摘 要：随着室外定位技术的不断完善，近些年许多人将视线停留在了有广阔前景的室内定位技术上。由于室内环境复杂，需要一种几乎不受多径效应和非视距传播影响的技术，并保持较低的成本和较高的精度，而超宽带技术刚好能够满足这些要求。超宽带技术是一种不采用正弦载波的无线通信技术，具有很宽的频谱范围，有高精度、抗干扰、安全性高等特点。近年来超宽带技术一直备受关注，被视为未来无线通信的关键技术之一。本文设计及实现了基于UWB的车间精准定位系统，并成功实现了基于TOF的空间定位算法。本系统通过检测四个基站与移动标签的距离，并通过无线433M模块发送坐标到智能手持设备上。智能手持设备将数据进行处理后，将坐标显示在显示屏上，同时上传数据到机智云，使用手机等移动终端可以轻松快捷的查询到实时移动标签的坐标。考虑到实际应用的需要，本设计中采用了卡尔曼滤波和DMA接收等方式使得定位坐标不仅精度高还保持较高的刷新速度。本文通过分析测量数据，发现在基站所围的区域内定位误差在15cm左右，平均定位误差大约20cm，之后总结了提高定位精度的方法，并对未来进行展望。

 

 

关键词：UWB，嵌入式系统，无线室内定位，STM32

 

目   录

1  绪论 ………………………………………………………………………………………………… 3

1.1  选题背景 ……………………………………………………………………………………… 3

1.2  课题意义 ……………………………………………………………………………………… 3

1.3  国内外研究发展现状……………………………………………………………………… 4

2  开发工具与单片机介绍……………………………………………………………………… 6

2.1  STM32CubeMX ………………………………………………………………………………… 6

2.2  MDK-ARM V5  ………………………………………………………………………………… 7

2.3  下位机主控芯片 …………………………………………………………………………… 8

2.4  上位机主控芯片 …………………………………………………………………………… 8

3  硬件电路设计  ………………………………………………………………………………… 9

3.1  系统总体设计………………………………………………………………………………… 9

3.2  移动标签 ……………………………………………………………………………………… 9

3.3  测量基站 ………………………………………………………………………………………10

3.3  DWM1000模块  ………………………………………………………………………………10

3.4  无线串口通讯模块  ………………………………………………………………………11 

3.5  串口屏模块  …………………………………………………………………………………12

3.6  ESP8266无线Wi-Fi模块 ………………………………………………………………13

3.7  单片机外围电路设计………………………………………………………………………14

4  软件设计……………………………………………………………………………………………16

4.1  C语言介绍 ……………………………………………………………………………………16

4.2  定位与测距原理 ……………………………………………………………………………16

4.3  系统程序设计…………………………………………………………………………………18

5  硬件调试与结果分析  ………………………………………………………………………25

5.1  下位机串口通信调试………………………………………………………………………25

5.2  串口屏显示调试 ……………………………………………………………………………26

5.3  机智云调试  …………………………………………………………………………………27

5.4  定位系统功能调试  ………………………………………………………………………28

5.5  调试结果分析…………………………………………………………………………………31

结论 ………………………………………………………………………………………………………33

参考文献…………………………………………………………………………………………………34

致谢 ………………………………………………………………………………………………………35

附录 下位机代码 …………………………………………………………………………………36

附录 上位机代码 …………………………………………………………………………………42

附录 串口屏工程 …………………………………………………………………………………56