- Регистрация
- 23 Август 2023
- Сообщения
- 2 822
- Лучшие ответы
- 0
- Реакции
- 0
- Баллы
- 51
Offline
Глава 1: Введение в технологию UWB и модуль UWB650
Цель этой главы состоит в том, чтобы заложить теоретическую основу для глубокого понимания функций и производительности модуля UWB650. Содержание будет начинаться с основных принципов сверхширокополосной (UWB) технологии и постепенно сосредоточиться на конкретной аппаратной реализации модуля UWB650, предоставляя инженерам основные базовые знания и технические спецификации, необходимые для предварительной оценки.
1.1 Преимущества UWB: точное измерение дальности на основе IEEE 802.15.4-2020
Сверхширокополосная технология (UWB)-это радиотехнология, основанная на стандарте IEEE 802.15.4a/z, основная особенность которой заключается в использовании чрезвычайно короткой пропускной способности сигнала (обычно более 500 МГц) для передачи наносекундных импульсов. Эта характеристика физического уровня является фундаментальным отличием UWB от традиционных узкополосных технологий связи, таких как Bluetooth и Wi-Fi, и напрямую дает ему беспрецедентное преимущество точности в измерении дальности и позиционировании.
Технология UWB в основном реализует расчет расстояния путем измерения времени полета (Time-of-Flight, ToF). Принцип состоит в том, чтобы точно измерить время, необходимое для распространения радиосигнала между двумя устройствами, и умножить его на скорость света, чтобы получить физическое расстояние между ними. Этот подход резко контрастирует с технологией, основанной на индикаторе силы принимаемого сигнала (Received Signal Strength Indicator, RSSI). RSSI оценивает расстояние с помощью затухания мощности сигнала и чрезвычайно подвержен помехам факторов окружающей среды, таких как препятствия и многолучевые эффекты, что приводит к снижению точности. ToF непосредственно измеряет время и не чувствителен к изменениям силы сигнала, поэтому он демонстрирует более высокую надежность и точность в сложных помещениях или многолучевых средах.
Модуль UWB650 соответствует стандарту IEEE 802.15.4-2020, который объединяет более раннюю спецификацию физического уровня 802.15.4a и поправку 802.15.4z, разработанную для повышения безопасности. Это соответствие стандартам гарантирует, что модуль может использовать новейшие технологии безопасного измерения дальности и обеспечивает возможность взаимодействия с другими устройствами, соответствующими спецификациям FiRa Alliance.
1.2 Аппаратная архитектура: углубленный анализ UWB650 на базе Qorvo DW3000
Аппаратным ядром модуля UWB650 является чип UWB серии DW3000 от Qorvo (в частности, IC DW3210, интегрированный в модуль DWM3000). Чипсет полностью соответствует стандарту IEEE 802.15.4z, поддерживает канал 5 (центральная частота 6,5 ГГц) и канал 9 (центральная частота 8 ГГц) для UWB и обеспечивает две скорости передачи данных по воздуху-850 кбит/с и 6,8 Мбит/с. Текущая версия прошивки модуля UWB650 ориентирована на применение канала 5 (6489,6 МГц).
Модуль спроектирован как высокоинтегрированное решение, и его внутренняя блок-схема показывает, что в дополнение к основному чипу DW3000 встроен микроконтроллер (MCU), высокопроизводительный радиочастотный усилитель мощности (PA), антенна и схема защиты от электростатического разряда (ESD).
Внутренняя блок-схема модуля UWB650
Эта архитектура проектирования системного модуля (SoM) имеет большое значение. Это означает, что весь стек протоколов UWB, включая сложное управление импульсами физического уровня и управление синхронизацией на уровне MAC (например, DS-TWR), обрабатывается встроенным MCU. Внешняя главная система управления может вызывать передовые функции, такие как измерение дальности, позиционирование и передача данных, только с помощью простого набора инструкций последовательного порта AT, что значительно снижает порог разработки и позволяет инженерам, не обладающим глубокими знаниями стека протоколов UWB, быстро интегрировать и применять данную технологию.
Типичная схема применения модуля UWB650
Модуль подключен к внешней системе через контактный интерфейс, и его контакты четко определены, что обеспечивает удобство для интеграции аппаратного обеспечения.
Номер вывода модуля UWB650 (вид сверху)
Схема определения выводов модуля UWB650
Ключевые контакты включают в себя:
Производительные параметры модуля UWB650 определяют его применимость в конкретном применении. Подробная информация об этих параметрах имеет решающее значение для бюджета электропитания, управления энергопотреблением и оценки производительности на ранних этапах проектирования системы.
Мощность передачи модуля до 27,7 дБм (~ 0,5 Вт) является ключом к его возможностям связи на большие расстояния более 1 км. Однако эта характеристика оказывает разное влияние в разных сценариях применения. Высокая мощность является значительным преимуществом в открытых средах, где требуется связь на большие расстояния. Однако в приложениях позиционирования на ближнем расстоянии (например, в пределах 1 метра), требующих сантиметровой точности, чрезмерная мощность усиливает отражение сигнала и создает более сильный многолучевой эффект, который может привести к дрейфу данных измерения дальности и снижению точности. В FAQ модуля четко указано, что при использовании на близком расстоянии рекомендуется пройти через
Команда UWBRFAT+POWER надлежащим образом уменьшает мощность передачи, чтобы уменьшить влияние многолучевого эффекта. Это выявило ключевой компромисс в производительности: разработчики систем должны выбирать и динамически корректировать между расстоянием связи и точностью ближнего поля в соответствии с конкретными потребностями приложения.
Таблица параметров производительности UWB650
В следующей таблице объединены ключевые электрические и радиочастотные параметры производительности модуля UWB650, чтобы служить быстрым справочным материалом для оценки и проектирования оборудования.
Модули осуществляют связь по беспроводной линии связи с использованием формата кадра данных в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4-2020. Формат содержит такие поля, как контроль кадра, порядковый номер, PAN ID, адрес назначения, адрес источника, нагрузка кадра и последовательность проверки кадра (FCS). Для разработчиков прикладного уровня ядром, на который необходимо обратить внимание, является часть Frame Payload (нагрузка кадра). Данные, введенные через последовательный порт, будут инкапсулированы в эту часть для отправки, а данные, полученные из беспроводной связи, модуль также выводит содержимое Frame Payload только через последовательный порт. Остальные поля протокола автоматически управляются прошивкой модуля и пользователь не может и не должен их изменять.
Глава 2: Освоение основных функций: конфигурация и использование
Этот раздел будет служить подробным практическим руководством, систематически описывающим, как настроить и использовать модуль UWB650 с помощью набора инструкций AT. Содержание будет охватывать три основные функции передачи данных, высокоточного измерения дальности и позиционирования в режиме реального времени, а также в сочетании с примерами команд в документации предоставит инженерам четкий операционный процесс.
2.1 Интерфейс команды AT: структура и протокол
Вся конфигурация и работа модуля UWB650 выполняется с помощью последовательного порта команды AT. Эти инструкции следуют фиксированному формату с UWBRFAT в качестве префикса и возвратом каретки < CR > и перерывом строки < LF > в качестве терминаторов. Ответ модуля также следует аналогичному формату, начиная и заканчивая < CR > < LF >.
Во время взаимодействия команд модуль использует таймер ожидания около 5 мс, чтобы определить, завершился ли прием данных последовательного порта. Соблюдение этой последовательности имеет решающее значение для написания стабильных и надежных сценариев управления автоматизацией, которые могут эффективно избежать ошибок анализа команд или потерь, вызванных слишком быстрой отправкой команд.
2.2 Передача данных: точка-точка, вещание и повышенная надежность
Модуль обеспечивает гибкие и богатые возможности передачи данных, поддерживает несколько режимов связи и механизмов улучшения.
2.2.1 Сетевая адресация и маршрутизация данных
● Прослушивание и прием (SNIFF): для устройств с батареей, чувствительных к энергопотреблению, режим SNIFF можно включить с помощью команды UWBRFAT + SNIFFEN = 1. В этом режиме приемник модуля работает с рабочим циклом около 50% (16us включен, 16us выключен), что значительно снижает принимаемый ток примерно со 100 мА до 65 мА. Цена заключается в возможной потере части пакетов. Это типичный компромисс между энергопотреблением и производительностью.
Схема последовательности режима SNIFF (прослушивание приема)
2.2.4 Производительность передачи
Основываясь на мощном буфере передачи и приема чипа DW3000 (1023 байта), пользователь может передавать до 1023-11=1012 байт данных Frame Payload в одном пакете, исключая фиксированную длину кадра данных.
Поскольку передатчик беспроводной связи получает определенное количество данных от терминального оборудования или ожидает определенного времени, передача данных по воздуху от передатчика беспроводной связи к приемнику беспроводной связи также занимает много времени, поэтому выход данных от передатчика к приемнику будет иметь определенную временную задержку, при тех же условиях время задержки фиксировано (конкретное время определяется скоростью последовательного порта, скоростью по воздуху и размером передаваемого пакета данных).
Схема сквозной задержки передачи данных модуля UWB
Общее время ввода данных модуля от последовательного порта отправителя до последовательного порта приемника приведено в следующей таблице:
2.3 Высокоточное измерение дальности: реализуйте измерение дальности DS-TWR
Функция измерения дальности модуля основана на усовершенствованном двустороннем методе измерения дальности (Double-Sided Two-Way Ranging, DS-TWR) и сочетает в себе схему одностороннего двустороннего метода измерения дальности (SS-TWR). Основное преимущество DS-TWR, которое точно рассчитывает время полета сигнала путем трехкратного обмена сообщениями между двумя устройствами, заключается в том, что он способен эффективно устранить ошибки измерения дальности, вызванные разницей частоты кристаллических осцилляторов устройств на обоих концах (мгновенный дрейф часов), что позволяет обеспечить высокоточные измерения без необходимости сложной синхронизации часов по всей сети10.
схема последовательности DS-TWR (двустороннее двунаправленное измерение дальности)
● Определение роли: при измерении дальности устройства делятся на Инициатора (мастер) и Ответчика (подчиненный). Хост активно инициирует запрос на определение дальности, а подчиненный пассивно реагирует.
● Команда действия:
○ Хост: Хост инициирует измерение дальности одного или нескольких подчиненных, отправляя команды UWBRFAT + RANGING = < number >, < addr1 >, < addr2 >,... где < number >-количество целевых подчиненных, а < addr >-список адресов подчиненных.
○ Подчиненный: подчиненный по умолчанию находится в режиме отзыва и не требует специальной конфигурации. После получения запроса на определение дальности от хоста он автоматически участвует в процессе определения дальности и выводит результат определения дальности через последовательный порт после завершения.
● Анализ формата вывода: после того, как хост-компьютер завершил измерение дальности, полученный формат составляет + RANGING = (< distance >), (< rssi >). Если измерение дальности не удается, значение дальности будет -1.
