初識物聯網無線通信之超寬頻UWB高精度定位技術

陽光守望者coder 發佈 2020-01-02T21:28:45+00:00

參數如下:單電源電壓:2.8V至3.6 V數據傳輸速率:110 kbit/s,850 kbit/s和6.8 Mbit/s;6頻段:從3.5 GHz至6.5 GHz發射功率:-14 dBm/-10 dBm發射功率密度:<-41.3dBm / MHz支持數據包大小:1023字節調製方

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初次接觸超寬頻(UWB)無線通信技術,先了解和認識一下。準備做機器人室內定位,沒拿到模塊之前,先啃英文數據手冊,好像還沒有中文版本的,做個筆記。定位考慮過ZigBee和BLE,最後還是選擇了UWB技術,抗干擾性能更強,定位精度高(±10cm),低成本、低功耗,數據傳輸速度快,UWB能在10米左右的範圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率,可達到6.8Mb/s。

1.背景及相關技術

(Ultra Wide Band,超寬頻)是一種以極低功率在短距離內高速傳輸數據的無線通信技術,UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小等諸多優勢,主要應用於室內通信、、位置測定、檢測等領域。系統容量大發送功率非常小,其對人體的影響也會很小,應用面就廣。

2.晶片選擇

選擇DecaWave公司的DW1000晶片。符合IEEE802.15.4-2011超寬頻標準。按照數據手冊上應該最小誤差在10厘米以內。DW1000的最遠傳輸距離為450米(直視距離,非直視距離為45米)。晶片功耗低,可雙向測距和定位,可作為目前室內定位(還有說法是地下定位也可以)技術RFID及WiFi的補充。參數如下:

單電源電壓:2.8 V至3.6 V

數據傳輸速率:110 kbit/s,850 kbit/s和6.8 Mbit/s;

6頻段:從3.5 GHz至6.5 GHz

發射功率:-14 dBm/-10 dBm

發射功率密度:<-41.3dBm / MHz

支持數據包大小:1023字節

調製方式:BPM(二相調製)與BPSK(二進位相位調製)

FDMA:6通道

CDMA:12種不同的信道編碼

工業級溫度範圍:-40°C至+ 85°C

讀數據手冊的摘錄及心得:

DW1000需接外部38.4MHz的晶振,支持SPI通信。

引腳說明:


DW1000有8個通道需要配置,最大接收帶寬為900MHz,編程會用到。

比如:模式1

Channel_Config[8]={

/*模式1*/

2,//選擇通道

DW1000_PRF_16M,//脈衝頻率

DW1000_BR_110K,//波特率

3,//前導碼

DW1000_PLEN_1024, //前導碼數據長度

DW1000_PAC32,//指定PAC前導長度

1,//非標SFD

(1025 + 64 - 32) //SFD超時

}



支持的波特率為:

DW1000有兩個頻率合成器,本地時鐘即外部和系統時鐘。帶寬設置有兩種模式:500MHz和900MHz。由相關寄存器設置特定的帶寬模式。帶寬設置的增加範圍大了,相應功耗也就增加。因此該TX脈衝寬度允許傳輸的帶寬應該合理控制。DW1000寄存器是不可編程的,需要寫相關值來控制。

看完數據手冊,接下來就好好啃兩百多頁的英文用戶手冊,看看SPI讀寫操作和各個寄存器值的讀寫操作。大概有四十多個寄存器。DW1000對於寄存器的操作十分嚴格,尤其是時間同步控制。兩種定位方法:到達時間差(TDOA)和雙向測距(TOF)定位。時間控制不合適會導致定位誤差。

濕度大也會衰減發射信號的強度,影響距離,比如陰雨天時,收音機的信號就明顯差很多。因為無線電波的傳播介質發生了變化,介質的性質(介電常數)發生變化,電磁波波速就會產生變化。

3.軟體流程

(1)使能DW1000軟體操作流程:

a.設備初始化(時鐘初始化、GPIO初始化、中斷優先級配置、串口及SPI初始化等);

b.關中斷(若開啟了外部中斷);

c.復位;

d.讀取晶片32位ID號(如果讀取設備寄存器成功,返回設備號0xDECA0130 ,說明硬體初始化正常);

e.指定角色(Tag/Anchor)

f.配置信道參數(通道數、頻率、數據速率、引導碼、PAC、SFD等)

g.使能晶片寄存器操作;

h. 使能中斷;

i. Tag/Anchor發送(Poll message)接收(Response message)消息幀,記錄時間戳(timestamp)。

(2)雙向測距TWR流程(如圖):

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