CN206573713U - 基于超宽带信号的无线高精度测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超宽带信号的无线高精度测距系统，包括：主控制器、LCD显示终端、电源、测距芯片和天线，所述主控制器分别与所述LCD显示终端、电源和测距芯片电连接，所述测距芯片与所述天线电连接，所述测距芯片控制所述天线发射和接收电磁波信号以及处理该接收的电磁波信号，所述主控制器接收所述测距芯片解调、数字化后得到的信号并输出测距的数值，将所述数值显示在所述LCD显示终端，本实用新型的无线高精度测距系统把传统的室外定位技术以及室内的Wi‑Fi测距技术的优点相融合，且同时克服其缺点，其使用者只需直接插上总电源就可开始测距，流程自动化，使用方便。

Description

基于超宽带信号的无线高精度测距系统

技术领域

本实用新型属于无线高精度测距技术领域，具体来说涉及一种基于超宽带信号的无线高精度测距系统。

背景技术

无线定位技术的方案有很多,比如全球定位系统,其是目前应用最为广泛的室外定位技术。常用的室内定位技术从信号形式上看,包括红外,超声波,WI-FI和射频识别技术等等,这些都是传统上室内无线定位系统主要的技术。但是，室内等卫星信号无法覆盖的地区的定位信息却不能获取。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于超宽带信号的无线高精度测距系统，该无线高精度测距系统能够获取室内等卫星信号无法覆盖的地区的定位信息。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种基于超宽带信号的无线高精度测距系统，包括：主控制器、LCD显示终端、电源、测距芯片和天线，所述主控制器分别与所述LCD显示终端、电源和测距芯片电连接，所述测距芯片与所述天线电连接，所述测距芯片控制所述天线发射和接收电磁波信号以及处理该接收的电磁波信号，所述主控制器接收所述测距芯片解调、数字化后得到的信号并输出测距的数值，将所述数值显示在所述LCD显示终端。

在上述技术方案中，还包括：PC，所述主控制器基于SPI接口向PC传输数据。

在上述技术方案中，所述主控制器的型号为STM32F105。

在上述技术方案中，所述测距芯片的型号为DW1000。

在上述技术方案中，所述电源通过USB接口向所述主控制器供电。

相比于现有技术，本实用新型的无线高精度测距系统把传统的室外定位技术以及室内的Wi-Fi测距技术的优点相融合，且同时克服其缺点，其使用者只需直接插上总电源就可开始测距，流程自动化，使用方便。以LCD显示终端作为显示设备，可以直接呈现测试的平均距离，显示的内容直接美观。

附图说明

图1为本实用新型的无线高精度测距系统的结构示意图；

图2为本实用新型的无线高精度测距系统的测试的结果，其中，标准距离为实际距离，实验数据均值为本实用新型的无线高精度测距系统的测试多次的均值，图2(a)为走廊测量结果，图2(b)为室外测量结果。

其中，1为主控制器，2为测距芯片，3为天线，4为LCD显示终端，5为PC，6为电源。

具体实施方式

在本实用新型的具体实施方式中，硬件电路以ARM微控制器STM32F105作为主控制器(MCU)，并采用爱尔兰Decawave半导体制造公司的ScenSorDW1000芯片进行测距处理，以上两种处理器和外设电路一起组成了系统的硬件架构。LCD显示终端包括Molex.Inc公司的47590-0001的驱动芯片。测距芯片的型号为DW1000，DW1000是一款完全集成的单芯片超宽带低功耗低成本收发器,IC符合IEEE802.15.4-2011，它可用于两路测距，精度到达10cm，而且还可支持速率高达6.8Mbps的数据传输速率。DW1000由一个模拟前端包含接收器和发射器以及数字后端组成，数字后端连接到MCU。一个TX/RX开关用于连接接收器或发射器到天线端口。