● Производительность: процесс измерения дальности чрезвычайно быстрый. В нижеследующей таблице показано время расхода дальности в различных режимах:
Инженеры могут точно получить время начала и окончания процесса измерения дальности, контролируя уровень вывода P011 модуля.
2.4 Системы позиционирования в реальном времени (RTLS): стратегии позиционирования в 2D и 3D
Модуль имеет встроенную полную функцию решения позиционирования и поддерживает двумерное плоское и трехмерное пространственное позиционирование.
● Определение роли: в системе позиционирования устройство делится на Tag (метка, движущаяся цель, которая должна быть определена) и Anchor (базовая станция, фиксированная опорная точка с известными координатами).
● Настройка базовой станции: первым шагом в развертывании системы позиционирования является точная установка координат базовой станции. Настройка положения каждой базовой станции в сантиметрах в предопределенной декартовой системе координат с помощью инструкций UWBRFAT+COORDINATE=<x >, < y >, < z >. Окончательная точность всей системы позиционирования в значительной степени зависит от точности измерения координат базовой станции.
● Операция метки: метка инициирует запрос на местоположение путем отправки команды UWBRFAT + LOCATION = < anchor1 >, < anchor2 >,... В инструкции должны быть включены адреса как минимум 3 базовых станций (для 2D позиционирования) или как минимум 4 базовых станций (для 3D позиционирования). Модуль автоматически измеряет расстояние с каждой базовой станцией в списке, а затем использует встроенный алгоритм триангуляции (точнее многоточечного позиционирования) для вычисления собственных координат (x, y, z) и вывода результата через последовательный порт.
● Состояния взаимоисключают: функциональные состояния модулей являются взаимоисключающими. Например, когда модуль активно инициирует определение дальности или позиционирование в качестве хоста, он временно не сможет ответить на запросы определения дальности от других хостов. Точно так же во время определения дальности или позиционирования включенный режим низкого энергопотребления SNIFF временно отключается, чтобы гарантировать, что все кадры ответа на определение дальности могут быть приняты. Это означает, что в системах с несколькими активными устройствами (несколькими метками или хостами) на прикладном уровне должна быть разработана разумная политика управления доступом к среде (MAC), такая как множественный доступ с временным разделением (TDMA), чтобы координировать использование каналов и избежать коллизий и сбоев запросов. Сам модуль обеспечивает возможности физического уровня, но стабильная работа на системном уровне требует гарантии протоколов верхнего уровня.
Глава 3: Расширенные функции и техническое обслуживание системы
В этой главе рассматриваются расширенные функции модуля UWB650, выходящие за рамки базовой связи и позиционирования, охватывающие масштабируемость сети, повторное использование аппаратных интерфейсов и управление жизненным циклом прошивки устройств, чтобы предоставить руководство по созданию более сложных и мощных приложений UWB.
3.1 Расширение зоны покрытия посредством сетевой сети
Чтобы решить проблему недостаточного расстояния связи с одним переходом в больших или закрытых сложных средах, модуль UWB650 представляет функцию сетевой сети.
Схема топологии сети Mesh
Схема многопереходной передачи в сети Mesh
3.2 Обновление прошивки через протокол YModem
Модуль поддерживает обновление прошивки через последовательный порт, что обеспечивает возможность функциональной итерации и устранения дефектов после выпуска продукта, но также предъявляет требования к дизайну аппаратного обеспечения.
35 выводов UPGRADE для модуля UWB650
1. Работа аппаратного обеспечения переходит в режим обновления.
2. Подключите последовательный порт модуля к ПК, откройте инструмент последовательного порта, поддерживающий YModem, и настройте порт COM и скорость передачи.
Интерфейс конфигурации последовательного порта ExtraPuTTY
3. После подключения терминал последовательного порта будет отображать сигналы рукопожатия YModem, отправляемые модулем (обычно это последовательность символов 'C').
Сигнал рукопожатия YModem (символ 'C')
4. В инструменте на стороне ПК выберите функцию «Отправить файл», укажите новый бинарный файл прошивки и начните передачу.
В ExtraPuTTY выберите отправку файла через Ymodem.
Прогресс передачи файла в ExtraPuTTY
5. Дождитесь завершения передачи файла.
6. После успешной передачи отсоедините контакт 35 от GND и выполните полное отключение питания и перезагрузку модуля.
Завершение передачи прошивки в ExtraPuTTY
7. После перезагрузки модуль загрузит и запустит новую прошивку.
Ниже приведен пример использования официального инструмента SerialPortYmodem:
1.Выберите соответствующий COM-порт и откройте его.
Настройка последовательного порта в SerialPortYmodem
2. Найдите и выберите файл прошивки, нажмите «Отправить» для начала передачи.
Прогресс передачи файла в SerialPortYmodem
3. После завершения передачи появится сообщение об успехе. Теперь отсоедините контакт 35 и перезагрузите модуль.
Уведомление об успешной отправке файла в SerialPortYmodem
● Соображения при проектировании аппаратного обеспечения: наличие механизма обновления прошивки означает, что если продукт должен поддерживать полевые или удаленные обновления, то при проектировании печатной платы необходимо заранее рассмотреть вопрос о том, как управлять уровнем 35-го вывода. Вы можете спроектировать выделенный физический перемычка, зарезервировать тестовую точку или использовать GPIO главного управляющего MCU для управления выводами. Если это будет игнорировано на этапе проектирования, последующие обновления прошивки станут очень сложными и даже потребуют физического отзыва развернутых устройств.
Глава 4: Калибровка задержки антенны
Этот раздел является частью отчета с наибольшей технической глубокой концентрацией. Основываясь на базовых физических принципах, он будет систематически деконструировать весь процесс калибровки задержки антенны и углубляться в уровень кода для анализа реализации. Освоение этого процесса является ключом к реализации полного потенциала точности модуля UWB650.
4.1 Теоретические основы: почему задержка антенны является основным источником ошибок измерения дальности
Предоставленный метод калибровки основан на принципе, официально рекомендованном Qorvo, и его основная идея заключается в использовании избыточных данных измерений между несколькими модулями для решения соответствующих неизвестных задержек.
● Проблемное моделирование: для процесса калибровки требуется как минимум три модуля UWB. Во-первых, параметр задержки антенны для всех модулей устанавливается на нуль. Затем в сценарии с известным физическим расстоянием выполняется двунаправленное измерение дальности между парами, чтобы получить матрицу измеренного расстояния (
), содержащую 6 измеренных значений (d12, d21, d13, d31, d23, d32). В то же время на основе физических измерений получается реальная матрица расстояний (
).
Цель оптимизации: цель калибровки состоит
в том, чтобы найти набор значений задержки антенны, чтобы минимизировать разницу между компенсированным измеренным расстоянием и реальным расстоянием. Это математически выражается как минимизация разности двух матрицных норм:
● Линейное решение наименьших квадратов. Хотя проблема описана как минимизация матрицной нормы, предоставленный код на языке C раскрывает его конкретную реализацию-линейный метод наименьших квадратов. Эта задача может быть преобразована в систему избыточных линейных уравнений. Для любой пары модулей
● Измерение между i и j, погрешность измерения которого в основном обусловлена суммой задержек обеих антенн. Мы можем установить следующие отношения:
где c-скорость света. После преобразования расстояния во время каждое измерение может дать линейное уравнение относительно неизвестных задержек τi и τj. При наличии достаточного количества измерений (например, 6 измерений между 3 модулями) можно построить переопределенную систему уравнений Ax = b, где x-вектор, содержащий все неизвестные задержки. Система уравнений может быть получена путем решения нормального уравнения (ATA) x = ATb.
4.3 Рабочий процесс практической калибровки
Ниже приведены стандартизированные оперативные шаги для инженеров, выполняющих точную калибровку задержки антенны для модулей UWB650 в лаборатории или на месте:
Успех всего процесса калибровки основан на точности измерения физического расстояния. Сам алгоритм предполагает, что входное значение reference является абсолютным истинным значением, и любая ошибка, введенная на этапе физического измерения, рассматривается алгоритмом как систематическое отклонение и « калибровывается » в значение задержки антенны, что приводит к систематическому смещению конечного результата. Поэтому в процессе калибровки важно обеспечить, чтобы точность физических измерений соответствовала точности, которую преследует система UWB.
Глава 5: Соображения развертывания и лучшие практики
Этот раздел предназначен для преобразования вышеупомянутых технических деталей в оперативные рекомендации при развертывании модулей UWB650 в реальном мире. Содержание будет объединять устранение неполадок и ответы на часто задаваемые вопросы в официальной документации, чтобы предоставить практическое руководство по развертыванию для системных интеграторов.
5.1 Смягчение факторов окружающей среды: окклюзия и многолучевые эффекты
Производительность системы UWB тесно связана с физическими характеристиками среды развертывания.
● Расстояние зрения (Line-of-Sight, LoS) имеет решающее значение: UWB-сигналы, хотя и обладают определенной проникающей способностью, не могут эффективно проникать в материалы высокой плотности, такие как железобетонные стены. Сигнал отражается при столкновении с этими препятствиями. Хотя связь связи все еще может быть установлена, увеличение пути отражения приведет к большому значению измерения времени полета, что приведет к серьезным ошибкам измерения дальности. Металлические пластины или большие металлические объекты особенно серьезно поглощают сигналы UWB и могут образовывать слепые зоны сигнала.
● Анализ воздействия общих препятствий:
○ Твердая стена: сигнал не может проникнуть, любой результат измерения дальности в обход угла стены генерируется отраженным сигналом, данные не заслуживают доверия.
○ Стеклянная стена: оказывает большее влияние на точность измерения дальности.
○ Полосы, такие как столбы и деревья: степень воздействия зависит от расстояния. Когда модули находятся на большом расстоянии (например, 100 метров), экран, расположенный посередине, оказывает меньшее влияние; Однако, когда препятствие находится на расстоянии менее 1 метра от антенны на любом конце, это вызывает значительный дрейф данных.
○ Картон, деревянная доска: если толщина невелика (≤5 см), влияние на точность измерения дальности ограничено, но все же приведет к ослаблению силы сигнала.
● Наилучшая практика развертывания: в системах определения местоположения базовые станции (анкеры) должны быть установлены на высоком уровне (рекомендуется более 2 метров над землей), чтобы максимизировать вероятность того, что между метками (тегами) и базовыми станциями будет образован четкий путь обзора, чтобы избежать блокирования людьми, транспортными средствами или наземным оборудованием. Успешное развертывание UWB-это не только проблема электронной инженерии, но и проект радиочастотной среды, который требует тщательного планирования.
5.2 Устранение общих проблем с точностью измерения дальности и позиционирования
Если точность системы не соответствует ожиданиям, вы можете выполнить следующие шаги для устранения проблемы:
● Низкая точность измерения дальности:
1. Проверка окружающей среды: подтвердить наличие непредвиденного физического препятствия между модулями или наличие сильных источников электромагнитных помех поблизости.
