/ N, ]
3 m- M. m! K/ |& Z& IDW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。
  B7 O% z2 A; w" k& ^5 }+ @) f& M& S1 W# L- E% }: o
引脚说明：) l# S8 M" P) A7 J$ e

( |# m* D" R, Z5 F; |0 dDW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。- Z$ f2 T+ _* O4 r( ~1 X/ a+ }0 D
: z7 @: S( D* i) |% ?% D) v( W
比如：模式10 x9 u. l7 ^2 ]$ M# e) z

' x& w. q2 U# _% ^% ]Channel_Config[8]={
9 D3 S& _7 o% V2 @2 g4 O) @0 p
- }+ y1 f- ^  W* m/*模式1*/
5 r" p- E: [! e# F0 j: z: {9 Q
, G1 J  r6 f. }/ k                       2,             //选择通道
- I/ `2 I: j" m0 X" c$ ~% X5 S- _2 i0 @, q; N4 Q/ T, O6 u# Q
                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率
; W- n1 k1 ~4 r! w/ F/ x) G$ u2 ]0 C$ y/ U8 q3 P* c7 j
                       DW1000_BR_110K,   //波特率
" W! f$ n* ~# v4 P' _
) r; A, G8 a# _! q) ^% n                       3,            //前导码
6 y+ M" A2 d. m1 }5 V6 s0 e' z+ d* S% ?& h- N
                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度8 a; c* [/ \& l) E5 R- L

7 ~0 `  x: U6 X: D5 Z                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度
& D2 K- `- }3 ]8 }! a/ D; x  p3 U
# h+ I* T7 Y3 z. x9 z' ^                       1,      //非标SFD% Y8 t& U( o2 [
5 O1 I) q6 Z! T4 V; l
                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时6 l4 ^6 s7 `" `' v# L7 V
" G! |0 R! v7 q4 v" @
                   }
7 a2 W* X& \! ~4 S! j! v支持的波特率为：6 f  O0 H5 L- p& r

8 u" c( ^5 K) ?& e+ nDW1000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。* s; E* N9 \8 ~& n# L/ Z
8 ]9 {4 y" S- p! l+ X) P& B9 c
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。
8 r& ]; ?7 x* Z" w* i1 [: F& X) S9 a* D

2 f, {/ t2 m- W* A/ c+ h& b) ~6 A& {$ g3 T/ C; E
    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。# u# f7 l; H; _1 T$ O( @9 I
  u  x: W0 r7 P/ l+ G; ?
3.软件流程
9 O; o2 b( ~- E3 ~; B) l3 m6 g, W
7 Q' }+ `+ g4 E% R. _* u0 z（1）使能DW1000软件操作流程：
3 z6 ?' K; a; U
  b! \1 l' a/ t: Ia.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）；5 H: a3 A/ ~) w1 \$ ?

: w2 p6 u5 Z' U' b' c' x7 mb.关中断(若开启了外部中断)；
4 @/ b' n; f' r) e: b
+ J- a; }8 @: I* ?0 t* ]2 Nc.复位；
5 i$ E, q1 t; `9 @4 Z" a
  |8 q- @$ f5 x% J5 v9 C/ 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）；6 h  A8 X% S, K$ P1 L2 h
% Z! l4 E- M: N% V* X2 x% \
e.指定角色（Tag/Anchor）
, t! A6 Y* e+ Z% ^' V+ J2 V* ~
9 A( _- Z3 N0 H0 e/ m% y4 `& T4 Qf.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）
+ K/ s* b0 b7 [) o2 {4 T
! o3 S/ U. m6 ]* o+ kg.使能芯片寄存器操作；
8 F0 r% [/ Z) h( j. r- T
" w4 N4 e! y* Kh.使能中断；7 a7 c0 l: B6 V
5 C! X/ h+ F8 g8 v& ]" l+ L
i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。
& e: a! B+ o7 B  w3 j& t* ?& q. \! G
（2）双向测距TWR流程（如图）:
2 N4 i; z  }9 @, b, i5 s1 B; m& v- R0 g# H  L$ ^5 S' _

/ O0 Q, R5 P& U, v% |0 H5 Z5 {
# Q8 F: f7 }0 ~  [+ |

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111111111.png

作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42

/ [* Y; c* j9 T; @谢谢分享，楼主辛苦~！+ 7 q) c6 v4 g$ R8 P




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