下面结合附图对本实用新型的无线高精度测距系统进行详细说明。

如图1～2所示，包括：主控制器、LCD显示终端、电源、测距芯片和天线，主控制器分别与LCD显示终端、电源和测距芯片电连接，测距芯片与天线电连接，天线用于发射和接收电磁波信号，测距芯片控制天线发射和接收电磁波信号以及处理接收的电磁波信号，处理过程包括：匹配滤波、解调和数字—时间转换，主控制器接收测距芯片解调、数字化后得到的信号并输出测距的数值，将数值显示在LCD显示终端。

作为主控制器的STM32F105的引脚(PA6,PA7)通过连接控制DW1000芯片的MISO以及MOSI引脚，并对其上采集的信号进行分析及运算，将运算出的测距结果通过LCD显示屏显示出来。电源通过USB接口向主控制器供电，电源的电压为3.3v～4.5v的直流电。

本实用新型的无线高精度测距系统基于SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)接口向个人计算机(Personal Computer，PC)传输数据。SPI总线是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信来进行交换信息。当SPI与PC相连时，可以完成通过计算机实施监控无线高精度测距系统的数据信息的功能。

本实用新型的无线高精度测距系统进行测量的方法：先使用三脚架、卷尺等设备搭建测距性能分析实验平台，并将2个本实用新的无线高精度测距系统(无线高精度测距系统A和无线高精度测距系统B)分别放置在距离一定的两个三脚架上(即分析实验平台上)，通过测量统计得到距离。图2为在楼道内和空旷户外不同无线传播环境下开展测距实验，从而得到不同无线信道对测距性能的影响，测量并统计无线高精度测距系统在视距传输条件下和非视距传输条件下的测距性能。本实用新型采用的双程到达时间(two-way time-of-arrival,TW-ToA)测距协议，在TW-ToA测距协议中，通过测量超宽带信号在节点i和节点j之间的传输往返时间(round-trip-time,RTT)来计算节点间的距离，这种测距协议的优势在于无需进行节点间的时钟同步。无线高精度测距系统A向无线高精度测距系统B通过天线发射电磁波，待无线高精度测距系统B接收到电磁信息后会向无线高精度测距系统A返回信号，随后无线高精度测距系统A将接收到的信号通过MCU的测试算法程序计算出距离，调用液晶显示程序，显示出测试距离。

测量结果：经过多次测量，无线高精度测距系统在至少300米以内都具有精度准确的测量结果。如图2(a)和图2(b)中黑线所示，由图2(a)和图2(b)可知，无论是走廊还是室外，大部分点的测量值的均值都与标准值偏差0.25m，由此可说明，在室内与室外的环境下信号具有线性的特性。依据上述分析，可建立线性模型处理原始数据：Y＝x-0.25(x<300)。

经过多次的实验测量发现此误差固定在0.25cm左右，因此，对精度要求高的系统可以提前设置减去此误差。即本实用新型的无线高精度测距系统在至少300米以内都具有精度准确的测量结果。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于超宽带信号的无线高精度测距系统，其特征在于，包括：主控制器(1)、LCD显示终端(4)、电源(6)、测距芯片(2)和天线(3)，所述主控制器(1)分别与所述LCD显示终端(4)、电源(6)和测距芯片(2)电连接，所述测距芯片(2)与所述天线(3)电连接，所述测距芯片(2)控制所述天线(3)发射和接收电磁波信号以及处理接收的电磁波信号，所述主控制器(1)接收所述测距芯片(2)解调、数字化后得到的信号并输出测距的数值，将所述数值显示在所述LCD显示终端(4)。

2.根据权利要求1所述的无线高精度测距系统，其特征在于，还包括：PC(5)，所述主控制器(1)基于SPI接口向PC5传输数据。

3.根据权利要求1所述的无线高精度测距系统，其特征在于，所述主控制器(1)的型号为STM32F105。

4.根据权利要求1所述的无线高精度测距系统，其特征在于，所述测距芯片(2)的型号为DW1000。

5.根据权利要求1所述的无线高精度测距系统，其特征在于，所述电源(6)通过USB接口向所述主控制器(1)供电。