2. Проверка помех: Проверьте наличие в окружающей среде другого оборудования UWB, работающего в той же полосе частот (CH5).
3. Проверка оборудования: убедитесь, что антенна правильно установлена и надежно подключена.
4. Проверка калибровки: подтверждается, что для всех модулей, участвующих в измерении дальности, была проведена точная калибровка задержки антенны.
● Плохая точность позиционирования:
1. Проверка координат: наиболее распространенным источником ошибок является неточная установка координат базовой станции. Обязательно проверяйте, что измеренные значения в физическом месте развертывания точно соответствуют значениям, записанным в модуль с помощью команды UWBRFAT + COORDINATE, и что единицы правильны (см)4.
2. Геометрическая компоновка: проверьте, соответствует ли развертывание базовой станции рекомендуемой геометрической конфигурации (например, треугольник, прямоугольник). Плохая геометрическая компоновка (например, все базовые станции находятся приблизительно на одной прямой линии) может привести к эффекту разбавления геометрической точности (GDOP), в результате чего небольшие ошибки измерения дальности увеличиваются, что серьезно влияет на точность конечного решения позиционирования.
3. Высота и копланарность: убедитесь, что все базовые станции размещены на рекомендуемой высоте в соответствии с требованиями. Для приложений двумерного плоского позиционирования убедитесь, что все базовые станции находятся примерно на одной горизонтальной плоскости.
4. Покрытие: убедитесь, что метка находится внутри эффективной зоны позиционирования, окруженной базовой станцией. Когда метка выходит за пределы зоны покрытия базовой станции, точность позиционирования быстро снижается.
Глава 6: Команды настройки
В следующей таблице приведены сводные известные инструкции по конфигурации и эксплуатации модуля UWB650, которые предназначены для предоставления инженерам разработчиков программного обеспечения всеобъемлющего и быстрого справочного материала.
Модуль UWB650 использует команды конфигурации для изменения некоторых параметров во время выполнения.
6.1 Определения
6.2 Настройка форматов команд
Когда пользователь вводит данные из последовательного порта, модуль определяет, являются ли данные командой конфигурации, и выполняет соответствующую обработку и ответ. Формат команд конфигурации фиксирован: он начинается с UWBRFAT и заканчивается на < CR > < LF >. Коды ответа и результата команды всегда начинаются и заканчиваются < CR > и < LF >.
(Введите пример команды и содержание преобразованного шестнадцатеричного отображения)
< CR > и < LF > намеренно опускаются при описании команд конфигурации и ответов во всем документе. Если пользователь не нуждается в настройке параметров во время использования, он должен стараться избегать ввода пакетов данных, начинающихся с UWBRFAT и заканчивающихся < CR > и < LF >.
Механизм обработки приема последовательного порта
Модуль UWB650 определяет количество байтов, принятых последовательным портом, в виде обнаружения тайм-аута. Когда модуль принимает первый байт, он включает таймер продолжительностью около 5 мс, а когда продолжает принимать другие байты, таймер повторно отсчитывает время до тех пор, пока буфер приема не заполнен или таймер запустит тайм-аут, чтобы прекратить прием и начать обработку данных.
1) Проверка нормальной работы модуля
2) Получить версию программы модуля
Примечание. Из-за возможности последующего обновления модуля содержание ответа в этом документе является только для справки.
3) Вернуть все параметры модуля к значениям по умолчанию
Примечание. Эта команда перезапустит модуль, и модуль ответит OK, прежде чем выполнить операцию перезапуска.
После запуска модуля последовательный порт выводит следующую строку:
Finished Startup
4) Перезагрузка модуля
Примечание. Эта команда перезапустит модуль, и модуль ответит OK, прежде чем выполнить операцию перезапуска.
После запуска модуля последовательный порт выводит следующую строку:
Finished Startup
5) Сохранить настраиваемые параметры во внутреннем Flash
Примечание: В последующем описании команды конфигурации документа соответствующие параметры команды со символом * могут быть сохранены в Flash с помощью этой команды, и последующая перезагрузка модуля будет непосредственно применять эти параметры.
6) Настройте скорость передачи последовательного порта модуля
7) Настройка скорости передачи данных по воздуху чипа UWB
8) Настройка PAN ID и Address чипа UWB
9) Настройте мощность передачи модуля
10) Настройка параметров преамбулы чипа UWB
11) Настройка функции CCA (Clear Channel Assessment)
12) Настройка функции ACK (Automatic Response to Request)
13) Ключ АЭС-128 для модуля конфигурации
14) Установите адрес цели передачи данных для функции передачи данных
15) Настройка функции специальной сети Mesh модуля
16) При получении данных модулем настройки отображается информация об адресе источника
17) Настройка состояния светодиодных ламп на плате модуля:
18) Установка состояния приема модуля
19) Установка состояния SNIFF (прослушивания приема) модуля
20) Установка антенной задержки модуля
21) Функция измерения дальности модуля
22) Функция позиционирования модуля
23. Установка адреса базовой станции
24) Установка смещения дальности
Глава 7: Руководство по размерам машин и производству
7.1 Механические размеры
Механический размерный чертеж модуля UWB650
7.2 Рекомендации по паяке рефлюсом
Рекомендуется следовать соответствующим стандартам IPC для установки кривой паяки рефлюсом.
Диаграмма температуры паяки при рефлюте
Таблица параметров бессвинцовой рефлотной паяки
Глава 8: Информационные ресурсы
Продукция и закупки
1. G-NiceRF ® Страница информации о продукте UWB650: https://www.nicerf.com/uwb/uwb650-module.html
2. G-NiceRF ® Центр загрузки ресурсов UWB650: https://www.nicerf.com/download/? keywords=UWB650
3. G-NiceRF ® Официальный сайт: https://www.nicerf.com/
4. G-NiceRF ® Официальный магазин (AliExpress): https://www.aliexpress.com/item/1005008706907873.html
Основное оборудование
5. Qorvo DW3210 UWB приемопередатчик IC страница продукта: https://www.qorvo.com/products/p/DW3210
6. Qorvo DWM3000 UWB модуль страница продукта: https://www.qorvo.com/products/p/DWM3000
Технические стандарты и альянсы
7. стандарт ieee 802.15.4z: https://standards.ieee.org/ieee/802.15.4z/10230/
8. Официальный сайт FiRa Consortium: https://www.firaconsortium.org/
Основная техническая документация
9. Примечания по применению Qorvo: APS014-Antenna Delay Calibration of DW1000-Based products and Systems: https://www.qorvo.com/products/d/da008449
10. академическая работа : An Alternative Double-Sided_Two-Way Ranging_Method: https://www.researchgate.net/public...ternative_Double-Sided_Two-Way_Ranging_Method
Цель этой главы состоит в том, чтобы заложить теоретическую основу для глубокого понимания функций и производительности модуля UWB650. Содержание будет начинаться с основных принципов сверхширокополосной (UWB) технологии и постепенно сосредоточиться на конкретной аппаратной реализации модуля UWB650, предоставляя инженерам основные базовые знания и технические спецификации, необходимые для предварительной оценки.
1.1 Преимущества UWB: точное измерение дальности на основе IEEE 802.15.4-2020
Сверхширокополосная технология (UWB)-это радиотехнология, основанная на стандарте IEEE 802.15.4a/z, основная особенность которой заключается в использовании чрезвычайно короткой пропускной способности сигнала (обычно более 500 МГц) для передачи наносекундных импульсов. Эта характеристика физического уровня является фундаментальным отличием UWB от традиционных узкополосных технологий связи, таких как Bluetooth и Wi-Fi, и напрямую дает ему беспрецедентное преимущество точности в измерении дальности и позиционировании.
Технология UWB в основном реализует расчет расстояния путем измерения времени полета (Time-of-Flight, ToF). Принцип состоит в том, чтобы точно измерить время, необходимое для распространения радиосигнала между двумя устройствами, и умножить его на скорость света, чтобы получить физическое расстояние между ними. Этот подход резко контрастирует с технологией, основанной на индикаторе силы принимаемого сигнала (Received Signal Strength Indicator, RSSI). RSSI оценивает расстояние с помощью затухания мощности сигнала и чрезвычайно подвержен помехам факторов окружающей среды, таких как препятствия и многолучевые эффекты, что приводит к снижению точности. ToF непосредственно измеряет время и не чувствителен к изменениям силы сигнала, поэтому он демонстрирует более высокую надежность и точность в сложных помещениях или многолучевых средах.
Модуль UWB650 соответствует стандарту IEEE 802.15.4-2020, который объединяет более раннюю спецификацию физического уровня 802.15.4a и поправку 802.15.4z, разработанную для повышения безопасности. Это соответствие стандартам гарантирует, что модуль может использовать новейшие технологии безопасного измерения дальности и обеспечивает возможность взаимодействия с другими устройствами, соответствующими спецификациям FiRa Alliance.
1.2 Аппаратная архитектура: углубленный анализ UWB650 на базе Qorvo DW3000
Аппаратным ядром модуля UWB650 является чип UWB серии DW3000 от Qorvo (в частности, IC DW3210, интегрированный в модуль DWM3000). Чипсет полностью соответствует стандарту IEEE 802.15.4z, поддерживает канал 5 (центральная частота 6,5 ГГц) и канал 9 (центральная частота 8 ГГц) для UWB и обеспечивает две скорости передачи данных по воздуху-850 кбит/с и 6,8 Мбит/с. Текущая версия прошивки модуля UWB650 ориентирована на применение канала 5 (6489,6 МГц).
Модуль спроектирован как высокоинтегрированное решение, и его внутренняя блок-схема показывает, что в дополнение к основному чипу DW3000 встроен микроконтроллер (MCU), высокопроизводительный радиочастотный усилитель мощности (PA), антенна и схема защиты от электростатического разряда (ESD).
Внутренняя блок-схема модуля UWB650
Эта архитектура проектирования системного модуля (SoM) имеет большое значение. Это означает, что весь стек протоколов UWB, включая сложное управление импульсами физического уровня и управление синхронизацией на уровне MAC (например, DS-TWR), обрабатывается встроенным MCU. Внешняя главная система управления может вызывать передовые функции, такие как измерение дальности, позиционирование и передача данных, только с помощью простого набора инструкций последовательного порта AT, что значительно снижает порог разработки и позволяет инженерам, не обладающим глубокими знаниями стека протоколов UWB, быстро интегрировать и применять данную технологию.
Типичная схема применения модуля UWB650
Модуль подключен к внешней системе через контактный интерфейс, и его контакты четко определены, что обеспечивает удобство для интеграции аппаратного обеспечения.
