CN212749226U - 一种调整uwb基站角度的装置和系统 - Google Patents

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王博
涂振益
张亮
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Abstract

本实用新型涉及无线定位技术领域，特别涉及一种调整UWB基站角度的装置和系统。所述一种调整UWB基站角度的装置，包括：UWB基站和驱动器；所述驱动器连接UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片和控制单元；UWB阵列天线连接UWB基带芯片；控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转。当控制单元获取到UWB信号标签和UWB基站间相对角度值时，若该相对角度值不符合预设条件(即UWB信号标签位于阵列天线的前方)，则控制单元可控制驱动器带动UWB基站旋转而带动UWB阵列天线旋转，使得UWB信号标签可位于阵列天线的前方。进而达到一个较好的定位效果。

Description

一种调整UWB基站角度的装置和系统
技术领域
本实用新型涉及无线定位技术领域，特别涉及一种调整UWB基站角度的装置和系统。
背景技术
超宽带(Ultra Wideband简称为UWB)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，并可利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位，精度可以达到10厘米左右，并且具有功耗小、抗干扰能力强、抗多径效应能力强等优点。
而现有技术中需要UWB信号标签位于UWB基站的某角度范围内(一般为UWB基站的阵列天线的前方)，才可以达到较好的定位效果，然而现有技术暂未有较好的办法可使得UWB信号标签实时位于UWB基站的某角度范围内，进而达到较好的定位效果。
发明内容
为此，需要提供一种调整UWB基站角度的装置，用以解决UWB信号标签无法实时位于UWB基站的某角度范围的问题。具体技术方案如下：
一种调整UWB基站角度的装置，包括：UWB基站和驱动器；
所述驱动器连接所述UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；
所述UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片、有源晶振驱动单元和控制单元；
所述UWB阵列天线连接所述UWB基带芯片；
所述UWB基带芯片连接所述控制单元；
所述UWB基带芯片连接所述有源晶振驱动单元；
所述控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转。
进一步的，所述UWB阵列天线个数为两个。
进一步的，所述UWB阵列天线通过巴伦滤波器连接所述UWB基带芯片。
进一步的，所述UWB基带芯片个数为两个；
所述有源晶振驱动单元个数为一个；
所述两个UWB基带芯片连接于同一个有源晶振驱动单元。
进一步的，所述控制单元为nRF52840控制芯片；
所述控制单元通过RS485接口驱动驱动器旋转。
进一步的，所述驱动器为直流无刷电机。
进一步的，所述有源晶振驱动单元为TCXO有源晶振驱动单元。
为解决上述技术问题，还提供了一种调整UWB基站角度的系统，具体技术方案如下：
一种调整UWB基站角度的系统，包括：UWB基站、UWB信号标签和驱动器；
所述UWB基站无线连接所述UWB信号标签；
所述驱动器连接所述UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；
所述UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片、有源晶振驱动单元和控制单元；
所述UWB阵列天线连接所述UWB基带芯片；
所述UWB基带芯片连接所述控制单元；
所述UWB基带芯片连接所述有源晶振驱动单元；
所述控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转使得UWB信号标签落在UWB阵列天线的前方。
进一步的，所述UWB阵列天线个数为两个。
进一步的，所述驱动器为直流无刷电机。
本实用新型的有益效果是：一种调整UWB基站角度的装置，包括：UWB基站和驱动器；所述驱动器连接所述UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；所述UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片、有源晶振驱动单元和控制单元；所述UWB阵列天线连接所述UWB基带芯片；所述UWB基带芯片连接所述控制单元；所述UWB基带芯片连接所述有源晶振驱动单元；所述控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转。当控制单元获取到UWB信号标签和UWB基站间相对角度值时，若该相对角度值不符合预设条件(即UWB信号标签位于阵列天线的前方)，则控制单元可控制驱动器带动UWB基站旋转而带动UWB阵列天线旋转，使得UWB信号标签可位于阵列天线的前方。进而达到一个较好的定位效果。
附图说明
图1为具体实施方式所述一种调整UWB基站角度的装置的模块示意图；
图2为具体实施方式所述一种调整UWB基站角度的装置的连接示意图；
图3为具体实施方式所述一种调整UWB基站角度的系统的模块示意图。
附图标记说明：
10、调整UWB基站角度的装置，
101、UWB基站，
102、驱动器，
1011、UWB阵列天线，
1012、UWB基带芯片，
1013、控制单元，
