单片机在UWB测距系统中的应用_开题报告

单片机在UWB测距系统中的应用

A. 文献综述

.随着科技的进频，人们对生活的使用到的工具依赖性日益提高，长期以来,红外测距技术在我们生活各领域都得到了广泛应用, 红外测距仪亦称“红外光电测距仪”。以红外光为光源的相位式光电测距仪。通常采用砷化镓发光二极管为光源，其光强随注入的电信号而变化，故兼有光源和调制器的双重功能。它的测程较短，大多在5千米以内。由于红外测距仪光源半导体化， 电子线路逐步集成化，测距过程自动化，因此，仪器具有体积小、重量轻、操作简便、测距速度快、精度高等优点。广泛应用于水利、矿山、城市规划和军事工程测量，但红外距工具也有不足之处，由于红外测距只能测量可视距离、且对方向性要求、光学系统需要保持干净，要避免受到日光、烟雾、灰尘、雨滴或者其他相近波长光源的干扰，否则将影响测量、同时还需要被测的面一有定的光反射量,所以造成使用受限。因此不适合在无反射面和不可视距的情况下进行测距工作。19世纪60年代,人们寻找一种弥补红外测距不足的技术—UWB射频技术。

UWB射频技术通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器；同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理。 UWB以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。

然而仅UWB射频技术出现，并不能形成测距系统，因为在整个系统在工作过程中有着大量的数据运算和信息交互，因此一个高速运行的控制器成为了整个系统的必要条件。

19世纪90年代，随着更高速单片机（微控制器）的出现，让非可视测距成为可能，因此，科技工作者们便利用单片机技术开始研发UWB测距系统。

UWB测距系统应用非常广阔主要有

建筑工地施工测量：

在建筑施工测量时，UWB测距系统可以帮助建筑工人实现非可视情况下距离测，可实时查看设备对接位置，方便设备安装。

人员监护、监管： 

在养老院，或监狱通过给人员佩戴UWB测距系统标签端的智能手环或胸牌，不仅能够实时查看老人离UWB锚点的距离，还能够通过设置电子围栏来圈定安全活动范围。

位置引导：

在机场内、在会展、展厅内，UWB测距系统可以通过移动设备给旅客提供导航路径。

国内研究现状

国内与其它先进国家相比，国内单片机的研发还出一个相对低端的领域，但是未来的前景很值得期待。中国政策的支持，整体设备的提升，以及人才储备的累积，在未来定能在国际芯片领域占有一席之地。我国自2017年6月起，得益于ARM的Cortex-M 免版权开放政策，越来越多的国内半导体公司进军微控制器行业，虽然目前的产品主要占领中低端市场，但也看到了曙光，当前国内单片机芯片加工精度已经到了7nm，以国内航顺HK32F103系列单片机为例，其已达到M3的内核 36M的主频,其性能已经超越德州仪器STM32L15X系列的单片机。由于UWB测距系统中标签端不需要大量的运算，目前将STM32L151X系列或HK32F103系列的单片机用于标签端是多家UWB测距产品的一至选择，因为它有着丰富的通信接口，灵活的管脚，超低的功耗和超高的抗静电能力。

锚点端与由于UWB测距系统中标签端不同的是，锚点端的微处理器需要有大量的数据运算及数据处理，除要求其有丰富的通信接口、灵活的管脚和升级维护方便外，还要求微处理器的运行速度比较高和内部RAM空间比较大。目前国内锚点端采用的微控制器多为德州仪器公司的STM32L452系列。

国外研究现状

和国外相比，我国的微控制器在UWB定测距系统中的应用中明显落后于国外。

在UWB测距系统中标签端，在国外使用的系统改掉了像国内目前使用的STM32L151X系列或HK32F103系列的微处理器，替而代之的是nRF52840。nRF52840是一款蓝牙5.0芯片，nRF52840同样更是一款微控制器，它于STM32L151X系列或HK32F103系列的微处理器相比，可以更加灵活的用手机配置标签端的参数同事运算速度更快，封装更小，更利于微型化集成化，同时及其独特的蓝牙测距功能可以辅助UWB系统进行测距。

在UWB定测距系统中锚点端，国外目前使用的多为STM32F373X系列M7内核的微处理器，与国内的STM32L452系列M4内核处理器相比，简单来说M7内核拥有更高的数据运算能力和速度，具体来说M7内核集成了更强大的DSP的数据处理的指令、更更大的运行主频、有更多的内存空间，同时有着比前M4较小的功耗。M7与M4存在着代差的区别，系统工作时在每个锚点端的标签容量上，如果采用M4的微处理器每秒可与50个标签以1HZ频率通信，若采用M7的微处理器则每秒可与100个标签以1HZ频率通信。由此看出，微控制器的运算能力越高，则锚点的扩容性就越强。

B. ^范文提纲格式

引言： UWB测距系统应用前景及设计

一、锚点端的设计。

（一）硬件电路设计。

1. 元器件及原理图设计。

2. PCB的设计。

3. PCB板的调试。

（二）嵌入式软件的逻辑设计。

1. 系统框架流程图方案。

2. 微控制器对UWB模组的中断的处理。

3. 数据处理所采用的算法。

二、标签端的设计。

（一）硬件电路设计。

1. 元器件选型及原理图设计。

2. PCB的设计。

3. PCB板的调试。

（二）嵌入式软件的逻辑设计。

1. UWB模组初始化。

2. 微控制器与UWB模组的通信。

3. 微控制器对来自UWB模组的数据处理。

三、

1. 锚点端与标签端联调测试。

2. 所存在的问题及后续优化。

C. 参考文献

 [1]谢辉。单片机的原理与应用：高等教育出版社，2004。    

 [2]德州仪器。STM32L452RET6及STM32L151XX技术手册 。 

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 [5] 朱刚。超宽带（UWB）原理与干扰：清华大学出版社，2009 。  

 [6] 王金龙。无线超宽带(UWB)通信原理与应用： 人民邮电出版社 2005 。

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 [8] 王江舟。高速无线通信——UWB、LTE与4G：人民邮电出版社2010 。   

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 [13] 王静霞。单片机基础与应用：高等教育出版社,2016。

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