Номер вывода модуля UWB650 (вид сверху)
Схема определения выводов модуля UWB650
номер ноги | Определение штыря | ввод/вывод | критерий уровня | описание |
1 | НК | | | |
2,17,19,36 | ГНД | - | 0-3,3 В | подключение к электроснабжению |
3 | РЕСЕТ | I | 0-3,3 В | Стойка сброса модуля, нормальный высокий уровень, тянуть низкий уровень сброса |
4 | SWDIO | I | 0-3,3 В | Шнопка записи модуля |
5 | SWCLK | О | 0-3,3 В | Шнопка записи модуля |
6 | TEST | I | 0-3,3 В | - |
7 | DEFAULT | I | 0-3,3 В | Внутреннее вытягивание вверх, непрерывное вытягивание вниз около 10 с в рабочем состоянии принудительная перезагрузка и восстановление заводских настроек |
8 | П200 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
9 | P112 | ввод/вывод | 0-3,3 В | ШИМ-выход |
10 | P111 | ввод/вывод | 0-3,3 В | ШИМ-выход |
11 | P301 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
12 | P302 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
13 | КС | I | 0-3,3 В | Спящая ножка, внутреннее тянутое вверх, внешнее применение низкого уровня входит в спящую |
14 | P400 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
15 | RXD | I | 0-3,3 В | Вывод данных последовательного порта, вывод TXD внешнего устройства |
16 | TXD | О | 0-3,3 В | Вывод данных последовательного порта, вывод RXD внешнего устройства |
18 | ВКК | - | 3.0-5.5В | Положительный полюс внешнего источника питания |
20 | П500 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
21 | TXOK | О | 0-3,3 В | Пин индикатора состояния отправки, выводит высокий уровень при отправке данных |
22 | RXOK | О | 0-3,3 В | Контакт индикатора состояния приема, выводит высокий уровень при получении данных и низкий уровень после приема |
23 | P011 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Нога состояния измерения дальности/позиционирования, выход высокого уровня во время измерения дальности/позиционирования |
24 | P010 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
25 | P002 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
26 | P001 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
27 | П000 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
28 | P012 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
29 | P409 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
30 | P913 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
31 | P407 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
32 | P408 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Обычный выход ввода-вывода |
33 | P915 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
34 | P914 | ввод/вывод | 0-3,3 В | Свободный порт IO |
35 | UPGRADE | I | 0-3,3 В | Внутреннее подтягивание. Модуль сброса переходит в режим обновления последовательного порта после низкого уровня внешнего входа |
Ключевые контакты включают в себя:
Источник питания: VCC (3.0-5.5V) и GND.
Последовательная связь: RXD и TXD для взаимодействия инструкций и данных с главным управляющим MCU.
Аппаратное управление: RESET (восстановление низкого уровня), DEFAULT (восстановление заводских настроек), CS (переход низкого уровня в режим спящего режима) и UPGRADE (переход низкого уровня в режим обновления прошивки).
Индикаторы состояния: TXOK (высокий уровень при отправке данных), RXOK (высокий уровень при получении данных) и P011 (высокий уровень при определении дальности/позиционировании), эти контакты обеспечивают поддержку аппаратного уровня для мониторинга состояния в реальном времени.
Производительные параметры модуля UWB650 определяют его применимость в конкретном применении. Подробная информация об этих параметрах имеет решающее значение для бюджета электропитания, управления энергопотреблением и оценки производительности на ранних этапах проектирования системы.
Мощность передачи модуля до 27,7 дБм (~ 0,5 Вт) является ключом к его возможностям связи на большие расстояния более 1 км. Однако эта характеристика оказывает разное влияние в разных сценариях применения. Высокая мощность является значительным преимуществом в открытых средах, где требуется связь на большие расстояния. Однако в приложениях позиционирования на ближнем расстоянии (например, в пределах 1 метра), требующих сантиметровой точности, чрезмерная мощность усиливает отражение сигнала и создает более сильный многолучевой эффект, который может привести к дрейфу данных измерения дальности и снижению точности. В FAQ модуля четко указано, что при использовании на близком расстоянии рекомендуется пройти через
Команда UWBRFAT+POWER надлежащим образом уменьшает мощность передачи, чтобы уменьшить влияние многолучевого эффекта. Это выявило ключевой компромисс в производительности: разработчики систем должны выбирать и динамически корректировать между расстоянием связи и точностью ближнего поля в соответствии с конкретными потребностями приложения.
Таблица параметров производительности UWB650
В следующей таблице объединены ключевые электрические и радиочастотные параметры производительности модуля UWB650, чтобы служить быстрым справочным материалом для оценки и проектирования оборудования.
параметр | минимальное значение | Типичное значение | максимальное значение | единица | Примечания |
Рабочее напряжение | 3.0 | 4.2 | 5.5 | В | - |
Рабочая температура | -20 | 25 | 60 | ℃ | - |
Рабочая частота | - | 6489.6 | - | МГц | CH5 |
скорость передачи данных | 850к | - | 6,8 М | bps | - |
потребление тока | | | | | |
спящий ток | - | <2.3 | - | мА | - |
ток излучения | - | 300 | - | мА | Предельные значения в режиме непрерывного кадра |
приемный ток | - | 100 | - | мА | - |
прослушивание приемного тока | - | 65 | - | мА | Режим SNIFF с низким энергопотреблением |
ток ожидания | - | 27 | - | мА | Отключить прием и не отправлять данные |
параметр запуска | | | | | @VCC=5.0V |
мощность передачи | -5 | - | 27.7 | дБм | - |
Параметры приема | | | | | - |
чувствительность приема | - | -100 | - | дБм | @ 850Кбит/с |
чувствительность приема | - | -94 | - | дБм | @ 6,8 Мбит/с |
Модули осуществляют связь по беспроводной линии связи с использованием формата кадра данных в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4-2020. Формат содержит такие поля, как контроль кадра, порядковый номер, PAN ID, адрес назначения, адрес источника, нагрузка кадра и последовательность проверки кадра (FCS). Для разработчиков прикладного уровня ядром, на который необходимо обратить внимание, является часть Frame Payload (нагрузка кадра). Данные, введенные через последовательный порт, будут инкапсулированы в эту часть для отправки, а данные, полученные из беспроводной связи, модуль также выводит содержимое Frame Payload только через последовательный порт. Остальные поля протокола автоматически управляются прошивкой модуля и пользователь не может и не должен их изменять.
Глава 2: Освоение основных функций: конфигурация и использование
Этот раздел будет служить подробным практическим руководством, систематически описывающим, как настроить и использовать модуль UWB650 с помощью набора инструкций AT. Содержание будет охватывать три основные функции передачи данных, высокоточного измерения дальности и позиционирования в режиме реального времени, а также в сочетании с примерами команд в документации предоставит инженерам четкий операционный процесс.
2.1 Интерфейс команды AT: структура и протокол
Вся конфигурация и работа модуля UWB650 выполняется с помощью последовательного порта команды AT. Эти инструкции следуют фиксированному формату с UWBRFAT в качестве префикса и возвратом каретки < CR > и перерывом строки < LF > в качестве терминаторов. Ответ модуля также следует аналогичному формату, начиная и заканчивая < CR > < LF >.
Во время взаимодействия команд модуль использует таймер ожидания около 5 мс, чтобы определить, завершился ли прием данных последовательного порта. Соблюдение этой последовательности имеет решающее значение для написания стабильных и надежных сценариев управления автоматизацией, которые могут эффективно избежать ошибок анализа команд или потерь, вызванных слишком быстрой отправкой команд.
2.2 Передача данных: точка-точка, вещание и повышенная надежность
Модуль обеспечивает гибкие и богатые возможности передачи данных, поддерживает несколько режимов связи и механизмов улучшения.
2.2.1 Сетевая адресация и маршрутизация данных
Идентификация устройства: каждый модуль UWB650 уникально идентифицируется в сети 16-битным PAN ID (идентификатор личной локальной сети) и 16-битным Address (адрес устройства). Связь может осуществляться только между модулями с одинаковым PAN ID, и все модули под одним и тем же PAN ID Address должны быть уникальными. Эти два параметра могут быть настроены с помощью инструкций UWBRFAT + DEVICEID = < id >, < addr >.
Назначение данных: используйте команду UWBRFAT + TXTARGET = < address >, чтобы установить адрес назначения для отправки данных. Когда < address > является конкретным адресом устройства, модуль будет осуществлять одноточную связь. Когда < адрес > установлен в 0xFFFF, модуль будет отправлять данные в режиме широковещания, и все модули с одним и тем же PAN ID в сети могут получать эти данные.
Прослушивание канала (CCA): функция оценки четкого канала (Clear Channel Assessment) может быть включена с помощью UWBRFAT + CCAENABLE=1. После включения модуль будет прослушивать, является ли канал свободным перед отправкой данных. Если канал занят, модуль отказывается от этой отправки и возвращает CCA FAILURE через последовательный порт. В среде развертывания интенсивного оборудования UWB эта функция является эффективным средством избежания конфликтов данных и повышения успешности связи.
Автоматический ответ (ACK): функция автоматического ответа на запрос может быть включена с помощью UWBRFAT + ACKENABLE=1. После включения кадр одноадресных данных, отправляемый модулем, будет содержать запрос ACK. После успешного получения данных получатель автоматически ответит кадром ACK. Если отправитель получает ACK в указанное время, последовательный порт возвращает ACK DETECTED; Если тайм-аут не получен, возвращается ACK WAIT TIMEOUT. Эта функция обеспечивает механизм подтверждения уровня линии связи для сценариев приложений, которые должны обеспечить надежное поступление данных.
Шифрование данных (AES-128): Используйте команду UWBRFAT+SECURITY=<enable >, < key > для включения функции шифрования AES-128. При включении часть Frame Payload отправляемого пакета будет зашифрована. Следует отметить, что шифрование добавляет дополнительные накладные расходы на 16 байт, поэтому максимальная длина одного пакета данных, которую может передать пользователь, уменьшается с 1012 байт до 996 байт. Это четкий компромисс между безопасностью и пропускной способностью данных.
● Прослушивание и прием (SNIFF): для устройств с батареей, чувствительных к энергопотреблению, режим SNIFF можно включить с помощью команды UWBRFAT + SNIFFEN = 1. В этом режиме приемник модуля работает с рабочим циклом около 50% (16us включен, 16us выключен), что значительно снижает принимаемый ток примерно со 100 мА до 65 мА. Цена заключается в возможной потере части пакетов. Это типичный компромисс между энергопотреблением и производительностью.
Схема последовательности режима SNIFF (прослушивание приема)
2.2.4 Производительность передачи
Основываясь на мощном буфере передачи и приема чипа DW3000 (1023 байта), пользователь может передавать до 1023-11=1012 байт данных Frame Payload в одном пакете, исключая фиксированную длину кадра данных.
Поскольку передатчик беспроводной связи получает определенное количество данных от терминального оборудования или ожидает определенного времени, передача данных по воздуху от передатчика беспроводной связи к приемнику беспроводной связи также занимает много времени, поэтому выход данных от передатчика к приемнику будет иметь определенную временную задержку, при тех же условиях время задержки фиксировано (конкретное время определяется скоростью последовательного порта, скоростью по воздуху и размером передаваемого пакета данных).
