近些年來隨着物聯網和機器人技術的大發展,精確定位技術的熱度也隨之攀升。目前精確定位的技術有很多,如基於wifi、RFID、zigbee、超聲波、UWB等技術都可以實現精准定位。由於技術的不同,精度也不盡相同,造假也不同。本文將講述基於超寬帶技術的定位系統的技術實現框架和流程,由於本文主要參考DECAWAVE公司出品的DW1000芯片相關技術問題,因此對DW1000芯片實現產品化具有推動作用。
自從UWB定位芯片DW1000推向市場,UWB定位終於有了競爭力的方案了,芯片方案的出台給了這個行業良性發展的基礎,但是每個行業的發展都不是一番風順的,UWB定位也一樣。
UWB定位技術目前基本都是采用DW1000的芯片,實際上這個芯片集成的算法很少,就是發個脈沖信號,主要的定位算法都是需要做定位的集成廠商來自己研究和優化,各家公司的定位研究都不開放,導致開發的難度高,投入的人力大,而且定位的偶然性誤差會較大,因此,用DW1000做定位系統很容易,但是做好了,一點都不容易。
國內研發的UWB定位系統的公司的技術也在迎頭趕上,這點從微軟室內定位大賽就可以看出,中國公司的成績也是越來越好,當然國內做的比較大的幾家都是沒去過室內定位大賽的,是具體去了沒得獎還是沒敢去就不知道了。但是說明國內的初創公司在UWB定位的研究上還是有實力的,名氣大的只能在行業里混的時間長點,別的也說明不了啥問題。反之也說明了國外的公司水平也一般,在UWB定位這行業里,沒必要外面的月亮更圓,可能牆內的花更香。
網上說了半天什么UWB簡單,其實這些都不正確,簡單和復雜是相對芯片和模塊而言的,對集成商而言,做個3G的數據模塊非常容易,買個成熟的就行,價格便宜,比自己做要強,而UWB則不一樣,要從芯片開始做基礎算法,所以難度大了不是一點半點。當然所有這些問題都可以通過算法的優化去解決,但是要花費大量的人力。相比WIFI和藍牙等定位技術的開發難度,就不是在一個級別上,這也是成本居高不下的另外一個原因。新入行的企業一般都會碰到DW1000芯片例程調試等各方面的問題,調通之后精度收到各種因素的影響會有較大的誤差,產品的資料又比較少,技術支持力度又不足等等,每個問題的解決都是充滿艱辛的里程。
UWB定位的問題很多,研發難度只是其中的一部分。當然只要有市場的需求就沒有克服不了的問題,UWB定位作為新的室內定位技術,在人員定位系統上的優勢也是顯而易見的。只要扎扎實實的做研發,還是能夠做出優秀的產品的。
DecaWave公司的DW1000芯片。符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標准。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)。芯片功耗低,可雙向測距和定位,可作為室內定位。
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
調制方式:BPM(二相調制)與BPSK(二進制相位調制)
FDMA:6通道
CDMA:12種不同的信道編碼
工業級溫度范圍:-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。
DW1000有兩個頻率合成器,本地時鍾即外部和系統時鍾。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。帶寬設置的增加范圍大了,相應功耗也就增加。因此該TX脈沖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。
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