1014、有源晶振驱动单元，
30、调整定位基站角度的系统，
301、UWB基站，
302、驱动器，
303、UWB信号标签，
3011、UWB阵列天线，
3012、UWB基带芯片，
3013、控制单元，
3014、有源晶振驱动单元。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图2，在本实施方式中，一种调整UWB基站角度的装置10的具体实施如下：
一种调整UWB基站角度的装置10，包括：UWB基站101和驱动器102；所述驱动器102连接所述UWB基站101，所述驱动器102用于：带动UWB基站101旋转；所述UWB基站101包括：UWB阵列天线1011、UWB基带芯片1012、有源晶振驱动单元1014和控制单元1013；所述UWB阵列天线1011连接所述UWB基带芯片1012；所述UWB基带芯片1012连接所述控制单元1013；所述UWB基带芯片1012连接所述有源晶振驱动单元1014；所述控制单元1013用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站101间相对角度值来控制驱动器102带动UWB基站101旋转。
如图2所示，在本实施方式中，所述UWB阵列天线1011个数为两个。即图中所示的A和B，同样地UWB基带芯片1012个数也为两个，且所述UWB阵列天线1011通过巴伦滤波器连接所述UWB基带芯片1012。
在本实施方式中，所述有源晶振驱动单元1014个数为一个；所述两个UWB基带芯片1012连接于同一个有源晶振驱动单元1014。优选地，在本实施方式中，所述有源晶振驱动单元1014为TCXO有源晶振驱动单元1014。两个UWB基带芯片1012采用同一个高精度的TCXO有源晶振驱动，可消除不同晶振驱动单元带来的时钟误差而引起的角度测量误差。
进一步的，在本实施方式中，所述控制单元1013为nRF52840控制芯片；所述控制单元1013通过RS485接口驱动驱动器102旋转。该控制单元1013具有两个高达32MHz的SPI接口，用于连接两个UWB基带芯片1012(DW1000)，可快速的配置DW1000内部寄存器、写入DW1000发送的数据和读取DW1000接收到的数据。内部还有DSP和浮点运算指令，可用于PDOA算法需要的距离和角度浮点运算，加快运算的速度。
在本实施方式中，所述驱动器102为直流无刷电机。
在本实施方式中，一种调整UWB基站角度的装置10的具体实施方式可如下：
UWB信号标签周期性的发送测量信号给UWB基站101；
UWB基站101根据TOF和PDOA算法测量出UWB基站101与UWB信号标签之间的相对距离和相对方向角；
校准修正原始测量的相对方向角，具体采用方式：在UWB基站101前方-90到90度范围内每隔15度放置标签，测量出原始路径差和角度信息，利用上位机软件绘制测量值与真实值之间的误差点排布，采用合适的4次多项式来拟合真实测量结果，应用上述拟合的4次多项式对原始测量数据进行校准。
判断UWB信号标签是否处于UWB阵列天线1011正前方一定角度范围内(可以为-60度到60度)。如果是的话，直流无刷电机不转动；如果不是的话，则驱动直流无刷电机旋转UWB阵列天线1011至标签所处方向角。
输出测量结果给机器人主控制器，同时UWB基站101会把测量距离告知UWB信号标签，UWB信号标签可以根据系统配置判断是否超出最大限制距离，并提出各种警示。
一种调整UWB基站角度的装置10，包括：UWB基站101和驱动器102；所述驱动器102连接所述UWB基站101，所述驱动器102用于：带动UWB基站101旋转；所述UWB基站101包括：UWB阵列天线1011、UWB基带芯片1012、有源晶振驱动单元1014和控制单元1013；所述UWB阵列天线1011连接所述UWB基带芯片1012；所述UWB基带芯片1012连接所述控制单元1013；所述UWB基带芯片1012连接所述有源晶振驱动单元1014；所述控制单元1013用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站101间相对角度值来控制驱动器102带动UWB基站101旋转。当控制单元1013获取到UWB信号标签和UWB基站101间相对角度值时，若该相对角度值不符合预设条件(即UWB信号标签位于阵列天线的前方)，则控制单元1013可控制驱动器102带动UWB基站101旋转而带动UWB阵列天线1011旋转，使得UWB信号标签可位于阵列天线的前方。进而达到一个较好的定位效果。
请参阅图2至图3，一种调整UWB基站角度的系统30的具体实施方式如下：
一种调整UWB基站角度的系统30，包括：UWB基站301、UWB信号标签303和驱动器302；所述UWB基站301无线连接所述UWB信号标签303；所述驱动器302连接所述UWB基站301，所述驱动器302用于：带动UWB基站301旋转；所述UWB基站301包括：UWB阵列天线3011、UWB基带芯片3012、有源晶振驱动单元3014和控制单元3013；所述UWB阵列天线3011连接所述UWB基带芯片3012；所述UWB基带芯片3012连接所述控制单元3013；所述UWB基带芯片3012连接所述有源晶振驱动单元3014；所述控制单元3013用于：根据获取到的UWB信号标签303和UWB基站301间相对角度值来控制驱动器302带动UWB基站301旋转使得UWB信号标签303落在UWB阵列天线3011的前方。
如图2所示，在本实施方式中，所述UWB阵列天线3011个数为两个。即图中所示的A和B，同样地UWB基带芯片3012个数也为两个，且所述UWB阵列天线3011通过巴伦滤波器连接所述UWB基带芯片3012。