Схема сквозной задержки передачи данных модуля UWB
Общее время ввода данных модуля от последовательного порта отправителя до последовательного порта приемника приведено в следующей таблице:
скорость передачи данных по воздуху | 1 байт нагрузки | 1012 байт нагрузки |
6.8 Мбит/с | 1.905 мс | 12.330 мс |
850Кбит/с | 2,316 мс | 20.885 мс |
2.3 Высокоточное измерение дальности: реализуйте измерение дальности DS-TWR
Функция измерения дальности модуля основана на усовершенствованном двустороннем методе измерения дальности (Double-Sided Two-Way Ranging, DS-TWR) и сочетает в себе схему одностороннего двустороннего метода измерения дальности (SS-TWR). Основное преимущество DS-TWR, которое точно рассчитывает время полета сигнала путем трехкратного обмена сообщениями между двумя устройствами, заключается в том, что он способен эффективно устранить ошибки измерения дальности, вызванные разницей частоты кристаллических осцилляторов устройств на обоих концах (мгновенный дрейф часов), что позволяет обеспечить высокоточные измерения без необходимости сложной синхронизации часов по всей сети10.
схема последовательности DS-TWR (двустороннее двунаправленное измерение дальности)
● Определение роли: при измерении дальности устройства делятся на Инициатора (мастер) и Ответчика (подчиненный). Хост активно инициирует запрос на определение дальности, а подчиненный пассивно реагирует.
● Команда действия:
○ Хост: Хост инициирует измерение дальности одного или нескольких подчиненных, отправляя команды UWBRFAT + RANGING = < number >, < addr1 >, < addr2 >,... где < number >-количество целевых подчиненных, а < addr >-список адресов подчиненных.
○ Подчиненный: подчиненный по умолчанию находится в режиме отзыва и не требует специальной конфигурации. После получения запроса на определение дальности от хоста он автоматически участвует в процессе определения дальности и выводит результат определения дальности через последовательный порт после завершения.
● Анализ формата вывода: после того, как хост-компьютер завершил измерение дальности, полученный формат составляет + RANGING = (< distance >), (< rssi >). Если измерение дальности не удается, значение дальности будет -1.
● Производительность: процесс измерения дальности чрезвычайно быстрый. В нижеследующей таблице показано время расхода дальности в различных режимах:
скорость передачи данных по воздуху | Режим | время, затрачиваемое на дальность |
6.8 Мбит/с | Инициатор (Initiator) | 4.819 мс |
Подчиненный (Responder) | 4.051 мс | |
850Кбит/с | Инициатор (Initiator) | 5.545 мс |
Подчиненный (Responder) | 4.553 мс |
Инженеры могут точно получить время начала и окончания процесса измерения дальности, контролируя уровень вывода P011 модуля.
2.4 Системы позиционирования в реальном времени (RTLS): стратегии позиционирования в 2D и 3D
Модуль имеет встроенную полную функцию решения позиционирования и поддерживает двумерное плоское и трехмерное пространственное позиционирование.
● Определение роли: в системе позиционирования устройство делится на Tag (метка, движущаяся цель, которая должна быть определена) и Anchor (базовая станция, фиксированная опорная точка с известными координатами).
● Настройка базовой станции: первым шагом в развертывании системы позиционирования является точная установка координат базовой станции. Настройка положения каждой базовой станции в сантиметрах в предопределенной декартовой системе координат с помощью инструкций UWBRFAT+COORDINATE=<x >, < y >, < z >. Окончательная точность всей системы позиционирования в значительной степени зависит от точности измерения координат базовой станции.
● Операция метки: метка инициирует запрос на местоположение путем отправки команды UWBRFAT + LOCATION = < anchor1 >, < anchor2 >,... В инструкции должны быть включены адреса как минимум 3 базовых станций (для 2D позиционирования) или как минимум 4 базовых станций (для 3D позиционирования). Модуль автоматически измеряет расстояние с каждой базовой станцией в списке, а затем использует встроенный алгоритм триангуляции (точнее многоточечного позиционирования) для вычисления собственных координат (x, y, z) и вывода результата через последовательный порт.
● Состояния взаимоисключают: функциональные состояния модулей являются взаимоисключающими. Например, когда модуль активно инициирует определение дальности или позиционирование в качестве хоста, он временно не сможет ответить на запросы определения дальности от других хостов. Точно так же во время определения дальности или позиционирования включенный режим низкого энергопотребления SNIFF временно отключается, чтобы гарантировать, что все кадры ответа на определение дальности могут быть приняты. Это означает, что в системах с несколькими активными устройствами (несколькими метками или хостами) на прикладном уровне должна быть разработана разумная политика управления доступом к среде (MAC), такая как множественный доступ с временным разделением (TDMA), чтобы координировать использование каналов и избежать коллизий и сбоев запросов. Сам модуль обеспечивает возможности физического уровня, но стабильная работа на системном уровне требует гарантии протоколов верхнего уровня.
Глава 3: Расширенные функции и техническое обслуживание системы
В этой главе рассматриваются расширенные функции модуля UWB650, выходящие за рамки базовой связи и позиционирования, охватывающие масштабируемость сети, повторное использование аппаратных интерфейсов и управление жизненным циклом прошивки устройств, чтобы предоставить руководство по созданию более сложных и мощных приложений UWB.
3.1 Расширение зоны покрытия посредством сетевой сети
Чтобы решить проблему недостаточного расстояния связи с одним переходом в больших или закрытых сложных средах, модуль UWB650 представляет функцию сетевой сети.
Включение функции: Функция Mesh отключена по умолчанию и может быть включена с помощью команды UWBRFAT+MESHENABLE=<type >. Эта функция позволяет многопереходную ретрансляцию пакетов данных между узлами в сети, что значительно расширяет эффективное покрытие сети.
Режим работы: Модули могут играть различные роли в сети Mesh, указанные параметром < type >:
type=1 (чистая ретрансляция): модуль действует только как узел пересылки данных и не генерирует и не потребляет данные. Подходит для сценариев развертывания в критических местах для соединения двух отдельных сетевых зон.
type=2 (чистый узел): модуль служит только узлом источника или назначения данных и не участвует в пересылке данных.
type=3 (смешанный режим): модуль может служить как узлом данных, так и ретранслятором. Он выполняет операцию пересылки, когда получает пакет с адресом назначения, отличным от самого себя. Это самая гибкая модель, позволяющая любому узлу в сети участвовать в построении маршрута.
Схема топологии сети Mesh
Ключевые ограничения. Чтобы предотвратить бесконечную циклическую пересылку пакетов данных в сети, вызывая штормы широковещания и перегрузку канала, внутри прошивки установлен максимальный лимит пересылки в 10 переходов. Когда количество пересылок пакета данных, полученного ретрансляционным узлом, достигло 10 раз, он больше не будет пересылаться. Кроме того, важным конструктивным ограничением является то, что модули с включенной функцией Mesh не могут обычно обмениваться данными с модулями без этой функции (функции определения дальности и позиционирования не затрагиваются). Это означает, что после принятия решения об использовании Mesh часто требуется унифицированная конфигурация всех коммуникационных узлов во всей сети.
Схема многопереходной передачи в сети Mesh
3.2 Обновление прошивки через протокол YModem
Модуль поддерживает обновление прошивки через последовательный порт, что обеспечивает возможность функциональной итерации и устранения дефектов после выпуска продукта, но также предъявляет требования к дизайну аппаратного обеспечения.
Переход в режим обновления: обновление прошивки должно быть запущено при определенных аппаратных условиях. Рабочий процесс заключается в следующем: сначала отключите питание модуля, затем используйте внешнюю цепь, чтобы вытянуть 35-пин модуля (UPGRADE) на низкий уровень (или напрямую коротко соединить GND), и, наконец, включите питание модуля. В этот момент модуль войдет в режим обновления прошивки и ожидает получения новых файлов прошивки через последовательный порт.
35 выводов UPGRADE для модуля UWB650
Протоколы и инструменты: передача прошивки использует стандартный протокол YModem, а скорость передачи последовательного порта составляет 115200 бит/с. Пользователям необходимо использовать инструменты последовательного порта на стороне ПК, которые поддерживают протокол YModem, такие как ExtraPuTTY или официально предоставленный гаджет SerialPortYmodem.
Процесс обновления: Полные этапы обновления следующие:
1. Работа аппаратного обеспечения переходит в режим обновления.
2. Подключите последовательный порт модуля к ПК, откройте инструмент последовательного порта, поддерживающий YModem, и настройте порт COM и скорость передачи.
Интерфейс конфигурации последовательного порта ExtraPuTTY
3. После подключения терминал последовательного порта будет отображать сигналы рукопожатия YModem, отправляемые модулем (обычно это последовательность символов 'C').
Сигнал рукопожатия YModem (символ 'C')
4. В инструменте на стороне ПК выберите функцию «Отправить файл», укажите новый бинарный файл прошивки и начните передачу.
В ExtraPuTTY выберите отправку файла через Ymodem.
Прогресс передачи файла в ExtraPuTTY
5. Дождитесь завершения передачи файла.
6. После успешной передачи отсоедините контакт 35 от GND и выполните полное отключение питания и перезагрузку модуля.
Завершение передачи прошивки в ExtraPuTTY
7. После перезагрузки модуль загрузит и запустит новую прошивку.
Ниже приведен пример использования официального инструмента SerialPortYmodem:
1.Выберите соответствующий COM-порт и откройте его.
Настройка последовательного порта в SerialPortYmodem
2. Найдите и выберите файл прошивки, нажмите «Отправить» для начала передачи.
Прогресс передачи файла в SerialPortYmodem
3. После завершения передачи появится сообщение об успехе. Теперь отсоедините контакт 35 и перезагрузите модуль.
Уведомление об успешной отправке файла в SerialPortYmodem
● Соображения при проектировании аппаратного обеспечения: наличие механизма обновления прошивки означает, что если продукт должен поддерживать полевые или удаленные обновления, то при проектировании печатной платы необходимо заранее рассмотреть вопрос о том, как управлять уровнем 35-го вывода. Вы можете спроектировать выделенный физический перемычка, зарезервировать тестовую точку или использовать GPIO главного управляющего MCU для управления выводами. Если это будет игнорировано на этапе проектирования, последующие обновления прошивки станут очень сложными и даже потребуют физического отзыва развернутых устройств.
Глава 4: Калибровка задержки антенны
Этот раздел является частью отчета с наибольшей технической глубокой концентрацией. Основываясь на базовых физических принципах, он будет систематически деконструировать весь процесс калибровки задержки антенны и углубляться в уровень кода для анализа реализации. Освоение этого процесса является ключом к реализации полного потенциала точности модуля UWB650.
4.1 Теоретические основы: почему задержка антенны является основным источником ошибок измерения дальности
Определение: Задержка антенны (Antenna Delay) относится к сумме времени распространения сигнала между опорной точкой, где генерируется метка времени внутри микросхемы UWB, и физической точкой излучения антенны. Он включает в себя задержку передачи и приема сигналов внутри микросхемы, дорожки печатной платы и самой антенны.
Влияние на точность: Хотя это время задержки крайне короткое (на уровне наносекунд), оно не относится к времени полета (ToF) сигнала, распространяющегося в воздухе, но включено в исходное измерение ToF. Точность измерения дальности UWB основана на точном измерении наносекундных интервалов времени, и любое некомпенсированное фиксированное отклонение времени непосредственно превращается в ошибку дальности. Официальная документация дает очень интуитивно понятный количественный показатель: погрешность измерения времени в 1 нс приведет к погрешности измерения дальности около 30 см.
Необходимость калибровки: значения задержки антенны для каждого модуля UWB650 уникальны из-за производственных допусков компонентов, различий в материалах печатных плат и типов используемых антенн. Значение ANTDELAY (по умолчанию 16440), установленное на заводе для модуля, является лишь эмпирическим значением, применимым к общим ситуациям. Для приложений, требующих высокой точности менее ± 10 см, независимая и точная калибровка задержки антенны для каждого модуля не является опцией, а необходимым шагом.
Предоставленный метод калибровки основан на принципе, официально рекомендованном Qorvo, и его основная идея заключается в использовании избыточных данных измерений между несколькими модулями для решения соответствующих неизвестных задержек.
● Проблемное моделирование: для процесса калибровки требуется как минимум три модуля UWB. Во-первых, параметр задержки антенны для всех модулей устанавливается на нуль. Затем в сценарии с известным физическим расстоянием выполняется двунаправленное измерение дальности между парами, чтобы получить матрицу измеренного расстояния (
Цель оптимизации: цель калибровки состоит
● Линейное решение наименьших квадратов. Хотя проблема описана как минимизация матрицной нормы, предоставленный код на языке C раскрывает его конкретную реализацию-линейный метод наименьших квадратов. Эта задача может быть преобразована в систему избыточных линейных уравнений. Для любой пары модулей
● Измерение между i и j, погрешность измерения которого в основном обусловлена суммой задержек обеих антенн. Мы можем установить следующие отношения:
где c-скорость света. После преобразования расстояния во время каждое измерение может дать линейное уравнение относительно неизвестных задержек τi и τj. При наличии достаточного количества измерений (например, 6 измерений между 3 модулями) можно построить переопределенную систему уравнений Ax = b, где x-вектор, содержащий все неизвестные задержки. Система уравнений может быть получена путем решения нормального уравнения (ATA) x = ATb.
4.3 Рабочий процесс практической калибровки
Ниже приведены стандартизированные оперативные шаги для инженеров, выполняющих точную калибровку задержки антенны для модулей UWB650 в лаборатории или на месте:
Физические настройки: выберите открытое место без видимых отражателей. Поместите не менее 3 модулей UWB650 стационарно и точно измерите физическое расстояние между ними d_Act с помощью высокоточного инструмента, например лазерного дальномера. Чтобы уменьшить помехи многолучевого эффекта, расстояние между модулями должно быть достаточно большим (например, более 30 метров), или мощность передачи модулей должна быть соответствующим образом уменьшена.
Начальная конфигурация: через инструмент последовательного порта отправьте команду UWBRFAT + ANTDELAY=0 во все 3 модуля, чтобы очистить компенсацию задержки антенны.
3. Сбор данных: двунаправленное измерение дальности между всеми парами модулей последовательно выполняется. Например, для модуля 1 и модуля 2 сначала пусть модуль 1 будет использоваться в качестве модуля измерения хоста 2 и запишите расстояние d21; Затем пусть модуль 2 будет использоваться в качестве модуля измерения главного компьютера 1 и запишите расстояние d12. Выполните измерения всех 3 пар модулей (всего 6 раз) и запишите все 6 значений дальности.
4. Вычислите значение задержки: запустите предоставленный инструмент калибровки Qt Antdelay_cal.exe. Введите в интерфейс 6 измеренных значений расстояния и 1 фактическое физическое расстояние d_Act, измеренное ранее, и нажмите кнопку «Рассчитать».
Параметры записи: инструмент выведет 3 значения регистра ANTDELAY, соответствующие каждому модулю. Команда UWBRFAT + ANTDELAY = < значение > отправляется каждому модулю через последовательный порт, и рассчитанное значение калибровки записывается в модуль.
Сохранение и проверка: отправьте команду UWBRFAT + FLASH каждому модулю, чтобы постоянно сохранить новое значение задержки антенны во флэш-память модуля. После завершения сохранения снова выполняйте измерение дальности. В это время расстояние, сообщенное модулем, должно быть в высоте соответствовать фактическому физическому расстоянию, погрешность обычно находится в пределах ±10 см, что указывает на успешную калибровку.
Успех всего процесса калибровки основан на точности измерения физического расстояния. Сам алгоритм предполагает, что входное значение reference является абсолютным истинным значением, и любая ошибка, введенная на этапе физического измерения, рассматривается алгоритмом как систематическое отклонение и « калибровывается » в значение задержки антенны, что приводит к систематическому смещению конечного результата. Поэтому в процессе калибровки важно обеспечить, чтобы точность физических измерений соответствовала точности, которую преследует система UWB.
Глава 5: Соображения развертывания и лучшие практики
Этот раздел предназначен для преобразования вышеупомянутых технических деталей в оперативные рекомендации при развертывании модулей UWB650 в реальном мире. Содержание будет объединять устранение неполадок и ответы на часто задаваемые вопросы в официальной документации, чтобы предоставить практическое руководство по развертыванию для системных интеграторов.
5.1 Смягчение факторов окружающей среды: окклюзия и многолучевые эффекты
Производительность системы UWB тесно связана с физическими характеристиками среды развертывания.
● Расстояние зрения (Line-of-Sight, LoS) имеет решающее значение: UWB-сигналы, хотя и обладают определенной проникающей способностью, не могут эффективно проникать в материалы высокой плотности, такие как железобетонные стены. Сигнал отражается при столкновении с этими препятствиями. Хотя связь связи все еще может быть установлена, увеличение пути отражения приведет к большому значению измерения времени полета, что приведет к серьезным ошибкам измерения дальности. Металлические пластины или большие металлические объекты особенно серьезно поглощают сигналы UWB и могут образовывать слепые зоны сигнала.
● Анализ воздействия общих препятствий:
○ Твердая стена: сигнал не может проникнуть, любой результат измерения дальности в обход угла стены генерируется отраженным сигналом, данные не заслуживают доверия.
○ Стеклянная стена: оказывает большее влияние на точность измерения дальности.
○ Полосы, такие как столбы и деревья: степень воздействия зависит от расстояния. Когда модули находятся на большом расстоянии (например, 100 метров), экран, расположенный посередине, оказывает меньшее влияние; Однако, когда препятствие находится на расстоянии менее 1 метра от антенны на любом конце, это вызывает значительный дрейф данных.
○ Картон, деревянная доска: если толщина невелика (≤5 см), влияние на точность измерения дальности ограничено, но все же приведет к ослаблению силы сигнала.
● Наилучшая практика развертывания: в системах определения местоположения базовые станции (анкеры) должны быть установлены на высоком уровне (рекомендуется более 2 метров над землей), чтобы максимизировать вероятность того, что между метками (тегами) и базовыми станциями будет образован четкий путь обзора, чтобы избежать блокирования людьми, транспортными средствами или наземным оборудованием. Успешное развертывание UWB-это не только проблема электронной инженерии, но и проект радиочастотной среды, который требует тщательного планирования.
5.2 Устранение общих проблем с точностью измерения дальности и позиционирования
Если точность системы не соответствует ожиданиям, вы можете выполнить следующие шаги для устранения проблемы:
● Низкая точность измерения дальности:
1. Проверка окружающей среды: подтвердить наличие непредвиденного физического препятствия между модулями или наличие сильных источников электромагнитных помех поблизости.
2. Проверка помех: Проверьте наличие в окружающей среде другого оборудования UWB, работающего в той же полосе частот (CH5).
3. Проверка оборудования: убедитесь, что антенна правильно установлена и надежно подключена.
4. Проверка калибровки: подтверждается, что для всех модулей, участвующих в измерении дальности, была проведена точная калибровка задержки антенны.
● Плохая точность позиционирования:
1. Проверка координат: наиболее распространенным источником ошибок является неточная установка координат базовой станции. Обязательно проверяйте, что измеренные значения в физическом месте развертывания точно соответствуют значениям, записанным в модуль с помощью команды UWBRFAT + COORDINATE, и что единицы правильны (см)4.
2. Геометрическая компоновка: проверьте, соответствует ли развертывание базовой станции рекомендуемой геометрической конфигурации (например, треугольник, прямоугольник). Плохая геометрическая компоновка (например, все базовые станции находятся приблизительно на одной прямой линии) может привести к эффекту разбавления геометрической точности (GDOP), в результате чего небольшие ошибки измерения дальности увеличиваются, что серьезно влияет на точность конечного решения позиционирования.
3. Высота и копланарность: убедитесь, что все базовые станции размещены на рекомендуемой высоте в соответствии с требованиями. Для приложений двумерного плоского позиционирования убедитесь, что все базовые станции находятся примерно на одной горизонтальной плоскости.
4. Покрытие: убедитесь, что метка находится внутри эффективной зоны позиционирования, окруженной базовой станцией. Когда метка выходит за пределы зоны покрытия базовой станции, точность позиционирования быстро снижается.
Глава 6: Команды настройки
В следующей таблице приведены сводные известные инструкции по конфигурации и эксплуатации модуля UWB650, которые предназначены для предоставления инженерам разработчиков программного обеспечения всеобъемлющего и быстрого справочного материала.
Модуль UWB650 использует команды конфигурации для изменения некоторых параметров во время выполнения.
6.1 Определения
< CR > символ возврата каретки, то есть 0x0D.
< LF > символ новой строки, то есть 0x0A.
< … > Имя параметра. Угловые скобки в команде не появляются.
6.2 Настройка форматов команд
Когда пользователь вводит данные из последовательного порта, модуль определяет, являются ли данные командой конфигурации, и выполняет соответствующую обработку и ответ. Формат команд конфигурации фиксирован: он начинается с UWBRFAT и заканчивается на < CR > < LF >. Коды ответа и результата команды всегда начинаются и заканчиваются < CR > и < LF >.
(Введите пример команды и содержание преобразованного шестнадцатеричного отображения)
< CR > и < LF > намеренно опускаются при описании команд конфигурации и ответов во всем документе. Если пользователь не нуждается в настройке параметров во время использования, он должен стараться избегать ввода пакетов данных, начинающихся с UWBRFAT и заканчивающихся < CR > и < LF >.
Механизм обработки приема последовательного порта
Модуль UWB650 определяет количество байтов, принятых последовательным портом, в виде обнаружения тайм-аута. Когда модуль принимает первый байт, он включает таймер продолжительностью около 5 мс, а когда продолжает принимать другие байты, таймер повторно отсчитывает время до тех пор, пока буфер приема не заполнен или таймер запустит тайм-аут, чтобы прекратить прием и начать обработку данных.