在本实施方式中，所述有源晶振驱动单元3014个数为一个；所述两个UWB基带芯片3012连接于同一个有源晶振驱动单元3014。优选地，在本实施方式中，所述有源晶振驱动单元3014为TCXO有源晶振驱动单元3014。两个UWB基带芯片3012采用同一个高精度的TCXO有源晶振驱动，可消除不同晶振驱动带来的时钟误差而引起的角度测量误差。
进一步的，在本实施方式中，所述控制单元3013为nRF52840控制芯片；所述控制单元3013通过RS485接口驱动驱动器302旋转。该控制单元3013具有两个高达32MHz的SPI接口，用于连接两个UWB基带芯片3012(DW1000)，可快速的配置DW1000内部寄存器、写入DW1000发送的数据和读取DW1000接收到的数据。内部还有DSP和浮点运算指令，可用于PDOA算法需要的距离和角度浮点运算，加快运算的速度。
在本实施方式中，所述驱动器302为直流无刷电机。
在本实施方式中，一种调整UWB基站角度的系统30的具体实施方式可如下：
UWB信号标签303周期性的发送测量信号给UWB基站301；
UWB基站301根据TOF和PDOA算法测量出UWB基站301与UWB信号标签303之间的相对距离和相对方向角；
校准修正原始测量的相对方向角，具体采用方式：在UWB基站301前方-90到90度范围内每隔15度放置标签，测量出原始路径差和角度信息，利用上位机软件绘制测量值与真实值之间的误差点排布，采用合适的4次多项式来拟合真实测量结果，应用上述拟合的4次多项式对原始测量数据进行校准。
判断UWB信号标签303是否处于UWB阵列天线3011正前方一定角度范围内(可以为-60度到60度)。如果是的话，直流无刷电机不转动；如果不是的话，则驱动直流无刷电机旋转UWB阵列天线3011至标签所处方向角。
输出测量结果给机器人主控制器，同时UWB基站301会把测量距离告知UWB信号标签303，UWB信号标签303可以根据系统配置判断是否超出最大限制距离，并提出各种警示。
一种调整UWB基站角度的系统30，包括：UWB基站301和驱动器302；所述驱动器302连接所述UWB基站301，所述驱动器302用于：带动UWB基站301旋转；所述UWB基站301包括：UWB阵列天线3011、UWB基带芯片3012、有源晶振驱动单元3014和控制单元3013；所述UWB阵列天线3011连接所述UWB基带芯片3012；所述UWB基带芯片3012连接所述控制单元3013；所述UWB基带芯片3012连接所述有源晶振驱动单元3014；所述控制单元3013用于：根据获取到的UWB信号标签303和UWB基站301间相对角度值来控制驱动器302带动UWB基站301旋转。当控制单元3013获取到UWB信号标签303和UWB基站301间相对角度值时，若该相对角度值不符合预设条件(即UWB信号标签303位于UWB阵列天线3011的前方)，则控制单元3013可控制驱动器302带动UWB基站301旋转而带动UWB阵列天线3011旋转，使得UWB信号标签303可位于UWB阵列天线3011的前方。进而达到一个较好的定位效果。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，包括：UWB基站和驱动器；
所述驱动器连接所述UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；
所述UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片、有源晶振驱动单元和控制单元；
所述UWB阵列天线连接所述UWB基带芯片；
所述UWB基带芯片连接所述控制单元；
所述UWB基带芯片连接所述有源晶振驱动单元；
所述控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转。
2.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述UWB阵列天线个数为两个。
3.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述UWB阵列天线通过巴伦滤波器连接所述UWB基带芯片。
4.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述UWB基带芯片个数为两个；
所述有源晶振驱动单元个数为一个；
所述两个UWB基带芯片连接于同一个有源晶振驱动单元。
5.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述控制单元为nRF52840控制芯片；
所述控制单元通过RS485接口驱动驱动器旋转。
6.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述驱动器为直流无刷电机。
7.根据权利要求1所述的一种调整UWB基站角度的装置，其特征在于，
所述有源晶振驱动单元为TCXO有源晶振驱动单元。
8.一种调整UWB基站角度的系统，其特征在于，包括：UWB基站、UWB信号标签和驱动器；
所述UWB基站无线连接所述UWB信号标签；
所述驱动器连接所述UWB基站，所述驱动器用于：带动UWB基站旋转；
所述UWB基站包括：UWB阵列天线、UWB基带芯片、有源晶振驱动单元和控制单元；
所述UWB阵列天线连接所述UWB基带芯片；
所述UWB基带芯片连接所述控制单元；
所述UWB基带芯片连接所述有源晶振驱动单元；
所述控制单元用于：根据获取到的UWB信号标签和UWB基站间相对角度值来控制驱动器带动UWB基站旋转使得UWB信号标签落在UWB阵列天线的前方。
9.根据权利要求8所述的一种调整UWB基站角度的系统，其特征在于，
所述UWB阵列天线个数为两个。
10.根据权利要求8所述的一种调整UWB基站角度的系统，其特征在于，
所述驱动器为直流无刷电机。
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