1) Проверка нормальной работы модуля
приказ | отклик |
UWBRFAT | ОК |
2) Получить версию программы модуля
приказ | отклик |
UWBRFAT+VERSION? | V1.2 |
Примечание. Из-за возможности последующего обновления модуля содержание ответа в этом документе является только для справки.
3) Вернуть все параметры модуля к значениям по умолчанию
приказ | отклик |
UWBRFAT+DEFAULT | ОК |
Примечание. Эта команда перезапустит модуль, и модуль ответит OK, прежде чем выполнить операцию перезапуска.
После запуска модуля последовательный порт выводит следующую строку:
Finished Startup
4) Перезагрузка модуля
приказ | отклик |
УВБРФАТ+РЕСЕТ | ОК |
Примечание. Эта команда перезапустит модуль, и модуль ответит OK, прежде чем выполнить операцию перезапуска.
После запуска модуля последовательный порт выводит следующую строку:
Finished Startup
5) Сохранить настраиваемые параметры во внутреннем Flash
приказ | отклик |
UWBRFAT+FLASH | ОК |
Примечание: В последующем описании команды конфигурации документа соответствующие параметры команды со символом * могут быть сохранены в Flash с помощью этой команды, и последующая перезагрузка модуля будет непосредственно применять эти параметры.
6) Настройте скорость передачи последовательного порта модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+BAUDRATE? | +BAUDRATE = < ставка > |
настройки | * UWBRFAT + BAUDRATE = < ставка > | ОК |
Описание | < rate >: целый тип. Каждое значение представляет соответствующую скорость передачи последовательного порта: 0:23 0400bps 1:115200 бит/с (по умолчанию) 2:57 600бит/с 3.38400 бит/с 4.19200 бит/с 5.9600 бит/с Примечание: Другие конфигурации последовательного порта модуля фиксированы на 8 бит данных, 1 бит остановки, нет битов паритета и нет управления потоком. | |
Примеры | Текущая скорость передачи последовательного порта модуля запроса: Отправить: UWBRFAT + BAUDRATE? Ответ: +BAUDRATE=0 Установите скорость передачи последовательного порта модуля на 9600: Отправить: UWBRFAT + BAUDRATE = 5 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + BAUDRATE = 6 Ответ: ERROR |
7) Настройка скорости передачи данных по воздуху чипа UWB
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+DATARATE? | +DATARATE=<ставка > |
настройки | * UWBRFAT + DATARATE = < ставка > | ОК |
Описание | < rate >: целочисленный тип, разные значения обозначают разные скорости передачи данных по воздуху. 0:850 Кбит/с 1: 6,8 Мбит/с (по умолчанию) | |
Примеры | Запрос Скорость передачи данных по воздуху: Отправить: UWBRFAT + DATARATE? Ответ: +DATARATE=1 Установка скорости передачи данных по воздуху: Отправить: UWBRFAT + DATARATE = 0 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + DATARATE = 2 Ответ: ERROR |
8) Настройка PAN ID и Address чипа UWB
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+DEVICEID? | +DEVICEID=<id >, < addr > |
настройки | * UWBRFAT+DEVICEID=<id >, < addr > | ОК |
Описание | < id >: шестнадцатеричный 4-байтовый тип символа, диапазон: 0000-FFFE (по умолчанию: 0000) < addr >: шестнадцатеричный 4-байтовый тип символа, диапазон: 0000-FFFE (по умолчанию: 0000) | |
Примеры | Запросите PAN ID и адрес: Отправить: UWBRFAT + DEVICEID? Ответ: +DEVICEID=1234,5678 Настройка PAN ID и Address: Отправить: UWBRFAT + DEVICEID=ABCD,1234 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + DEVICEID=FFFF, FFFF Ответ: ERROR |
9) Настройте мощность передачи модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+POWER? | +ПОЛОЖНОСТЬ = < gear > |
настройки | * UWBRFAT + POWER = < gear > | ОК |
Описание | < gear >: целое число. Диапазон: 0-10, различные значения представляют различные передачи мощности: | |
передача | Выходная мощность (дБм) | |
0 | -5 | |
1 | -2 | |
2 | 2.14 | |
3 | 7.5 | |
4 | 8.8 | |
5 | 11 | |
6 | 14 | |
7 | 17 | |
8 | 20.2 | |
9 | 23.7 | |
10 (по умолчанию) | 27.7 | |
Примеры | Мощность передачи модуля запроса: Отправить: UWBRFAT+POWER? Ответ: +POWER=0 Настройка мощности передачи: Отправить: UWBRFAT + POWER=10 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + POWER=11 Ответ: ERROR |
10) Настройка параметров преамбулы чипа UWB
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+PREAMBLECODE? | +PREAMBLECODE=<код > |
настройки | * UWBRFAT + PREAMBLECODE = < код > | ОК |
Описание | < code >: целый тип. Диапазон: 9-24 (значение по умолчанию: 9), модули UWB650 с различными параметрами преамбулы не могут связаться. | |
Примеры | Параметры преамбулы запроса: Отправить: UWBRFAT + PREAMBLECODE? Ответ: +ПРЕАМБЛЕКОД=9 Установите параметры преамбулы: Отправить: UWBRFAT + PREAMBLECODE=12 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + PREAMBLECODE=3 Ответ: ERROR |
11) Настройка функции CCA (Clear Channel Assessment)
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+CCAENABLE? | +CCAENABLE = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + CCAENABLE = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: Отключить функцию CCA (по умолчанию) 1: Включите функцию CCA Эта функция используется только в режиме цифровой передачи. После включения функции CCA, если модуль обнаруживает перед отправкой обычных данных Если в воздухе передаются данные, они прекратят отправку данных, и последовательный порт ответит следующим содержанием: CCA FAILURE | |
Примеры | Узнайте, включена ли функция CCA: Отправить: UWBRFAT + CCAENABLE? Ответ: +CCAENABLE=0 Включите функцию CCA: Отправить: UWBRFAT + CCAENABLE=1 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + CCAENABLE=2 Ответ: ERROR |
12) Настройка функции ACK (Automatic Response to Request)
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+ACKENABLE? | +ACKENABLE = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + ACKENABLE = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: отключить ACK для отправки запросов (по умолчанию) 1: Включите ACK для отправки запроса После включения запроса на отправку ACK данные, отправленные модулем в рамках функции передачи данных, будут сопровождаться запросом на отправку ACK. если Если ответа ACK не получено, последовательный порт ответит следующим образом: ACK WAIT TIMEOUT Если получен ответ ACK, последовательный порт отвечает следующим образом: ACK DETECTED | |
Примеры | Узнайте, включена ли функция ACK: Отправить: UWBRFAT + ACKENABLE? Ответ: +ACKENABLE=0 Включите функцию ACK: Отправить: UWBRFAT + ACKENABLE=1 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + ACKENABLE=2 Ответ: ERROR |
13) Ключ АЭС-128 для модуля конфигурации
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+SECURITY? | +SECURITY=<enable >, < key > |
настройки | * UWBRFAT+SECURITY=<enable>,<key > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: отключить шифрование AES (по умолчанию) 1: Включите шифрование AES После включения шифрования AES содержимое Frame Payload, отправленное модулем под функцией передачи данных, будет шифровано для более надежной передачи данных. < key >: тип шестнадцатеричного символа. Длина составляет 32 байта. По умолчанию: 000102030405060708090A0B0C0D0E0F | |
Примеры | Запрос состояния и ключа функции шифрования AES: Отправить: UWBRFAT+SECURITY? Ответ: +SECURITY=0,00112233445566778899AABBCCDDEEFF Включите функцию шифрования AES и установите ключ: Отправить: UWBRFAT+SECURITY=1,112233445566778899AABBCCDDEEFF00 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT+SECURITY=112233445566778899AABBCCDDEEFF00 Ответ: ERROR |
14) Установите адрес цели передачи данных для функции передачи данных
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+TXTARGET? | +TXTARGET = < адрес > |
настройки | * UWBRFAT + TXTARGET = < адрес > | ОК |
Описание | < address >: шестнадцатеричный 4-байтовый тип символа. Диапазон: 0000-FFFF (по умолчанию: 0000) Когда он установлен в FFFF, данные, отправляемые функцией передачи данных модуля, будут рассматриваться как трансляция. | |
Примеры | Запросите текущую цель отправки: Отправить: UWBRFAT + TXTARGET? Ответ: +TXTARGET=AB12 Изменить текущую цель отправки: Отправить: UWBRFAT + TXTARGET = 1234 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + TXTARGET = 123 Ответ: ERROR |
15) Настройка функции специальной сети Mesh модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+MESHENABLE? | +МЕШЕНАБЛЕ=<тип > |
настройки | * UWBRFAT+MESHENABLE=<type > | ОК |
Описание | < type >: целый тип. 0: Отключить функцию Mesh (по умолчанию) 1: Включить функцию сетки, модуль только как ретранслятор 2: Включить функцию Mesh, модуль действует только как узел 3: Включить функцию сетки, модуль может быть как ретранслятор и узел одновременно Примечание: в режиме Mesh один пакет модуля может отправлять до 1004 байт данных, и функция Mesh включена Модуль не может отправлять и принимать обычные данные с модулем без включенной функции Mesh (за исключением функции измерения дальности/позиционирования). | |
Примеры | Запрос состояния функции Mesh: Отправить: UWBRFAT + MESHENABLE? Ответ: +МЕШЕНАБЛЕ=0 Включите функцию Mesh, модуль выступает в качестве узла Отправить: UWBRFAT + MESHENABLE=2 Ответ: ОК Пример ошибки: UWBRFAT + MESHENABLE=4 Ответ: ERROR |
16) При получении данных модулем настройки отображается информация об адресе источника
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+RXSHOWSRC? | +RXSHOWSRC = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + RXSHOWSRC = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: не отображается информация об адресе источника 1: Показать информацию об адресе источника (по умолчанию) Примечание: После включения, когда модуль принимает обычные данные, он отображает адрес источника и силу сигнала. Например, получены данные (123456789) от другого модуля (адрес 1234) с силой сигнала -45,60 дБм: SrcAddr: 1234; Rssi: -45,60 dBm; Data: 123456789 Если модуль включен в функцию Mesh и установлен в качестве узла, он получает данные в следующем формате: Mesh SrcAddr: 1234; Data: 123456789 | |
Примеры | Запрос о том, отображается ли информация об адресе источника: Отправить: UWBRFAT + RXSHOWSRC? Ответ: +RXSHOWSRC=0 Включить отображение информации об адресе источника: Отправить: UWBRFAT + RXSHOWSRC = 1 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + RXSHOWSRC = 2 Ответ: ERROR |
17) Настройка состояния светодиодных ламп на плате модуля:
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+LEDSTATUS? | +LEDSTATUS = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + LEDSTATUS = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: Выключить индикацию состояния светодиодной лампы 1: Включите индикацию состояния светодиодного света (по умолчанию) Примечание: в рабочем состоянии мигание красного света означает, что модуль отправляет данные; Мигание синего света означает, что модуль находится в состоянии приема, Но это не означает, что данные получены. | |
Примеры | Узнайте, включена ли индикация состояния светодиодной лампы: Отправить: UWBRFAT + LEDSTATUS? Ответ: +LEDSTATUS=1 Выключить индикацию состояния светодиодной лампы: Отправить: UWBRFAT + LEDSTATUS = 0 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + LEDSTATUS = 2 Ответ: ERROR |
18) Установка состояния приема модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+RXENABLE? | +RXENABLE = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + RXENABLE = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: отключить состояние приема 1: Включите состояние приема (по умолчанию) После выключения приема модуль войдет в состояние IDLE, и он все еще может отправлять данные в режиме передачи данных, но не может принимать данные, В этом состоянии энергопотребление модуля будет уменьшено. | |
Примеры | Запросите, включен ли состояние приема: Отправить: UWBRFAT + RXENABLE? Ответ: +RXENABLE=1 Закрыть прием: Отправить: UWBRFAT + RXENABLE=0 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + RXENABLE=2 Ответ: ERROR |
19) Установка состояния SNIFF (прослушивания приема) модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+SNIFFEN? | +SNIFFEN = < включить > |
настройки | * UWBRFAT + SNIFFEN = < включить > | ОК |
Описание | < enable >: целочисленный тип 0: Выключить прослушивание приема (по умолчанию) 1: Включите прослушивание и прием После того, как пользователь установил включение прослушивания и приема, модуль временно отключает прослушивание и прием после включения функции измерения дальности/позиционирования. Пока функция не выключена, а затем снова включена. | |
Примеры | Запрос о том, включен ли прослушивание и прием: Отправить: UWBRFAT + SNIFFEN? Ответ: +SNIFFEN=0 Закрыть прием: Отправить: UWBRFAT + SNIFFEN = 1 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + SNIFFEN = 2 Ответ: ERROR |
20) Установка антенной задержки модуля
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+ANTDELAY? | +ANTDELAY = < отсрочка > |
настройки | * UWBRFAT + ANTDELAY = < задержка > | ОК |
Описание | < delay >: целое число. Диапазон: 0-65535. По умолчанию: 16400. Параметры задержки антенны модуля. Параметры задержки антенны будут напрямую влиять на ошибку результатов измерения дальности в функции измерения дальности и функции позиционирования. задержка калибровки антенны, Можно сделать значение результата измерения дальности максимально близко к фактическому расстоянию. Когда пользователь использует нашу антенну UWB, он может использовать соответствующие параметры задержки антенны в соответствии с различными моделями: | |
Модель антенны | Рекомендуемое значение задержки антенны | |
UWB-PCB-X | ||
UWB-PCB-D | ||
UWB-ZT50 | ||
UWB-ZT50 | ||
Конкретные параметры каждого типа антенны, пожалуйста, обратитесь к нашей компании. | ||
Примеры | Запрос параметров задержки антенны: Отправить: UWBRFAT + ANTDELAY? Ответ: +ANTDELAY=16400 Настройка параметров задержки антенны: Отправить: UWBRFAT + ANTDELAY = 12345 Ответ: ОК Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + LEDSTATUS=123456 Ответ: ERROR |
21) Функция измерения дальности модуля
приказ | отклик | |
настройки | UWBRFAT+RANGING=<number >, < addr > | +RANGING = (< distance >), (< rssi >) |
Описание | < number >: целочисленный тип, количество целевых подчиненных, которые нуждаются в определении дальности < addr >: шестнадцатеричный 4-байтовый тип. Модуль служит адресом цели для измерения дальности хостом, диапазон: 0000-FFFE. Можно ввести несколько адресов, количество адресов должно соответствовать значению параметра < number >, несколько адресов разделены запятыми. Модуль будет выполнять процесс измерения дальности к целевому модулю в соответствии с последовательностью адресов в команде, после завершения измерения дальности будет выведено одно и то же сигнал измерения дальности Интересы. < distance >: тип строки числа с плавающей запятой, информация о расстоянии, выводимая после завершения измерения дальности. Можно выводить до 2 десятичных запятой бит. Если измерение дальности не удается, значение должно быть -1. < rssi >: тип строки числа с плавающей запятой, информация о силе сигнала на другом конце вывода после завершения измерения дальности, может выводиться до 2 десятичных знака. Примечание: После того, как другой конец получает сигнал измерения дальности от хоста, информация измерения дальности также будет выведена после завершения измерения дальности. | |
Примеры | Получает расстояние от модуля с адресом 0001: Отправить: UWBRFAT + RANGING = 1,0001 Ответ: +РАНГИНГ = (12,34), (-56,78) Информация измерения дальности на выходе модуля по адресу 0001: Получить расстояние от модулей с адресами 0002 и 0003 одновременно: Отправить: UWBRFAT + RANGING = 2,0002,0003 Ответ: +РАНГИНГ = (34,12, 26,17), (-53,23, -49,15) Получает расстояние до модуля по адресу 0004, но измерение дальности не удается: Отправить: UWBRFAT + RANGING = 1,0004 Ответ: +RANGING=(-1), (0.00) Примеры ошибок: Отправить: UWBRFAT + RANGING = 123,456 Ответ: ERROR |
22) Функция позиционирования модуля
приказ | отклик | |
настройки | UWBRFAT + LOCATION = < addr > | +LOCATION = (< x >, < y >, < z >), (< distance >), (< rssi >) |
Описание | < addr >: шестнадцатеричный 4-байтовый тип. Адрес целевой базовой станции, где модуль выступает в качестве Tag для позиционирования, Диапазон: 0000-FFFE. Необходимо ввести как минимум 3 адреса, а максимум 8 (разделены запятыми). Модуль инициирует процесс позиционирования целевого модуля в соответствии с адресом в команде и выводит результат позиционирования после завершения процесса. < x >: текущее значение координаты x для себя, вычисленное после завершения позиционирования, может быть выведено до 2 знаков после десятичной запятой, Единицы в м. < y >: текущее значение координаты y для себя, вычисленное после завершения позиционирования, может быть выведено до 2 знаков после десятичной запятой, Единицы в м. < z >: собственное текущее значение z-координаты, вычисленное после завершения позиционирования, может быть выведено до 2 знаков после десятичной запятой, Единицы в м. < distance >: строковой тип числа с плавающей запятой, информация о расстоянии, выводимая после завершения позиционирования. Максимум вывода десятичной точки Последние 2 места. Если получение не удается, значение должно быть -1. < rssi >: тип строки числа с плавающей запятой, информация о силе сигнала на другом конце вывода после завершения измерения дальности, может выводиться до 2 десятичных знака. Если расстояние не получено, значение должно быть 0. | |
Примеры | Рядом находятся 3 базовые станции (0001, 0002, 0003), получите относительное положение к этим 3 базовым станциям: Отправить: UWBRFAT + LOCATION = 0001, 0002, 0003 Ответ: +ЛОКАЦИЯ = (12.34, 34.56, 56.78), (11.22, 33.44, 55.66), (-45.45, -56.56, -67.67) Пример ошибки (введено недостаточное количество адресов базовой станции): Отправить: UWBRFAT + RANGING = 0001,0002 Ответ: ERROR |
23. Установка адреса базовой станции
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+COORDINATE? | +COORDINATE = < x >, < y >, < z > |
настройки | * UWBRFAT+COORDINATE = < x >, < y >, < z > | ОК |
Описание | < x >: целочисленный тип, x координата базовой станции в см. Диапазон значений: 0-100000 (по умолчанию: 0) < y >: целочисленный тип, координата y базовой станции в см. Диапазон значений: 0-100000 (по умолчанию: 0) < z >: целочисленный тип, z-координата базовой станции в см. Диапазон значений: 0-100000 (по умолчанию: 0) | |
Примеры | Собственные координаты модуля запроса, когда он выступает в качестве базовой станции: Отправить: UWBRFAT + COORDINATE? Ответ: +COORDINATE=12345,0,54321 Установите собственные координаты модуля: Отправить: UWBRFAT + COORDINATE = 12345,54321,100 Ответ: ОК |
24) Установка смещения дальности
приказ | отклик | |
Запросы | UWBRFAT+DISTOFFSET? | +DISTOFFSET = < offset > |
настройки | * UWBRFAT + DISTOFFSET = < offset > | ОК |
Описание | < offset >: целый тип. Диапазон: -500~500. По умолчанию: 0. Модуль настройки использует функцию измерения дальности или позиционирования Значение смещения результата измерения дальности. Единицы в см. Когда установленное значение смещения является положительным числом, модуль дополнительно добавит значение смещения в результат измерения дальности; При отрицательном значении, Затем уменьшите значение смещения. | |
Примеры | Запрос значения смещения дальности: Отправить: UWBRFAT + DISTOFFSET? Ответ: +DISTOFFSET=34 Установите значение смещения дальности: Отправить: UWBRFAT + DISTOFFSET = 100 Ответ: ОК |
Глава 7: Руководство по размерам машин и производству
7.1 Механические размеры
Механический размерный чертеж модуля UWB650
7.2 Рекомендации по паяке рефлюсом
Рекомендуется следовать соответствующим стандартам IPC для установки кривой паяки рефлюсом.
Диаграмма температуры паяки при рефлюте
Таблица параметров бессвинцовой рефлотной паяки
Глава 8: Информационные ресурсы
Продукция и закупки
1. G-NiceRF ® Страница информации о продукте UWB650: https://www.nicerf.com/uwb/uwb650-module.html
2. G-NiceRF ® Центр загрузки ресурсов UWB650: https://www.nicerf.com/download/? keywords=UWB650
3. G-NiceRF ® Официальный сайт: https://www.nicerf.com/
4. G-NiceRF ® Официальный магазин (AliExpress): https://www.aliexpress.com/item/1005008706907873.html
Основное оборудование
5. Qorvo DW3210 UWB приемопередатчик IC страница продукта: https://www.qorvo.com/products/p/DW3210
6. Qorvo DWM3000 UWB модуль страница продукта: https://www.qorvo.com/products/p/DWM3000
Технические стандарты и альянсы
7. стандарт ieee 802.15.4z: https://standards.ieee.org/ieee/802.15.4z/10230/
8. Официальный сайт FiRa Consortium: https://www.firaconsortium.org/
Основная техническая документация
9. Примечания по применению Qorvo: APS014-Antenna Delay Calibration of DW1000-Based products and Systems: https://www.qorvo.com/products/d/da008449
10. академическая работа : An Alternative Double-Sided_Two-Way Ranging_Method: https://www.researchgate.net/public...ternative_Double-Sided_Two-Way_Ranging_Method
